台湾地质

台湾位于菲律宾海板块和欧亚板块的聚合边界，为一个造山作用活跃的活动构造区，根据GPS观测资料，菲律宾海板块以每年8.2公分的移动速度向西北移动。菲律宾海板块的隐没方向在台湾改变，在台湾南方，欧亚板块朝东隐没到菲律宾海板块之下，形成马尼拉海沟及其东侧的吕宋火山岛弧，到了台湾北方，菲律宾海板块则是朝北隐没到欧亚板块之下，造成琉球海沟及其北侧的琉球火山岛弧和冲绳海槽。台湾东部的海岸山脉属于菲律宾海板块的吕宋火山岛弧的延伸。北至花莲县花莲市，南至台东县台东市，是最晚成为台湾一部分的区域。海岸山脉的年代是新近纪，且岩石包含混同层和火山碎屑岩。当地最主要的岩石是中新世安山岩质的奇美火成杂岩，其次是以集块岩为主的都峦山层，接着是以砂岩、页岩以及砾岩混合火山岩的大港口层。以及属于混同层的利吉层，利吉层主要是细颗粒物质混合大块物质，例如砂岩块和蛇绿岩，可在海岸山脉南半部的西翼找到。当该层遭侵蚀时会形成恶地地形。因为利吉层有多种岩石混杂，难以定年，但可确定形成于更新世。卑南山砾岩可在卑南山找到，并沿着台东市北方的卑南溪分布。该层包含从中央山脉侵蚀后冲刷至该地的直径 5 至 15 公分砾石。该层形成于更新世中期至晚期，并代表板块碰撞仍持续。美仑砾岩在海岸山脉北侧出现，最北出现在花莲市。该地层倾角 30°，目前尚未定年，但可能属更新世。在海岸山脉西侧则是一个有沉积物的活跃裂谷，即花东纵谷。花东纵谷以西则是中央山脉东翼地质区，这是已被抬升的大陆地壳基底部分。台湾最古老的岩石位于中央山脉东翼，且已经高度变质。当地少量的化石可证明其年代在二叠纪。该区岩石从宜兰县南澳乡沿中央山脉东翼延伸至台东县金峰乡。该区域北方宽度约 30 公里，并向南逐渐变窄。这些台湾最早期的岩石都已高度变质，且在台湾西部深处也可找到。该区域被称为大南澳群或大南澳片岩。该群包含开南岗片麻岩（开南岗层）、太鲁阁大理岩（太鲁阁层）和长春片岩（长春层）。中央山脉东翼地质区可再分成西侧由变质岩绿色片岩形成的太鲁阁带，和东侧由变质岩蓝片岩组成的玉里带。这两个变质带可能由寿丰断层分隔，但尚未确认。玉里片岩的年代属于白垩纪，包含黑色片岩和一些绿色片岩、蓝闪石片岩和黑点板岩。花莲县吉安乡为分布的最东端，向南延伸约 150 公里至知本温泉区的西方。虽然黑色是因为内部所含的碳造成，但碳的成分少于 2%。可找到的矿物有石英、云母、绿泥石、钠长石、榍石和石墨。长春片岩的西翼大多是厚层的绿色片岩。当地另有少量的燧石和黑色片岩。这些岩石都是有叶理的深绿色岩石，其中包含了绿泥石、绿帘石、石英、方解石、黑云母、钠长石和阳起石。这些都是来自基性火山岩的派生矿物。这些岩石中也有硫化铜结核存在。硅质片岩是灰色的，因为变质自砂岩，而富含石英。石英岩和燧石也可找到，而且通常和黑色片岩共生。太鲁阁大理岩则北起太鲁阁并沿中央山脉东翼直到南横公路上的台东县海端乡雾鹿和关山镇之间为止。在宜兰县苏澳镇南方有许多石灰岩采矿场，是水泥工业的原料来源。虽然该区颜色大多是灰色，但也有黑或白色的石灰岩被切碎做为建材之用。白云石也常和石灰岩共生，尤其在清昌山（又称千谷寒山）、和平溪和木瓜山。开南岗片麻岩则存在于数个狭长区域。这些变质自沉积岩的片麻岩有粗糙而大颗粒的石英、黑云母、钠长石和斜长石，也有一些变质自花岗岩的正片麻岩。当地岩石是浅灰色，包含斜长石、石英、黑云母和白云母。和片麻岩共生的还有包含石英、长石和云母的伟晶岩。其他在古老变质岩带可找到的火成岩包含角闪岩和辉绿岩。蛇纹岩可在寿丰乡丰田、万荣乡、瑞穗乡西北方的打马燕山、玉里镇、卓溪乡等地找到。伴随蛇纹岩的有软玉、滑石和石棉等矿物。而瑞穗西方 10 公里的土曾汉山则有超基性岩石露头 。玉里镇附近的绿色蛇纹岩是很好的建材。并有一个超基性火成岩带向南延伸 25 公里至台东县海端乡利稻。该区域被认为是在 8500 万年前的南澳造山运动中形成，造成了花岗岩侵入和区域变质。该次抬升也在约 4000 万年前形成南海，并伴随辉绿岩入侵。蓬莱造山运动则在 1000 万年前开始，至今仍持续中。中央山脉西翼及脊梁山脉地质区是在古近纪轻度变质的沉积岩。梨山断层则将雪山山脉和中央山脉分离，也是始新世和渐新世砂岩和页岩的分界。十八重溪层形成于始新世，是板岩和变质砂岩互层，厚度可达 1000 米。达见砂岩形成于始新世晚期，厚度可达 2700 米。西村层是早期渐新世的板岩和千枚岩。厚度约 0.6 到 3 公里。四棱砂岩是渐新世的粗颗粒厚层砂岩。水长流层是渐新世的泥质板岩和杂砂岩组成。毕禄山层包含始新世的板岩和千枚岩。庐山层主要是中新世的硬页岩、板岩、千枚岩和砂岩组成。澳底层由砂、页岩互层组成，并包含煤炭。苏乐层是由中新世晚期的板岩和砂岩组成。西部麓山带东界是触口断层，以西则是和至今仍在沉积的沿海冲积平原交界。白垩纪、古新世与始新世的地层未露出地表，必须以钻探方式得知。云林层是白垩纪的地层，只能从钻孔得知其存在。该层地质是粉砂岩、玄武岩、页岩和石灰岩。古新世的王功层则包含火山砾岩、砂岩、页岩和石灰岩，深度超过 1000 米。始新世的双吉层则主要是火山物质组成的凝灰岩和凝灰质砂岩。厚度从 100 到 3000 米不等。渐新世的五指山层则主要是由厚层、白色而较粗粒的砂岩所构成。该地层厚度可从 0.9 到 1.2 公里中新世的野柳群主要是细颗粒砂岩，包含部分页岩、玄武岩质凝灰岩和三层煤层。该群包含大寮层、木山层、五指山层、观音山砂岩。瑞芳群包含砂岩、粉砂岩、页岩和六层煤层。该群包含石底层和南港层，厚度约 0.8 到 1.6 公里。三峡群底层是中颗粒砂岩，越往上则页岩增加，包含八层薄煤层。三峡群总厚度超过 5 公里。三峡群中的桂竹林层包含鱼藤坪砂岩、十六份页岩、关刀山砂岩；南庄层则包含上福基砂岩和东坑层。上新世的锦水页岩则是页岩夹杂泥质砂岩，厚度约 80 到 400 米。卓兰层的年代开始于上新世至更新世早期；地层是属于细颗粒砂岩，厚度约 1.5 到 2.5 公里。和卓兰层同时期的台湾南部地层是垦丁层，该地层是包含蛇纹岩混同层的泥岩地层。该混同层包含年代属于中新世，来自海床的基性或超基性岩块或卵石。显示海床的岩楔被抬升到海平面以上，受到侵蚀和岩块崩落进入沉积层。头嵙山层上部地层是以砾岩为主，并夹有砂岩呈互层；下部以砂岩为主。该地层在更新世以 1 到 2 阶段形成，厚度约 0.4 到 3 公里。四沟层则是呈浅蓝灰色的粉砂岩层，并夹有页岩和细颗粒砂岩。马鞍山层则相当类似四沟层，它被恒春石灰岩覆盖且可能互层。西部平原的新生代地层多已变形和变质，但已被第四纪的沉积物覆盖。 恒春石灰岩在蓬莱造山运动之后形成于更新世的第三阶段。同时红土和砾石在河阶上堆积。全新世的细颗粒土壤和珊瑚礁则广泛分布于台湾西部海岸的平原。在台湾北方的大屯火山群以火山岩为主，最高的七星山海拔 1120 米。该区火山在台湾北方形成圆形排列。火山岩也可在台湾北方的和平岛、棉花屿、彭佳屿和黄尾屿找到。岩石种类是富含铝的安山岩、凝灰岩和角砾岩。成分中缺乏钠和镁，但富含铁、钾、铷、锶和稀土金属。这些岩石是更新世时在琉球火山岛弧隐没带下融化成岩浆的海板块转变成的。位在桃园市大溪区的草岭山则是由富含橄榄石和辉石，以及结晶的黑云母和斜长石的玄武岩形成。当地岩石富含钾、铷、锶、镁、钙、镍，但缺乏钠、铝、铁；并有大量稀土金属，岩石来源和大屯火山群相同。基隆火山群、草山、本山、基隆屿和龟山岛形成于更新世之后。当地的喷发物质是爆发性的拉斑安山岩系和英安岩。当地主要的矿物是富含钙的斜长石。岩浆来源则是琉球火山岛弧的极西端，由隐没入欧亚板块下方 20 到 30 公里深的菲律宾海板块形成。当地岩浆含有大陆地壳物质。其地球化学性质显示其富含铁、铝、钛、钾、铷、锶，但是极为缺乏钠、镁、镍。碱性火山岩可在台湾西北部的石门水库和桃园市复兴区的角板山找到。当地岩石是苦榄岩、碱性玄武岩和粗面安山岩。常见的矿物有钠长石、橄榄石和斜辉石、氧化铁和氧化钛。岩石内元素富含钠和钛，并少有镁和钙。岩石形成于中新世。当地岩浆因为大陆边缘深入地幔的张力而形成。海岸山脉和绿岛的火山则是爆发性的拉斑安山岩系和火山碎屑。当地火山在上新世到更新世之间喷发，属于吕宋火山岛弧的一部分。当地岩浆是由进入地幔约 25 公里深的海洋地壳融化而成。当地的安山岩有一些可见到结晶的角闪石和辉石。地球化学分析显示当地岩石富含钾、铷、锶和轻稀土金属，并有极少的铬和镍。接近秀姑峦溪的奇美火成杂岩形成于 900 至 2220 万年，并且有斑岩铜矿床的矿化作用。覆盖面积约 22 平方公里。澎湖群岛则可找到更新世的玄武岩和拉斑系列岩石。当地岩浆是从海洋地壳裂缝流出，形成洪流玄武岩。当地岩石富含钛和缺乏铝、铷、锶。当地的碱性玄武岩包含橄榄石和方沸石。岩浆来自大陆边缘张力状态下的上部地幔。菲律宾海板块以每年 8.2 公分速度向西北方移动，造成新生代的沉积物有 200 公里的范围从 4 百万年至今遭到挤压。遭到挤压的物质则以每年 2 公分速度上升形成山脉。台湾是经常发生地震的区域，当地也有许多泥火山和温泉。在台湾造成灾害的地震有发生在花东纵谷的1951年纵谷地震系列、触口断层引起的1964年白河地震。1946年新化地震则有新化断层破裂的报告。1999年的921大地震则是车笼埔断层破裂造成，是台湾史上死伤第二惨重地震。而台湾史上死伤最惨重的则是1935年新竹台中地震，在新竹县峨眉乡纪录到断层破裂。台湾外海的地形包含高屏斜坡，是从台湾西南沿海延伸入南海。该区域正逐渐隆起使台湾面积扩大。在澎湖以南的台湾海峡有台西南盆地（又称台南盆地）。恒春半岛向南深入海中形成恒春海脊，这是中央山脉在海中的延伸。南纵海槽是花东纵谷向南进入海中的延伸。花东海脊则是海岸山脉在台东市进入海中的延伸。台东海槽则位于吕宋火山岛弧的东方。吕宋岛弧在海面上形成绿岛和兰屿。而位在海底的台东峡谷则通过绿岛和兰屿之间，是台东海槽和花东海盆的连接。切穿花东海盆的该峡谷向北可以和琉球海沟连接。2011年3月20日 08:00 GMT 发生的规模 5.5 地震震中即接近该峡谷，使附近的 EAC-C2C 海底电缆结点 C 和 D 损坏。花东海盆则位于花莲市东南方，向东延伸至距离海岸约 110 公里的加瓜海脊止。台湾滩是位于澎湖群岛南方和东南方的浅滩，是大陆棚的一部分。冲绳海槽是琉球群岛后方的弧后盆地，进入台湾时在乌石鼻和台湾最东端的三貂角之间形成海湾。台湾最强的正值布格重力异常位于台湾西部海岸，超过 +4x10−4 ms−2。而最大的负值重力异常中心则在苗栗县卓兰镇附近，其值达到 -2x10−4 ms−2。重力值在台湾海峡会变低是因为当地是挠曲盆地，有质量缺陷。地磁正值变化的区域可在窄区域找到；分别是西部沿海的西－西南走向和北海岸的东－东北走向，以及从海岸山脉向南的南北走向。其强度大约是 200 nT。台湾的大陆地壳厚度大约是 30 公里，海岸山脉还要比其他区域厚 2 公里，而东海岸最薄。台湾是大陆棚边界的一部分，所以从台湾海峡到亚洲大陆的地壳厚度都是固定的。热对流在花东纵谷西部速度最快，传热量超过 240 mWm−2。台湾的岩石大部分都有少许孔隙，并有少量地下水。在台湾有数个温泉，主要集中在台湾北部火山地区。清水地热是以宜兰县宜兰市西南方 13 公里的清水溪命名 。台湾的河流搬运大量物质入海沉积。花东纵谷南端每年就被卑南溪侵蚀了 8800 万公吨物质。向东流的数条河流每年分别搬运 1700、1500、3100 和 2200 万公吨物质入海。浊水溪每年可搬运 5400 万公吨物质。从中央山脉往南方流的河川每年则可搬运 1 亿公吨物质入海。第一个全台湾的地质图是1898年石井八万次郎绘制的《台湾岛地质矿产图》；该图比例是 1:800,000，图幅解说分成 6 个部分。后来在日俄战争前夕日本需要石油和煤，开始详细调查台湾北部的煤矿，于1911年出版由出口雄三和细谷源四郎绘制的《台湾地形地质矿产地图》，比例是 1:300,000。第三幅全台湾的地质图是1926年由高桥春吉和市川雄一绘制的《台湾地质矿产地图》，该图出现了 19 种岩石。1935 年由市川雄一绘制比例 1:500,000 的彩色地质图。1953年台湾省地质调查所绘制了 1:300,000 的地质图，1974年则绘制了 1:250,000 和 1:500,000 的地质图。第二版的地质图则于1986年绘制并附上说明书。