地球科學

台灣島隆起的爭議

因菲律賓海板塊擠壓 歐亞板塊而隆起的台灣島, 板塊之間究竟 如何碰撞? 又發生在什麼時候?

撰文/李名揚

地球科學

台灣島隆起的爭議

因菲律賓海板塊擠壓 歐亞板塊而隆起的台灣島, 板塊之間究竟 如何碰撞? 又發生在什麼時候?

撰文/李名揚

重點提要

■學術界對於台灣的造山過程有三派主張,分別是弧陸碰撞、弧弧碰撞及二次碰撞。
■三派都同意碰撞一開始發生在宜蘭東部外海,島嶼也在這一帶冒出海面,但這裡的島嶼因垮塌作用而沉入海裡,很久以後,台北和宜蘭也會面臨相同命運。

在地質年代中,只有幾百萬年歷史的台灣島算是非常年輕的島嶼。它是由菲律賓海板塊擠壓歐亞板塊使地殼隆起所形成,中央山脈以西為歐亞板塊,花東地區的海岸山脈屬於菲律賓海板塊,而這兩座山脈之間的花東縱谷就是兩大板塊交界的縫合線。菲律賓海板塊目前仍持續擠壓歐亞板塊,使得造山運動仍在進行,也就是說,台灣有些山脈仍以我們難以察覺的速度在升高。

學術界對於台灣島是由兩大板塊擠壓所形成已有共識,不過,對於擠壓的過程與細節,則出現了「弧陸碰撞說」、「弧弧碰撞說」及「二次碰撞說」等三種不同的主張。

弧陸碰撞

「弧陸碰撞說」最早是由華裔美籍教授翟懷慈在1970年代提出。台灣大學地質系教授鄧屬予解釋,這派學說認為歐亞板塊的南海地殼曾有一道東西向的中洋脊,促使南海地殼向南北張裂,但止於1600萬年前,隨後,菲律賓海板塊載著呂宋島弧向西北漂移,到了距今1000~1200萬年前,在台灣東方數百公里處撞上歐亞板塊,揭開了造山運動的序幕。

隨著菲律賓海板塊持續往西北擠壓,造山位置逐漸西移,海底山脈也不斷堆高,到了500萬年前,終於在現今日本沖繩縣西表島附近(約在蘇澳東方200公里處)冒出海面,形成台灣造山帶的雛形。

一旦造山帶凸出海面後,就會開始遭受風化與侵蝕,形成沉積物,沉積物再經過搬運並堆積於古山脈邊緣的海洋中,形成沉積岩。在花蓮南方海岸山脈的弧前盆地中(見67頁邊欄),不同年代的地層岩性明顯不同,在500萬年以前的地層中只有安山岩,代表呂宋島弧岩漿冷卻凝固後形成的火成岩;但從500萬年前開始,地層中出現了石英,那是大陸地殼經過風化所形成的礦物。這些含有石英礦物的沉積岩指示當時台灣島已經隆升出水,島上的岩層受到風化侵蝕作用,產生了大量的沉積物,然後被深海濁流運送到南方的呂宋島弧,沉積於弧前盆地中。持續的造山運動最後把弧前盆地也推擠上陸,形成現在的的海岸山脈。

弧弧碰撞

但「弧弧碰撞說」卻認為,擠出台灣島的兩個板塊,東南邊的前緣同樣是呂宋島弧,但西北邊的歐亞板塊邊緣並非單純沉積岩層,而是含有歐亞板塊上殘留的琉球島弧。

中央大學地球科學系教授許樹坤指出,過去的地質研究只有陸地上的資料,但從1992年開始有了全球海上重力衛星的資料,可以調查海洋地殼的重力異常,並分析其岩性來進行研究。根據海洋地殼的重力密度來看,古代的琉球島弧應該一直連到台灣西南方的台灣海峽南部(見66頁〈弧弧碰撞的證據〉),而台灣顯然是琉球島弧的一部份。

弧弧碰撞說認為,在距今2000萬年前,琉球海溝比現在更長,往西南連接到歐亞板塊的南海地殼和菲律賓海板塊的轉形斷層邊界,再連接到原始馬尼拉海溝的最北端,這個轉形斷層位於現今巴士海峽的位置上,東北方為菲律賓海板塊,西南方則是南海地殼。

大約2000萬年前,南海地殼的張裂速度減緩,造成這個地區的板塊重整,原始馬尼拉海溝向北延長,並使與之連接的轉形斷層停止活動,而在其東北方形成另一新的轉形斷層,而新舊轉形斷層之間的梯形區域,也停止向西北隱沒,轉而沿著新產生的馬尼拉海溝北段向東隱沒,產生了呂宋島弧,連帶使得琉球海溝不再向西南延伸到台灣海峽南方,而只到台灣東方海面停止,並連接上新的轉形斷層。

板塊重整後,呂宋島弧隨著菲律賓海板塊向西北移動,撞上琉球島弧,開始造山,許樹坤根據台灣東北方沖繩海槽的海底地質資料,估計時間大約是在距今800萬年前。

許樹坤進一步解釋,南沖繩海槽是琉球島弧的弧後盆地,應該一直在張裂並伴隨產生正斷層,可是地質資料卻顯示該處在距今800萬年前,出現因擠壓而產生的褶皺及逆衝斷層,因此他認為當時開始發生弧弧碰撞。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2009年第85期3月號】