俯冲究竟如何起始，自板块构造学理论创立以来已经被地学家们讨论了超过半个世纪，关于俯冲起始机制有两个端元模型：依托于自身重力失稳的自发式起始俯冲和依托于外部应力的诱发式起始俯冲，学界通过地质与地球物理观测，以及动力学模拟对相关端元模型进行了大量的研究，然而依然存在诸多争议。对于自发和诱发俯冲机制的争论本质上反映了板块系统内生驱动力与外部构造应力扰动的博弈。
海底科学与划界全国重点实验室丁巍伟研究员和中国科学院海洋研究所孙卫东研究员对西太平洋地区具有不同俯冲起始模式的边缘海进行了研究，包括了代表被动陆缘转换成主动陆缘的北苏拉威西俯冲带，夭折的年轻大洋向年老大洋俯冲的穆绍海沟，俯冲极性反转导致的年轻大洋向年老大洋俯冲的所罗门俯冲带以及年老大洋向年轻大洋俯冲的IBM俯冲带（图1）。研究表明，受控于西太平洋大板块主导-小板块从属的动力体系，年轻大洋板块向年老大洋板块的俯冲(如所罗门海、卡罗琳海)依赖外部挤压应力与转换断层等薄弱带，薄弱带易在岛弧与年轻洋盆的流变差异区形成，共轭剪切带是俯冲起始的核心结构；被动陆缘向主动陆缘的转换(如苏拉威西海)则受区域性构造挤压控制（图2）。即便是年老大洋向年轻大洋俯冲的IBM俯冲带，起始表现为横向挤压应力主导，而非自发俯冲的拉张环境，后续仍需外部应力维持。在现今板块构造体系下，依赖大洋岩石圈密度差与薄弱带的单纯自发俯冲可能很难发生，外部应力(如侧向挤压)是打破平衡的关键。
经典板块构造理论的提出是基于对超级大陆裂解和超级大洋的形成的认识，然而对于发育了全球75%边缘海的西太平洋地区来说，情况会变得更为复杂。在太平洋板块，印度-澳大利亚板块和欧亚板块的联合作用下，不同方向、不同来源的大洋板块的俯冲控制了诸多边缘海盆地的形成。这些边缘海盆地（如所罗门海，苏拉威西海）普遍规模较小，在大板块（如太平洋板块、印度洋-澳大利亚板块）主导的运动体系中，命运受控于邻近板块的动力调整，因此对于俯冲如何起始、边缘海如何张开都无法用传统的板块构造理论解释。
未来研究需在三个维度突破：（1）观测维度：在苏拉威西海、IBM、汤加-克马德克等俯冲起始带开展高分辨地震与钻探，构建从起始到成熟俯冲的完整序列；（2）模拟维度：发展基于实测流变参数的三维多物理场模拟，约束深部结构（>100km）、岩石圈薄弱带力学梯度和板块应力场；（3）过程维度：聚焦俯冲空间扩展、负浮力阈值、地幔对流模式及浅部响应。解决需融合观测革新与多尺度模拟，发展耦合岩石圈破裂-地幔对流-地表效应的跨圈层模型。
文章信息
相关成果在线发表于知名地学期刊《Science China: Earth Sciences》，本研究得到了国家自然科学基金项目(92258303)的资助。
Ding W, Sun W. 2025. How did Cenozoic subduction initiate in the West Pacific? Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-025-1715-9
图1 西太平洋及邻区主要构造单元图
蓝色方框内标识俯冲起始研究的主要区域。
图2 西太平洋典型区域俯冲起始过程的数值模拟（左）和动力模式图（右）
