보르네오섬의 지질사

동남아시아의 보르네오섬을 지탱하는 암석의 기반은 지난 4억 년 동안 아시아판, 인도-오스트레일리아판, 필리핀해판-태평양판 사이의 수렴으로 인한 호-대륙 충돌, 대륙-대륙 충돌 및 섭입-부착 작용으로 형성되었다. 보르네오섬의 활발한 지질 과정은 모든 화산이 사화산이므로 격렬하지 않고 온화한 과정을 거쳤다. 오늘날 동남아시아를 형성하는 지질학적 힘은 세 가지 판 경계에서 비롯된다. 각각 보르네오섬 남동쪽 술라웨시섬의 충돌대, 자바-수마트라 섭입 경계, 인도-유라시아 대륙 충돌이다.

 곤드와나에서 초기 합병 


동남아시아 지역은 곤드와나에서 분리된 후 북쪽으로 표류한 여러 지각 조각으로 이루어져 있다. 이 대륙 조각은 마그마 활동과 오피오라이트의 정위 이전에 형성된 기반암을 구성한다. 곤드와나는 고생대에 남극 위로 확장되었던 거대한 대륙이었다. 이 지각 조각 중 일부는 동남아시아 대륙 핵 지역인 순다랜드를 형성한다. 순다랜드는 북쪽으로 남중국 및 인도 대륙 블록, 남쪽으로 오스트레일리아에 둘러싸여 있다. 유라시아까지 북쪽으로 도달한 곤드와나의 조각에는 태국과 말레이반도가 포함된다. 그렇게 멀리 북쪽으로 도달하지 못한 다른 조각은 칼리만탄의 보르네오 남서부 슈와너산맥과 수마트라섬 및 자와섬을 형성한다.

순다랜드를 형성하기 위한 열개 움직임, 북쪽으로 이동 및 부착은 후기 고생대와 초기 중생대에 세 단계에 걸쳐 일어났다. 이 단계는 곤드와나와 유라시아를 분리하는 테티스해의 개폐를 통해 제어되었다. 곤드와나는 남쪽에 있었고 유라시아는 현재 비교적 고정된 위치로 북쪽으로 이동했다. 이 단계들은 데본기, 후기 페름기, 후기 트라이아스기 동안 일어났다.

곤드와나에서 분리된 지각 조각들의 기반암 외에도 동남아시아는 다음 특징을 가지고 있다.
 고태평양판의 섭입으로 인해 동남아시아 대부분 지역에 중생대 오피오라이트가 정위되었다.
 동남아시아 대부분 지역에서 장기간의 마그마 작용이 일어나 기반암 오피오라이트와 지각괴로의 분출 및 관입이 형성되었다.
 섭입 종료 후 후기 중생대 내내 이 지역에 걸쳐 퇴적이 지배적이었다.
 에오세 동안 보르네오섬 북쪽의 남중국해에서 신생대 확장과 열곡대가 발생했으며, 이 확장을 설명하기 위해 여러 모델이 제시되었다.

 중생대 섭입 
쥐라기와 백악기 시대에는 해양판의 섭입으로 인한 광범위한 화산 활동과 관입이 있었다. 서태평양판은 동남중국과 동남아시아 아래로 섭입되었다. 이 섭입의 시작은 오피오라이트를 정위시키고 동남아시아를 가로지르는 마그마성 벨트인 태평양호를 발달시켰다. 오피오라이트는 섭입형 충돌 판 경계를 형성하는 압축으로 인해 대륙 지각 위로 밀려 올라온 거대한 해양 지각 블록이다.

초기 태평양호는 고태평양(Palaeo-Pacific)이 보르네오, 베트남 및 남중국 아래로 섭입된 화산 활동과 관입 활동이 나타나는 곡선 지대이다. 결과적으로 장기간의 마그마 활동은 남중국까지 북쪽으로, 홍콩, 남중국해 대륙붕, 베트남 및 남서 보르네오의 칼리만탄까지 이어지는 관입과 분출에서 분명하게 나타난다. 이 마그마 활동 기간은 경계가 동쪽으로 이동한 79 Ma까지 계속되었다. 이 지역의 마그마 활동 시기는 칼리만탄의 슈와너 산맥 화강암의 경우 186 Ma에서 76 Ma, 남중국의 경우 180 Ma에서 79 Ma, 홍콩의 경우 165 Ma에서 140 Ma, 베트남 달랏의 경우 112 Ma에서 88 Ma이다. 이 섭입을 통해 동남아시아를 가로질러 생성된 호 화강암과 화산 활동의 마그마 벨트는 폭이 수백 킬로미터에 달했으며, 총 면적은 220,000 km2이다.

 오피오라이트 정위 

보르네오 북동부에는 서태평양판이 동남중국과 동남아시아 아래로 섭입하기 시작하면서 형성된 중생대 오피오라이트에서 유래한 많은 지각 조각이 있다. 이 오피오라이트 기반암은 보르네오 북동부의 사바주와 보르네오 남동부의 메라투스 산맥 지역에 놓여 있다. 또한 보르네오 남부의 자와섬 중부와 북부의 팔라완주 및 필리핀에도 오피오라이트 지각 조각이 정위되었다.

오피오라이트는 대륙 연약권 위에 밀려 올라온 해양 리소르페어의 순서로, 감람암, 반려암 및 현무암 단위가 각암과 해저 화산 및 퇴적암으로 덮여 있다. 오피오라이트는 해양 지각에서 기원하며, 조성은 초고철질 또는 고철질이고 휘석과 각섬석 광물의 농도가 높다. 오피오라이트 기반암의 표면 노출은 세가마 계곡, 다르벨만, 텔루피드 및 쿠닷에서 볼 수 있다. 오피오라이트의 K-Ar 연대 측정은 이들이 백악기 시대임을 나타내어 이 시기에 보르네오 아래에서 섭입이 있었음을 뒷받침한다.

 후기 백악기~신생대 퇴적 
퇴적은 중생대 서태평양 섭입과 관련된 오피오라이트 정위와 남중국해의 마그마 활동 이후에 일어났다. 퇴적은 팔레오세의 심해 이암과 터비다이트에서 마이오세 및 플라이오세의 천해 사암, 삼각주 하천 및 탄산염암으로의 전환을 보여준다. 이는 리프팅, 융기 및 퇴적 사건으로 인해 발생한 환경적 변화를 뒷받침하는 증거를 제공한다. 라장 암군(Rajang Group)과 키나바탕안 암군(Kinabatangan Group)은 심해 퇴적물로 이루어져 있으며, 스루둥 암군(Serudong Group)은 얕은 해양 환경에 퇴적된 퇴적물로 구성된다.

후기 백악기부터 마이오세까지 남중국해의 장기간에 걸친 확장이 일어났다. 남중국해의 북서-남동 방향 확장의 원인은 아직 정의되지 않았지만, 서로 다른 운동학적 과정을 나타내는 다양한 잠재적 모델이 있다. 퇴적 기록을 살펴보면 이 확장 기간과 그 원인을 파악하는 데 도움이 될 수 있다. 후기 중생대와 신생대의 퇴적에 대한 설명은 다음과 같다.

 라장 암군 
퇴적은 주로 초기 제3기 동안 현재 보르네오 북서부와 현재 해안에서 떨어진 크로커 분지에서 일어났다. 여기서 라장 암군으로 알려진 심해 터비다이트와 이암이 퇴적되었다. 퇴적은 인도가 아시아와 충돌하기 시작한 시기와 일치하는 것으로 생각된다. 라장 암군 퇴적 기록 내에서 남중국해 확장 종료가 기록되어 후기 백악기의 활성 대륙 주변부에서 제3기 내내 심해 환경으로의 전환을 보여준다. 이후 라장 암군은 강력한 변형을 겪고 현재의 1 km 고도로 융기하여 보르네오 내륙 고지대를 형성했다.

 키나바탕안 암군 
후기 에오세에 라장 암군 위에 퇴적이 없는 기간이 있었는데, 이는 사라왁 오르겐(Sarawak Orogeny)의 구조 융기 사건을 나타낸다. 퇴적이 없는 이 기간을 부정합이라고 하며, 퇴적 기록에서 비어있는 시간적 공백으로 나타난다. 이어서 올리고세에는 키나바탕안 암군의 퇴적이 일어났는데, 이 또한 터비다이트와 해양 이암으로 구성되었다. 터비다이트와 이암은 심해 환경을 나타내는데, 심해의 낮은 에너지로 인해 미세한 이암이 형성되고 가끔 해저 산사태와 같은 사건이 터비다이트를 형성하기 때문이다. 키나바탕안 암군의 일부를 구성하는 크로커 팬(Crocker Fan)은 방대한 양의 고진기 심해 퇴적물을 포함한다. 이 퇴적 기간의 시기는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 최근 연구에서는 후기 에오세와 관련이 있다는 증거가 우세하다. 크로커 팬은 동남아시아의 하나의 분지에서 가장 큰 부피의 고진기 심해 퇴적물을 가지고 있다.

 세루동 암군 
마이오세 융기는 사바주에서 마이오세부터 플라이오세까지 퇴적물을 심해 터비다이트와 각암에서 얕은 해안 해양 퇴적물로 변화시키기 시작했다. 얕아지는 연속적인 퇴적은 탄산염암의 퇴적을 보였고, 해양에서 삼각주 하천 퇴적으로의 전환을 보여주며, 이들이 함께 세루동 암군을 형성한다. 이는 강이 바다와 만나는 곳에서 발견되는 해안 지형이 삼각주이기 때문에 환경이 얕아졌음을 나타낸다. 초기 마이오세 퇴적은 보르네오 동쪽과 북동쪽의 분지에서 나타난다. 퇴적물이 쌓일 수 있는 새로운 공간은 에오세 시기 열곡운동으로 형성되었다. 보르네오 고지대와 다른 오래된 분지 경계부의 융기에서 유래한 침식 물질이 공급되었다. 아래에 언급된 신생대 마그마 활동은 키나발루산과 같은 관입을 유발했으며, 이는 이 지역 융기와 관련되었다고 추정된다.

 신생대 남중국해 확장 
보르네오 북동부의 신생대 지체구조는 여전히 뜨거운 논쟁의 대상이며, 보르네오 북부의 지각 확장을 설명하는 세 가지 모델이 있다. 원시 남중국해판은 이전에 오늘날 위험지대 동쪽에 있었으며, 사바주 북서부 보르네오 해안에 있었다. "위험지대"는 남중국해의 일부를 형성하는 지괴로, 보르네오 북서쪽에 위치하며 흩어져 있는 암초와 산호초 때문에 선원이 항해하기 위험하다고 가리키면서 이 이름이 붙어졌다. 이곳은 대륙 지각의 기반암이며 사바주 북서쪽 남중국해의 대륙붕을 형성한다. 남중국해의 확장은 더 이상 활발하지 않다.

에오세 동안 위험지대의 확장이 시작되었고, 이어서 올리고세 동안 추가적인 확장이 일어났다. 남중국해를 가로지르는 이 확장은 북서-남동 방향으로 진행되었고, 얇아짐과 열곡 현상을 야기했다. 이는 중생대 호가 한때 동남아시아 대부분을 가로질렀던 곳 북서쪽에 남중국해 분지의 형성을 이끌었다. 발생한 확장은 가위날이 열리는 것과 같은 열곡대 운동학으로 인해 삼각형 모양의 리프트 영역을 형성했다.

위에 언급된 세 가지 서로 다른 모델은 후기 중생대 동안의 이 열곡 과정과 얇아짐을 설명하며, 저자마다 약간씩 다르다. 다음은 세 가지 모델을 보여준다.

 측면 주향 이동 단층이 남중국해를 가로질러 투영되고, 인도-아시아 충돌로 인한 측면 변위가 확장을 야기하는 압출 모델
 슬랩 풀이 원시 남중국해가 북서 보르네오 아래로 섭입되면서 확장을 야기한 위험지대 형성의 증거와 잘 일치하는 섭입 모델
 보르네오 남쪽 자바와 수마트라 근처의 판 후퇴(slab roll back)와 같은 원거리 과정이 마그마 활동을 야기하여 보르네오 북서쪽의 지각 확장과 A형 화강암 형성을 초래하는 대륙 열곡 분지 모델.

 압출 모델 

압출 모델은 인도-아시아 충돌과 남중국해의 확장을 연결시킨다. 이 충돌은 남중국해에서 주향 이동 단층의 측면 확장을 야기할 것이다. 이는 인도가 북쪽으로 유라시아 대륙으로 돌진하면서 지각이 옆으로 밀려 나오는 곳이다. 인도의 북쪽 이동은 동남아시아 블록을 충돌 지점에서 멀리 밀어내어 보르네오의 시계 방향 회전을 야기하며, 이는 큰 확장 분지를 형성한다.

이 모델이 정확한지 정의하려면 남중국의 주향 이동 단층이 남중국해를 거쳐 보르네오까지 확장되는지 이해하는 것이 중요하다. 인도차이나와 남중국을 가로지르는 세 가지 주요 단층은 쓰리 파고다, 매 핑 및 홍강 단층으로 알려져 있지만, 해안에서 어디로 이어지는지는 알려져 있지 않다. 이들이 남중국해까지 얼마나 깊이 침투하는지는 확인되지 않았다.

서바람 단층은 보르네오 사라왁 해안을 따라 북서-남동 방향으로 뻗어 있으며, 서로 다른 지질 역사를 가진 강괴를 분리하는데, 그 중 하나는 북동쪽의 "위험지대"이다. 이 단층은 원시 남중국해의 제안된 섭입을 수용하는 것으로 생각되는 미끄러짐이 있기 때문에 중요하다. 따라서 보르네오의 주향이동 단층을 따라 발생하는 변위량은 어떤 모델이 정확한지 이해하는 데 중요하다. 서바람 단층을 따라서는 광범위한 변위가 없으며, 이는 원시 남중국해의 통과가 거의 없었음을 나타내고 아마도 섭입이 없었음을 의미한다. 그러나 이 모델들은 측면 변위의 부족이 압출 모델이 틀렸음을 증명한다고 결론 내릴 수 없다. 좁은 원시 남중국해 또는 다른 지각 변형이 섭입하는 원시 남중국해를 수용하고 주향이동 단층을 따라 변위가 없는 것을 설명할 수 있다.


 대륙 열곡 분지 모델 
남중국해의 대륙 지각의 얇아짐과 열곡 운동에 대한 세 가지 모델 중 하나는 자바와 수마트라 섭입에 의해 시작되어 경계를 따라 압출과 슬래브 후퇴를 유발한다. 이로부터 오는 응력은 남중국해에서 축적되었고, 이들이 함께 남중국해의 남쪽 확장을 야기했다. 이 모델은 보르네오 남쪽 자바와 수마트라 근처의 섭입을 나타내지만, 보르네오 또는 보르네오 아래의 섭입은 아니다. 이것이 단독으로 남중국해 확장을 야기했을 가능성은 낮지만, 관련된 힘에 기여했을 가능성은 있다.

 섭입 모델 

섭입 모델은 원시 남중국해가 동쪽에 섭입대를 형성했으며, 이후 슬랩 풀 과정에 따라 원시 남중국해가 보르네오 북서부 아래로 섭입되었다고 제안한다. 위험지대가 보르네오의 슈와너 산맥 중생대 화강암과 충돌하면서 섭입을 종결시켰다. 이는 밀도가 낮은 위험지대 상부 판에 비해 충분한 밀도 대비를 가지지 못했기 때문이다. 따라서 섭입이 종료되면서 원시 남중국해가 섭입을 멈추고 지각 경계가 합쳐진 봉합선이 형성되었다. 제안된 봉합선은 보르네오 북동부의 키나발루산 아래에 위치한다.

섭입대는 일반적으로 봉합선에서 북서쪽으로 약 400 km 떨어진 곳에 있는 것으로 생각된다. 이 섭입 기간은 에오세 내내 진행되었으며, 초기 마이오세에 끝났다.

 후기 신생대 마그마 활동 및 키나발루산 관입 
키나발루산 화강암 관입의 역사를 연대 측정하고 정의하는 것은 높은 침식, 지형과 열대 우림을 통한 접근의 어려움, 경계를 정의하기 어려운 점, 변질 등으로 인해 많은 어려움에 직면해 있다. 신생대 동남아시아의 일반적인 지질은 잘 정의되어 있지 않아 보르네오의 현재 상태로 이어진 지질학적 사건들을 재구성하는 것이 흥미로운 연구 대상이 된다.

키나발루산은 사바주 보르네오 북동부에 있으며 높이는 4,095 m이다. 이 산은 남중국해에서 발생한 다른 후기 신생대 마그마 활동과 동시에 관입되었다. 키나발루산 관입은 마그마가 층서로 밀고 올라가는 병반이다. 상부 층서의 퇴적물은 이 플루톤 형태의 관입의 결과로 변형되었다. 키나발루산 관입은 관입 위의 퇴적물 변형을 야기한 병반 형태의 플루톤이다. 이 산은 7.85Ma에서 7.22Ma 사이에 12km 미만의 얕은 깊이로 관입하여 상부 퇴적물과 하부 초고철질 기반암을 분리했다. 후기 신생대 보르네오의 다른 마그마 활동으로는 사라왁의 관입 및 분출, 동사바주의 셈포르나 화산암, 그리고 칼리만탄의 화산암이 있다.

 각주 

분류:인도네시아의 지질
분류:보르네오섬
분류:말레이시아의 지질