蘇門(mén)答臘斜向俯沖系統(tǒng)中前弧高地和盆地的發(fā)育

MUKTI Maruf M，MAULIN Hade B，PERMANA Haryadi

（1.印度尼西亞科學(xué)院地球技術(shù)學(xué)系，萬(wàn)隆 40135，印度尼西亞；2.Pertamina Hulu Energi Ogan Komering有限公司，雅加達(dá) 12520，印度尼西亞）

0 引言

在斜向俯沖帶中，變形分解作用發(fā)生在俯沖大斷層與平行于海溝的走滑運(yùn)動(dòng)之中[1-2]，并且在弧前區(qū)域的構(gòu)造形成及發(fā)展中起著重要作用[3-4]。沿傾斜的蘇門(mén)答臘俯沖帶，平行于火山弧走向的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)被蘇門(mén)答臘斷裂帶（SFZ）改變，該斷裂帶與溝槽拼合在一起[1]。學(xué)者們通過(guò)提出在弧前地區(qū)形成了其他大斷層的假設(shè)，擴(kuò)展了對(duì)這一地區(qū)的認(rèn)識(shí)。該區(qū)域剪切帶、Mentawai斷層（MF）和West Andaman斷層（WAF）將弧前盆地與弧前高地分開(kāi)，并且弧前高地被隆起的增生楔形復(fù)合體所占據(jù)[5-8]。然而，最近來(lái)自安達(dá)曼和蘇門(mén)答臘弧前的資料表明，即使在這個(gè)匯聚型邊緣產(chǎn)生了俯沖傾角，弧前高地也受到具有輕微走滑運(yùn)動(dòng)的擠壓構(gòu)造的限制[9-12]。此外，蘇門(mén)答臘弧前的先前研究表明，弧前高地區(qū)域的變形還包括撓曲隆起，盆地倒轉(zhuǎn)和較老的沉積物隆起[12-14]。本文對(duì)蘇門(mén)答臘地區(qū)與俯沖有關(guān)的弧前高地的幾種生長(zhǎng)方案進(jìn)行了回顧，以期對(duì)其斜向俯沖系統(tǒng)中弧前高地的隆起機(jī)制和弧前盆地的形成進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)背景

蘇門(mén)答臘西部板塊西南側(cè)的印度—澳大利亞板塊斜向俯沖，速率為43～60 mm/a，在俯沖超大逆沖斷層內(nèi)的溝槽垂直位移與沿著SF帶的溝槽平行運(yùn)動(dòng)之間形成了變形分解作用[1,15-17]（見(jiàn)圖1）。沿著該俯沖系統(tǒng)[18-19]，已記錄了幾場(chǎng)大地震，成為西北向的弧前高地區(qū)域?；诨∏暗貐^(qū)的構(gòu)造形態(tài)和成因，本文還討論了適用于該溝槽-坡折帶區(qū)域的其他術(shù)語(yǔ)，如外弧脊，外弧高地等。從蘇門(mén)答臘西北的Simeulue島到東南的Enggano島（見(jiàn)圖1），其中一些弧前高地區(qū)域暴露在海平面以上。在更遠(yuǎn)的北部，安達(dá)曼—尼科巴群島的島嶼組成了弧前高地區(qū)域的北部延伸。而在東部，在爪哇南部和小巽他群島上可觀察到弧前高地。

蘇門(mén)答臘弧前高地的成因已被解釋為與應(yīng)變作用[7,20-21]、反轉(zhuǎn)控制隆起[12]、同傾撓曲和逆斷層[13,22-23]、古近紀(jì)增生楔體隆起[14]、弧向邊緣逆沖導(dǎo)致的走滑位移有關(guān)的隆起-增生楔復(fù)合體（見(jiàn)圖2）。蘇門(mén)答臘增生楔形復(fù)合體本身的發(fā)育是由于混入了蘇門(mén)答臘溝槽沉積物[9,11,24]?；∏案叩匕l(fā)育的構(gòu)造被解釋為逆沖斷層或倒轉(zhuǎn)正斷層[14,25]和剪切帶[11-12,14,23]，弧前高地上裸露的巖石是沉積成因，基底巖石是大陸和海洋的混合體[12-13,23]。

圖2 蘇門(mén)答臘弧前高地的抬升機(jī)制示意圖[7,11-14,23]

在弧前高地的東部，第三紀(jì)以前盆地為被向北傾斷層圍限的局部沉積中心[26-28]，這與兩個(gè)主要走滑斷層WAF-MF和SF的張性背景有關(guān)[29]。SF走滑斷層沿蘇門(mén)答臘島的主體延伸。這個(gè)較大的走滑斷層帶進(jìn)入蘇門(mén)答臘北部的安達(dá)曼海[30]，并與另一個(gè)主要的走滑斷層WAF[31]合并。在SF走滑斷層?xùn)|南部的終點(diǎn)，在蘇門(mén)答臘島與爪哇島之間發(fā)育了Semangko拉分盆地[17,31]。

根據(jù)對(duì)地震資料的研究發(fā)現(xiàn)，蘇門(mén)答臘弧前高地邊緣主要為剪切作用形成的[5,7-8,20]。然而，對(duì)早期的這一斷層帶的觀測(cè)表明，弧前高地邊緣可能是均斜撓曲或倒轉(zhuǎn)的逆斷層[12,22-23]?；诟叻直媛实卣鸱瓷鋽?shù)據(jù)分析，蘇門(mén)答臘增生楔形的弧形邊界被弧形趨向的逆沖斷層所占據(jù)[9,11,24]，該斷層在深度上一直延伸到一個(gè)傾向溝槽的位置[11,32]。

2 蘇門(mén)答臘弧前的地質(zhì)特征

2.1 變形分解作用、長(zhǎng)條形板塊和剪切帶

早期的觀點(diǎn)認(rèn)為，蘇門(mén)答臘島弧前應(yīng)力變形分解作用分別由俯沖大沖斷層和沿 SF的垂直和平行會(huì)聚運(yùn)動(dòng)發(fā)展形成[1]。蘇門(mén)答臘斷層帶沿著島嶼軸線延伸1 700多千米，主要由20個(gè)斷層段組成[15]。這些斷層段的長(zhǎng)度為60～200 km，并且在歷史上產(chǎn)生了M6.5～M7.7級(jí)地震破裂[33]。在其最東南的部分，SF斷裂形成了一個(gè)拉張盆地，這是由SF斷裂的一段與爪哇島以南的另一個(gè)剪切帶Ujung Kulon斷層（UKF）之間的錯(cuò)位引起的[7,17]。UKF在海底探測(cè)中表現(xiàn)為一個(gè)明顯的窄峽谷和線性脊，從東南部的拉分盆地到楔形增生物[34]。

在蘇門(mén)答臘俯沖系統(tǒng)中，這種應(yīng)變分解作用的概念得到了擴(kuò)展，即在SF斷裂和溝槽之間的區(qū)域中發(fā)生了平行于溝槽的變形[5]。前人研究認(rèn)為，在弧前高地和盆地之間的區(qū)域還發(fā)育了另一個(gè)主要的走滑斷層帶，稱(chēng)為MF（見(jiàn)圖1）[5,7]。在從尼亞斯到蘇門(mén)答臘海峽的弧前盆地西部邊界上，這個(gè)剪切帶形成了一個(gè)600 km長(zhǎng)的線性區(qū)域，在地震剖面上顯示出許多正花狀構(gòu)造[7]。

蘇門(mén)答臘地區(qū)后來(lái)的應(yīng)變分解作用可由兩個(gè)長(zhǎng)條形板塊模型來(lái)進(jìn)行描述，本文稱(chēng)之為Mentawai和Aceh長(zhǎng)條形塊體，它們承載著弧前盆地（見(jiàn)圖1）[10]。該模型表明，沿著3個(gè)主要剪切帶：SF，MF和WAF促進(jìn)了平行溝槽應(yīng)變發(fā)育（見(jiàn)圖1、圖2a）。MF向北活動(dòng)減弱，并通過(guò)Batee斷層（BF）連接到SF。增生楔本身沿MF向西北移動(dòng)。因此，SF和MF限制了細(xì)長(zhǎng)的Mentawai長(zhǎng)條形塊體。在蘇門(mén)答臘北部，SF和WAF活動(dòng)形成了Aceh微板塊。WAF顯示了蘇門(mén)答臘島北部弧前盆地西部邊緣反射層的垂直偏移。在海底，WAF似乎已經(jīng)越過(guò)了增生楔，并進(jìn)一步向西發(fā)展[11]。再往南，該斷層似乎繼續(xù)延伸到一個(gè)復(fù)雜的背斜構(gòu)造，被解釋為T(mén)uba脊[6-8,20]，并由弧前盆地內(nèi)發(fā)育的另一個(gè)剪切帶所界定。該剪切帶被解釋為WAF的南部延伸[7]。Malod和Kemal認(rèn)為[7]，增生楔形下弧前基底的彎曲，Banyak群島的逆沖斷層和Simeulue附近的背斜脊表明了該長(zhǎng)條形板塊和增生楔形之間的走滑位移活動(dòng)。圖3a給出了蘇門(mén)答臘北部弧前高地和弧前盆地之間邊界與走滑斷層活動(dòng)有關(guān)的變形實(shí)例[8]，在地震剖面上觀察到的斷層可分為5類(lèi)：Ⅰ—Ⅳ組斷層是貫穿海底的走滑斷層的一部分，而Ⅴ組斷層則是表現(xiàn)為隱伏的逆沖斷層。由此，筆者認(rèn)為弧向會(huì)聚隱伏逆沖斷層形成早于走滑斷層。

蘇門(mén)答臘弧前盆地中形成大規(guī)模走滑復(fù)式構(gòu)造的假說(shuō)更新了蘇門(mén)答臘弧前長(zhǎng)條形塊體的模型（見(jiàn)圖3b）[21]。根據(jù)高分辨率地震反射數(shù)據(jù)，蘇門(mén)答臘弧前盆地識(shí)別出一套與SF和MF帶有關(guān)的走滑斷層，這些走滑斷層使大型構(gòu)造分離成4部分。這些研究者認(rèn)為，至少?gòu)闹行率乐衅谝詠?lái)，每個(gè)部分結(jié)構(gòu)都包括一個(gè)具有獨(dú)特沉積模式的前陸盆地，即 Bengkulu、Nias、Simeulue和Aceh盆地。這些雙層構(gòu)造沿著蘇門(mén)答臘島弧前向北延伸，直至上新世早期。在八株島和班雅克島附近形成了張性斷層，即西伯魯特?cái)鄬雍拓惖贁鄬印４送?，一些學(xué)者認(rèn)為[25-28]，在古近紀(jì)和新近紀(jì)早期，部分走滑位移在前陸盆地內(nèi)轉(zhuǎn)移，他們認(rèn)為，古近紀(jì)南蘇門(mén)答臘弧前盆地在張性環(huán)境中局部發(fā)展為凹陷，而北向斷層則限制了北蘇門(mén)答臘弧中的新近系凹陷發(fā)育。

圖3 穿過(guò)蘇門(mén)答臘北部弧前高地邊緣的地震構(gòu)造解釋[11,32]及弧前高地邊緣的結(jié)構(gòu)[8,20-21]

2.2 盆地反轉(zhuǎn)控制隆升

蘇門(mén)答臘弧前高地隆起也可能是由于俯沖帶驅(qū)動(dòng)的變形而形成的，表現(xiàn)為漸新世—早中新世弧前盆地的倒轉(zhuǎn)，該盆地最初沿弧前溝槽邊緣形成（見(jiàn)圖4）[12]?；谀醽喫沟膶?shí)地觀察，這些學(xué)者解釋了逆斷層為何也是平行于島嶼軸線的西北方向。這些逆斷層最初為正斷層，沿著當(dāng)前的弧前高地發(fā)育了多個(gè)平行于溝槽的沉積中心。盆地地層傾覆反轉(zhuǎn)分為兩個(gè)階段：第1階段始于中新世早期，局限于該島的西部地區(qū)；第2階段地層傾覆反轉(zhuǎn)發(fā)生在上新世，涉及尼亞斯整個(gè)地區(qū)。Mentawai斷層的形態(tài)似乎受俯沖系統(tǒng)的速度和傾斜度控制。

圖4 橫跨尼亞斯島的地質(zhì)簡(jiǎn)圖[12]（剖面位置見(jiàn)圖1）

此外，前人的研究還表明，覆蓋尼亞斯島基底的巖石是沉積在早期前弧盆地的古近系深海地層[12]。因此，它們不是溝槽中沉積物的一部分。增生楔形物向尼亞斯島西南方向發(fā)展?；讕r石包含蛇綠巖等物質(zhì)，表明其來(lái)源與增生楔形成環(huán)境有關(guān)。

2.3 弧前高地向陸邊緣的單斜撓曲

筆者在弧前高地的某島之中觀察到 1個(gè)較大的撓曲，該撓曲與深處高角度逆斷層有關(guān)[22-23]（見(jiàn)圖5）。撓曲是沿著尼亞斯島的東邊緣與海溝平行形成的。這些大的撓曲和弧形的逆斷層是在弧前高地的弧形邊緣發(fā)育的。這些逆斷層使下部斜坡抬升并使其變形，當(dāng)新近紀(jì)期間增生楔變寬時(shí)，這些逆斷層向西遷移[13]。根據(jù)地震剖面的觀察，Karig等認(rèn)為[22]，撓曲下方的逆斷層在深部變平，似乎既與古近紀(jì)大陸邊緣無(wú)關(guān)，也與洋殼前緣無(wú)關(guān)。此外，在上新世晚期，尼亞斯地區(qū)沿著撓曲的大部分位移發(fā)生在很短的時(shí)間內(nèi)，這是由1個(gè)不整合面和穿過(guò)撓曲的快速反演剖面所發(fā)現(xiàn)的[34]。因此，筆者可以得出這樣的結(jié)論：逆斷層的形成要晚于增生楔形中向溝槽發(fā)散疊瓦逆沖斷層的形成。

圖5 尼亞斯島東部構(gòu)造解釋剖面[23]（剖面位置見(jiàn)圖1）

2.4 較老增生楔復(fù)合體隆起

Schluter等人根據(jù)地震反射剖面發(fā)現(xiàn)，增生楔可以分為兩個(gè)形態(tài)段，分別具有不同的變形樣式（見(jiàn)圖6）[14]。第1部分是前楔高點(diǎn)下方的內(nèi)部楔塊（增生楔Ⅰ），第2部分是從內(nèi)部增生楔的溝槽邊界一直延伸到溝槽的外楔（增生楔Ⅱ）。理由是 5～6個(gè)向溝槽擴(kuò)張的逆斷層增生楔Ⅰ與增生楔Ⅱ通過(guò)溝槽擴(kuò)張而分離，且外部楔形物比內(nèi)部楔形物更深地向下延伸到溝槽，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

圖6 蘇門(mén)答臘增生楔地震解釋剖面[14]

在古近紀(jì)早期，俯沖系統(tǒng)沿著蘇門(mén)答臘邊緣形成了增生楔Ⅰ[14]。由于不斷的縫合，內(nèi)楔和邊緣的向海部分經(jīng)歷了抬升和侵蝕。后來(lái)，內(nèi)楔起到了支撐作用，抵住了較年輕的溝槽充填沉積物形成的外楔。在中新世中后期，外楔形成引發(fā)了內(nèi)楔的初始抬升。年輕增生沉積物與古近紀(jì)楔體（增生楔體Ⅰ）之間的溝槽向邊緣滑脫也對(duì)內(nèi)部楔體起到了初始抬升和掀斜的作用。中新世早期，內(nèi)楔體開(kāi)始形成現(xiàn)今弧前高地。

2.5 雙向發(fā)散逆斷層

在蘇門(mén)答臘南部的弧前高地，在海平面下觀測(cè)到了低角度的向溝槽逆沖斷層（見(jiàn)圖7a），本文稱(chēng)之為弧前高地逆沖斷層（FHT）[11]。被更新統(tǒng)碳酸鹽巖覆蓋的弧前高地平坦海底似乎已向島弧傾斜，表明弧前高地發(fā)生了主動(dòng)變形。在恩加諾弧前的東部，在斷裂帶內(nèi)背斜的中心已經(jīng)觀察到了弧形的逆沖斷層（見(jiàn)圖7a）[11]。這些學(xué)者認(rèn)為起初向溝槽發(fā)散的逆沖斷層可能發(fā)展為倒轉(zhuǎn)背斜，但后來(lái)由于增生楔的不斷擠壓而斷裂成逆沖斷層。這些逆沖斷層使增生的楔形沉積物變形，如楔形頂部下方出現(xiàn)的雜亂反射。這些向溝槽發(fā)散的逆沖斷層似乎一直延伸到弧前高地以下的傾向島弧的逆斷層，向上延伸至明塔懷斷裂帶核心的逆沖斷層（見(jiàn)圖7a）。這兩個(gè)相反方向的逆沖斷層之間的相互作用似乎是造成弧前高地隆起的原因。

圖7 研究區(qū)弧前高地—弧前盆地的構(gòu)造解釋[11,40-41]

在蘇門(mén)答臘南部的最東南部[18]，蘇門(mén)答臘弧前北部[14]等弧前高地也觀察到了類(lèi)似的向溝槽發(fā)散的逆沖斷層。在蘇門(mén)答臘弧前高地島上也表現(xiàn)為傾向?yàn)槲鞅钡哪鏇_斷層[9]。這些觀察結(jié)果表明，這些向溝槽發(fā)散的逆沖斷層帶主導(dǎo)了整個(gè)蘇門(mén)答臘弧前高地的變形。相對(duì)于增生楔的沿陸緣邊界發(fā)育向島弧發(fā)散，該斷裂帶似乎已經(jīng)發(fā)展到靠近弧前高地[28,30-37]。

在增生楔生長(zhǎng)的早期階段，兩個(gè)反向扭結(jié)帶限制了一個(gè)箱形褶皺結(jié)構(gòu)，即弧前逆沖斷層和增生楔陸緣的弧向逆沖斷層的兩個(gè)分叉結(jié)構(gòu)[11]。類(lèi)似的機(jī)制已經(jīng)在增生楔形成過(guò)程的模擬和數(shù)值沙箱模擬中觀察到[38-41]。

2.6 弧前盆地地層和沉降史

根據(jù)目前的觀測(cè)方法，弧前盆地可分為蘇門(mén)答臘北部盆地和南部盆地兩部分（見(jiàn)圖1）。蘇門(mén)答臘北部弧前盆地泛指前蘇門(mén)答臘地區(qū)的坳陷，其范圍從蘇門(mén)答臘島西部的近海北部到巴圖群島東南部。相比之下，蘇門(mén)答臘南部指從明塔懷群島的東部到蘇門(mén)答臘海峽東南部區(qū)域。

2.6.1 蘇門(mén)答臘北部

蘇門(mén)答臘北部前陸盆地包括Meulaboh盆地[42]（或Sibolga盆地）和Nias盆地。地震反射剖面顯示存在地塹狀構(gòu)造，最大的地塹出現(xiàn)在蘇門(mén)答臘島北部弧前盆地的1個(gè)25 km寬的半地塹中，充滿了約2 s時(shí)間厚度的沉積物（見(jiàn)圖8）[43]。這些半地塹主要在與盆地軸線相交的地震測(cè)線中觀察到西南走向伸展，而在與弧前盆地軸線垂直的剖面上則沒(méi)有半地塹跡象。沿Simeulue島觀察到重力加速度值的高低交替變化，這反映了基底的高低變化，這與在橫穿盆地軸線的地震測(cè)線所觀察到的一樣，這些半地塹主要沿西南—北東方向伸展。但是，沒(méi)有跡象表明半地塹與弧前盆地成垂直相交。沿錫穆盧埃島觀察到重力加速度的高低交替變化模式，可能反映了地層的高低結(jié)構(gòu)[25]。這種重力加速度大小交替變化的異常模式可能代表了在弧前盆地中觀察到半地塹的延續(xù)。有人研究發(fā)現(xiàn)，弧前盆地深部的北向構(gòu)造在蘇門(mén)答臘北部弧前盆地的沉積中心變化中發(fā)揮作用[22]。在Simeulue島前部的SF和MF之間的區(qū)域已經(jīng)發(fā)育了Batee斷層[15]，該斷層是從SF開(kāi)始延伸的[21]。Neogene弧前盆地填充物在全盆地厚度變化不大（見(jiàn)圖8），盆地的幾個(gè)部分顯示地層厚度均較厚，這表明該位置為沉積中心，但是沒(méi)有跡象表明構(gòu)造作用對(duì)這些沉積中心有控制作用。

圖8 Simeulue島前部沿蘇門(mén)答臘北部弧前盆地地震解釋[43]（剖面位置見(jiàn)圖1）

在蘇門(mén)答臘北部前緣的某些地區(qū)，盆地的開(kāi)放是由于中新世前陸盆地生長(zhǎng)過(guò)程中與蘇門(mén)答臘和明塔懷斷裂的新興活動(dòng)有關(guān)[43]。Beaudry和 Moore認(rèn)為，在新近紀(jì)盆地充填物成巖之前，發(fā)生了一次區(qū)域規(guī)模的構(gòu)造事件[42]。上新世—第四紀(jì)期間，北蘇門(mén)答臘弧前盆地被走滑斷裂帶中的擠壓構(gòu)造分為亞齊盆地和西梅盧盆地[6,20]。

根據(jù)幾口探井的資料，北部最古老的古近系由上始新統(tǒng)—下漸新統(tǒng)的白云質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖和富黃鐵礦頁(yè)巖組成[27,42]。下中新統(tǒng)不整合地覆蓋在古近系之上。中新世中晚期，陸架區(qū)發(fā)育了一個(gè)廣泛分布的碳酸鹽臺(tái)地。上中新統(tǒng)深海頁(yè)巖，在碳酸鹽巖上局部沉積薄砂巖或灰?guī)r層。在盆地上部，上新世—更新世期間，由砂巖、頁(yè)巖和灰?guī)r組成的海退沉積充滿了整個(gè)盆地。

除了對(duì)近?；∏芭璧剡M(jìn)行研究外，在尼亞斯島還進(jìn)行了野外露頭觀測(cè)[12,23]。Samuel等根據(jù)深海地層的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，漸新世—早中新世該地區(qū)已出現(xiàn)伸展構(gòu)造[12]，伸展構(gòu)造沿弧前軸線形成多個(gè)北西向半地塹。尼亞斯島西部地區(qū)下中新統(tǒng)出現(xiàn)了一個(gè)重要的不整合面，是盆地反轉(zhuǎn)的結(jié)果。早中新世和中中新世的差異隆升和沉降期在晚中新世結(jié)束，隨后在整個(gè)島嶼上觀察到一個(gè)不整合面，表明上新世開(kāi)始了一次大的隆升。

2.6.2 蘇門(mén)答臘南部

晚始新世南蘇門(mén)答臘弧前盆地開(kāi)始沉降并成為沉積中心，其范圍超過(guò)4 km，包括中新統(tǒng)至現(xiàn)代沉積物（見(jiàn)圖9）[40]。先前的研究將這些前陸盆地稱(chēng)為Bengkulu盆地[26]（或Mentawai盆地）和Bengkulu盆地[26-27]。地壘和地塹構(gòu)造似乎形成于基底，控制了古近系的沉積；因此，古近紀(jì)盆地似乎位于地塹內(nèi)。在盆地上部，新近系的厚度幾乎相同，沒(méi)有跡象表明新近紀(jì)盆地的形成受到構(gòu)造干擾。新近紀(jì)盆地的最深部分似乎沿盆地中心縱向形成，并與海溝平行。盆地沉積中心的發(fā)育特征表明，俯沖系統(tǒng)對(duì)盆地的形成起著重要的控制作用。南北向構(gòu)造似乎控制了明打威盆地古近紀(jì)Bose地塹和Sipora地塹的發(fā)育[28]。從Kedurang和Pagarjati地塹（Bengkulu近海）內(nèi)的陸上重力異常和地震數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的北向構(gòu)造特征[26,44]。蘇門(mén)答臘弧前南部基底內(nèi)發(fā)育的南北向構(gòu)造可能代表了區(qū)域性的東西向擴(kuò)展，這是由于中始新世的一次南北向擠壓所致[45]。南蘇門(mén)答臘弧前地區(qū)晚始新世—早中新世地塹系統(tǒng)的東北—西南走向也可能反映了蘇門(mén)答臘地區(qū)的旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)改變了海溝的擠壓方向，支持了之前關(guān)于南桑德蘭逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的假設(shè)[45]。

圖9 沿蘇門(mén)答臘南部弧前盆地地震構(gòu)造解釋剖面[27]（剖面位置見(jiàn)圖1）

最古老的巖石是前第三紀(jì)沉積的，并且是變質(zhì)巖、變質(zhì)沉積物和火成巖。這些巖石可能代表了盆地的基底。古近紀(jì)沉積暴露在蘇門(mén)答臘南部前陸盆地陸上，與下部地層不整合接觸[46]。下漸新統(tǒng)是火山巖沉積，夾有河流、淺海相砂巖夾層。上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)是海相硅質(zhì)碎屑沉積。在Bengkulu陸架，古近系以始新統(tǒng)—漸新統(tǒng)為代表，局部沉積中心（可能是拉分盆地）為中新統(tǒng)硅質(zhì)碎屑巖[26-27]。從下中新統(tǒng)到上中新統(tǒng)由夾雜炭質(zhì)凝灰質(zhì)細(xì)碎屑的碳酸鹽巖推覆沉積組成，被海退型碎屑沉積所覆蓋。這些沉積物隨后被海侵—漸進(jìn)中上新統(tǒng)細(xì)碎屑巖所覆蓋。上新統(tǒng)至最新地層包括了一系列細(xì)粒的海洋沉積物。

3 討論

3.1 蘇門(mén)答臘弧前的應(yīng)變分解作用

有人提出在蘇門(mén)答臘斜向俯沖系統(tǒng)中發(fā)生了應(yīng)變分解作用，顯著影響了弧線和增生楔之間的條狀板塊的形成，這些楔板受主要走滑斷層的控制（見(jiàn)圖1）[5,7,21]。但是，對(duì) MF內(nèi)斷層活動(dòng)的觀點(diǎn)存在分歧，因?yàn)閬?lái)自明打威群島北部三分之一的GPS數(shù)據(jù)沒(méi)有顯示出任何大的橫向運(yùn)動(dòng)跡象[47]。此外，最近利用SF的最新地質(zhì)滑動(dòng)率和覆蓋蘇門(mén)答臘島和弧前高地的最新GPS數(shù)據(jù)表明，蘇門(mén)答臘弧前斷裂帶板內(nèi)的變形較小[48]。因此，該觀察結(jié)果未顯示出沿 MF和 WAF帶走滑活動(dòng)的證據(jù)。此外，在弧前高地和弧前盆地之間的邊界上，筆者沒(méi)有觀察到任何具有走滑運(yùn)動(dòng)的中等大地震（見(jiàn)圖10），這表明不存在主要走滑斷層或走滑運(yùn)動(dòng)不活躍。

圖10 MF沿蘇門(mén)答臘南部弧前構(gòu)造運(yùn)動(dòng)解釋[11,49-50]

對(duì)已發(fā)表的高分辨率測(cè)深數(shù)據(jù)重新研究顯示[8]，在蘇門(mén)答臘弧前盆地北部增生楔的陸緣東側(cè)觀察到了走滑斷層帶。但是，該斷層帶在前弧盆地內(nèi)的安達(dá)曼海中向北延伸至WAF[10,29-30]。在安達(dá)曼海中，增生楔與弧前盆地之間的邊界以Diligent斷層為標(biāo)志[10,29,49]。由于發(fā)育了一條主要的走滑斷層，在蘇門(mén)答臘北部和安達(dá)曼弧前發(fā)生了應(yīng)變分解作用。但是，該斷層帶并未成為弧前盆地與增生楔復(fù)合體之間的邊界。這個(gè)主要的走滑斷層從弧前延伸，穿過(guò)弧前盆地并終止于增生楔內(nèi)。而在蘇門(mén)答臘南部的弧前，關(guān)于增生楔形物東部邊緣變形大走滑的證據(jù)尚不清楚。然而，新近紀(jì)前陸盆地的后推力越大，向內(nèi)傾斜越陡；可能代表了一些平行于溝槽的剪切作用[11]。但是，在高分辨率測(cè)深數(shù)據(jù)上未觀察到沿MF的雁列式結(jié)構(gòu)。

在蘇門(mén)答臘弧前，該斜向俯沖系統(tǒng)中平行于溝槽的應(yīng)變也可能以壓扭性褶皺和逆沖形式分布，這一點(diǎn)可以通過(guò)形成于與溝槽成低角度的蘇門(mén)答臘增生楔的向溝槽部位上的褶皺沖斷帶走向判斷出來(lái)[9]。此外，如Nias島所示[12]，平行于海溝的運(yùn)動(dòng)可能已被走滑斷裂系大量吸收，使增生楔變形，這在蘇門(mén)答臘弧前的其他弧前高地島上也觀察到了這種現(xiàn)象[34-36]。

在琉球邊緣下方菲律賓板塊的斜向俯沖中形成的琉球增生楔中，Yaeyama斷層分解了琉球增生楔的某些部分。它繼續(xù)向西北方向移動(dòng)，使弧前盆地發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)[4]。但是，在增生楔的弧形邊緣仍觀察到正向的背沖逆斷層和前沖逆斷層，以及弧前盆地發(fā)生了大規(guī)模的走滑，沿著千島海峽的太平洋板塊斜向俯沖，向西北延伸到千島島弧[51]。因此，類(lèi)似于在蘇門(mén)答臘北部所觀察到的情況，這些觀察結(jié)果表明，由于斜向俯沖系統(tǒng)中的應(yīng)變分解作用，使增生的楔形復(fù)合體和弧前盆地沉積物均發(fā)生變形，弧前形成了一條主要的走滑斷層，這種走滑斷層不一定是弧前高地下方增生楔與更遠(yuǎn)離弧前方向的弧前盆地之間的邊界。

3.2 弧前高地隆升

增生楔形復(fù)合體隆升的最高部位位于弧前高地，這被解釋為受MF—WAF帶走滑斷層的限制[5-8,20-21]。然而，據(jù)弧前高地的野外觀察表明，走滑運(yùn)動(dòng)與 MF并不是主要的構(gòu)造作用[12]。此外，自20世紀(jì)60年代初以來(lái)的地震活動(dòng)記錄顯示，該斷層帶沒(méi)有走滑運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的地震，表明該地區(qū)沒(méi)有活躍的走滑斷層。最新的地震成像資料沒(méi)有顯示出任何大的垂直結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)增生楔形構(gòu)造及其支撐物之間的橫向運(yùn)動(dòng)[32,52]。

根據(jù)最近在蘇門(mén)答臘弧前[10-11]獲得的地震反射數(shù)據(jù)，筆者沒(méi)有觀察到弧前下方存在倒置現(xiàn)象（例如魚(yú)叉結(jié)構(gòu)），表明不存在構(gòu)造反轉(zhuǎn)。因此，筆者認(rèn)為盆地倒轉(zhuǎn)是造成弧前高地升高原因的觀點(diǎn)不一定正確。此外，先前關(guān)于尼亞斯地區(qū)弧前高地向弧邊緣撓曲逆沖的推論[22-23]，其實(shí)是蘇門(mén)答臘增生楔形邊緣反沖斷層。至于前弧高地上較老的增生楔塊由于內(nèi)、外楔塊之間的溝槽向活動(dòng)斷裂抬升，筆者在最近發(fā)表的地震反射資料上無(wú)法觀察到類(lèi)似特征[10-11]。然而，在蘇門(mén)答臘北部弧前剖面上，西部有一個(gè)相似方向張開(kāi)的斷層。即使這些地震剖面的地震反射層很淺，但前人仍認(rèn)為斷層可能起源于基底。

最新的地震成像資料揭示了與增生楔形復(fù)合物相對(duì)的向海傾斜大陸架的幾何形狀[32,52]，沿著安達(dá)曼和蘇門(mén)答臘弧前的地震反射資料顯示，這個(gè)向溝槽傾斜的逆沖帶開(kāi)始形成弧形的反沖并限制了增生楔的形成。1976年M7級(jí)地震及其余震在蘇門(mén)答臘北部前端的遷移表明該深部存在反沖斷層活動(dòng)。此外，弧前后沖斷層也被認(rèn)為與 2004年蘇門(mén)答臘大地震同時(shí)發(fā)生[9-11]。蘇門(mén)答臘弧前高地向陸地傾斜，超過(guò) 7個(gè)世紀(jì)的珊瑚隆起記錄表明，Sunda逆沖大斷層存在走滑[50]。但是，在1685年發(fā)生的一次隆起事件中，尚不清楚地層傾斜的情況，這可能是由于反沖斷層運(yùn)動(dòng)引起的[9]。這種結(jié)構(gòu)在海底附近向上延伸，并在前陸盆地沉積物的作用下引起褶皺和逆沖作用[11]。蘇門(mén)答臘弧前盆地的弧形-逆沖似乎與弧前高處的溝槽-弧前逆沖并排，在蘇門(mén)答臘增生楔形復(fù)合體的核心形成了雙弧形逆沖。

基于這些觀察和比較，筆者認(rèn)為雙向發(fā)散楔狀體的發(fā)育是蘇門(mén)答臘斜俯沖系統(tǒng)中弧前高地隆起的原因（見(jiàn)圖2e）。Moeremans和Singh也觀察到安達(dá)曼弧前向北增生楔形的增長(zhǎng)模式，表現(xiàn)出俯沖帶的傾角更大[10]，這表明在傾斜俯沖系統(tǒng)上發(fā)育雙發(fā)散增生楔并不罕見(jiàn)。與之前的認(rèn)識(shí)相反，在這種地質(zhì)背景下應(yīng)在增生楔的陸緣上形成大的走滑斷層[8,21]。在蘇門(mén)答臘北部前陸盆地的逆沖斷層上觀察到的走滑斷層主要是走滑斷層的向南延伸，即安達(dá)曼—尼科巴斷層[49]。此外，對(duì)弧前高地的逆沖作用可以解釋陸上弧前高地島上平行于海溝的反向斷層[34-37]，這些斷層先前已被解釋為倒轉(zhuǎn)的正斷層[12]。在俯沖帶的其他俯沖邊緣也觀察到了增生楔后端向深部沖斷的相互作用，該逆沖斷層在深部連續(xù)延伸到增生楔與弧前盆地之間的邊界處，主要包括：古希臘弧，小安的列斯群島（見(jiàn)圖7b）和巴拿馬海溝[53-55]。此外，沙箱模擬結(jié)果表明，逆沖斷層和對(duì)沖斷層抬升了增生楔的核部，并在正交至中等斜交俯沖背景下形成了弧前高地[40]。

3.3 弧前盆地的生長(zhǎng)

基于地震反射數(shù)據(jù)的觀測(cè)，古近紀(jì)，蘇門(mén)答臘前陸盆地發(fā)育在與地塹系統(tǒng)有關(guān)的局部沉積中心[26-28,44]，推測(cè)該盆地為弧后盆地在南蘇門(mén)答臘地塹系統(tǒng)的西南部延伸[26,44]。蘇門(mén)答臘地區(qū)古近系也可能由于東北向裂谷而形成，隨后在主要走滑斷層之間被拉分盆地系統(tǒng)改造[26]。但是，在平行于盆地軸線的地震反射剖面觀察到的古近系地塹屬于新近紀(jì)陸架邊緣前部的深部弧前盆地[43]。因此，對(duì)于古近紀(jì)弧前盆地的走向存在位置的變化，淺部弧前在盆地深部附近發(fā)育。這一觀測(cè)結(jié)果支持了Matson和Moore的觀點(diǎn)，表明了構(gòu)造單元的區(qū)域趨勢(shì)[25]。因此，古近紀(jì)沉積中心的這種變化可以通過(guò)橫穿盆地的正斷層來(lái)控制。

另一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為，這些古近紀(jì)地塹起源于與SF和MF有關(guān)的拉分盆地中的局部凹陷[26-28]。但是，MF本身很可能是在中新世中期發(fā)育的[11]，而SF可能是在中新統(tǒng)[49,51]或上新統(tǒng)的中部形成的[31]。因此，需要進(jìn)一步詳細(xì)研究這兩個(gè)斷裂帶的發(fā)育情況。但是，沒(méi)有證據(jù)支持SF和MF在古近紀(jì)一直活躍的說(shuō)法。

古近紀(jì)蘇門(mén)答臘弧前盆地的更深部分可能位于當(dāng)今的弧前高地，如尼亞斯島[12]。從蘇門(mén)答臘南部海域的地震反射資料可以得出類(lèi)似的結(jié)論，其中部分古近系可能已被整合到增生楔形沉積物中[11,14]。此外，新近紀(jì)早期弧前盆地可能延伸到了現(xiàn)今的弧前高地，這是由于從前陸盆地到弧前高地新近系連續(xù)沉積。在蘇門(mén)答臘北部弧前，在增生楔頂上觀察到變形的地層以及弧前高地。這些地層中褶皺和斷層非常發(fā)育，表明該地區(qū)經(jīng)歷了擠壓過(guò)程。這些地層的地震反射類(lèi)似于在弧前盆地中觀測(cè)到的新近系地震反射。因此，弧前高地的沉積物可能是在弧前盆地環(huán)境中形成的，弧前盆地似乎已向東偏移。與局部發(fā)育的古近系上部沉積中心相反，新近系上部盆地沿弧前高地島弧的前部廣泛形成，并與海溝平行。

蘇門(mén)答臘古近紀(jì)沉積中心較厚的沉積物可能產(chǎn)生較高的地溫，這對(duì)烴源巖成熟有重要作用。在這些弧前盆地中發(fā)現(xiàn)了接近商業(yè)價(jià)值的油氣，這表明該地區(qū)存在著有效的油氣系統(tǒng)。下步還需要進(jìn)行詳細(xì)研究，以弄清蘇門(mén)答臘弧前盆地古近系半地塹的起源。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蘇門(mén)答臘弧前地區(qū)以往研究的回顧，提出了幾種有關(guān)弧前高地隆起機(jī)制的方案，包括主要走滑斷層帶、撓曲隆起、盆地倒轉(zhuǎn)、較老的增生楔形隆起、增生楔塊后部有雙向發(fā)散楔狀體等等。盡管俯沖系統(tǒng)是傾斜的，但由于應(yīng)變分解作用的正交分量，蘇門(mén)答臘增生楔變形主要由褶皺作用和逆沖作用控制。對(duì)地震反射資料的研究表明，向溝槽發(fā)散的逆沖斷層和向島弧發(fā)散的反沖斷層之間的相互作用在弧前高地隆起中起了重要作用。在弧前高地隆起方面，走滑斷層似乎起著較小的作用。前弧高地隆起的部分沉積物是在先前深部弧前盆地的環(huán)境中形成的?；∏案叩睾突∏芭璧氐默F(xiàn)代形態(tài)與上新世期間弧前高地的快速隆升和增生楔的變形有關(guān)，古近紀(jì)弧前盆地似乎是在局部沉積中心形成的。相反，新近紀(jì)弧前盆地的走向與海溝平行，并向島弧方向發(fā)展，表明俯沖系統(tǒng)對(duì)盆地的形成起重要作用。