图2 夏威夷-帝王岛链（Torsvik et al., 2017）

　　1963年，Wilson提出夏威夷-帝王岛链大拐弯的原因是太平洋板块的运动方向发生了变化，并提出了热点假说。2003年，Tarduno在这个地方根据大洋钻探结果做了古地磁研究，他认为不是太平洋板块在动，而是地幔柱在动。我们也对这个问题很感兴趣，于是我们用GPlate做出太平洋板块的运动，然后用海山的年龄和海山之间的距离再计算出一个板块的运动，发现这两个板块运动的结果差别非常大，所以海山岛链的运动应该是太平洋板块和地幔共同运动叠加的结果。其原因是洋脊与地幔柱相互作用，由于洋脊在这期间一直向北运动，所以底特律等海山被带到较高纬度。  

　　3.特提斯　　  

　　特提斯构造域不断地有板块从南边撕下来往北贴，这里的俯冲都是单向俯冲，印尼就有很多古俯冲带。特提斯构造域与太平洋构造域的分界线在哪里？ 

　　在菲律宾，110 Ma以前的岩体Pb同位素属于太平洋型，107-109 Ma的岩体的Pb同位素转为印度洋型，除了Pb同位素，菲律宾板块有110 Ma的埃达克岩，这些埃达克岩和更老的火山岩都是太平洋型的，也就是说它受太平洋俯冲的影响，到107 Ma之后出现的埃达克岩是印度洋型的，说明是印度洋俯冲洋壳部分熔融，是特提斯的洋脊俯冲。我们认为这个转变和板块俯冲有关系。特提斯的俯冲形成了一条近东西向的构造带，影响到了中国东部的紫金山，一直向西到达青藏高原。因为在110 Ma时有洋脊的俯冲，所以非常靠北远离俯冲带的位置也受到了俯冲带的影响。 

　　因此我们提出这样一个模型，太平洋最初是向北西俯冲，影响了菲律宾、中国东部，110 Ma之后，太平洋板块向北漂移，不再有向西漂移的分量，新特提斯的洋脊已经俯冲到了华南大陆的底下。菲律宾岛有一个大断层，大断层的东边和西边是完全不同的历史，根据90 Ma时的岩浆岩和Sn-W分布，我们认为太平洋板块和特提斯之间的转换带应该在菲律宾。　　  

　　4.西太平洋板块俯冲起始

　　Stern和Gerya提出了俯冲起始的两种方式，自发俯冲和诱导俯冲。自发俯冲的意思就是自己俯冲下去，诱导俯冲的意思是被推下去。因此一般认为自发俯冲需要密度差，一般是一个陆壳对一个洋壳，或者一个年轻的洋壳对一个老的洋壳。

图3 俯冲起始的两种模式(Stern and Gerya, 2018)

　　有人提出板块俯冲起始是由于行星撞击导致的，我认为这是完全错误的，月球上有那么多的陨石撞击坑，也没有出现板块运动。Campbell et al.（1991）认为地幔柱上来的时候，会导致上覆板块抬升数公里，板块倾斜，导致板块向两边滑，导致俯冲起始，我认为这是一个特别棒的模型。但是2005年，Campbell和Gerya合作，用动力学模型计算的结果是，地幔柱上来之后，中间隆升，板块两边不变，发生俯冲起始，我认为这个模型没有之前的模型合理。 

　　除了动力学模型计算，还可以通过大洋钻探寻找证据，比如IODP的三个航次350、351、352，其中IODP351的航次首席科学家之一是澳大利亚国立大学的Richard Arculus，也是我的老师。Arculus从岩浆岩的角度认为西太平洋是自发俯冲，但是他们的理由并不充分，他的文章发表之后，不少人都对他有意见，所以这个地方是不是自发俯冲还是存在争议的。 

　　俯冲起始其实是一个很长的过程，从开始俯冲到俯冲体系成熟我们发现要几个Ma。俯冲起始机制吸引了很多学者参与。徐义刚院士利用IODP352航次拿到的样品做出的结果认为Robert Stern的模型有问题。自发俯冲的情况下，老的板块俯冲到下面，就会发生部分熔融，首先是沉积物发生部分熔融，但是徐义刚院士团队发现，沉积物没有熔融，因为低硅型的玻安岩里面没有沉积物，先出现了洋壳部分熔融，然后才出现了沉积物部分熔融。徐义刚院士把这个解释为，最开始俯冲角度小，所以没有沉积物俯冲下去。但是我认为这说明了典型的自发俯冲模型在西太平洋是行不通的，西太平洋不是一个典型的自发俯冲。还有一个问题就是，西太平洋的俯冲大都是在差不多的时间开始的，如果是自发俯冲，俯冲怎么会同时开始呢？李忠海做的自发俯冲模型，是从一点开始俯冲，然后向两边扩展，1万多公里是要扩展很久的，怎么会同时起始俯冲呢？ 

图4 印度板块在过去130 Ma的漂移速度(Sun et al., 2020)

　　我们还发现了一个很有趣的问题，印度板块向北漂移，速度一直变大，速度最大的时候是60 Ma，然后这时发生了板块碰撞，漂移速度开始下降，下降速度最大的时候是53 Ma；澳大利亚板块漂移速度一开始变大，然后下降，在50 Ma的时候，这个板块就不动了。这两个板块速度下降的时候就是太平洋板块俯冲起始的时候。刚开始，印度板块，澳大利亚板块和太平洋板块都向北漂移，突然印度板块和澳大利亚板块没有继续向北漂移的动力了，因此停下来了，但是太平洋板块还想继续向北漂移，就被拽着转弯了。从GPlates可以看到，Tasman Sea在大约52 Ma的时候有一个短暂的扩张。所以我们认为俯冲起始的主要原因是板块的碰撞。至于为什么板块快要碰撞的时候，印度和澳大利亚板块速度会增加呢，其实Sobolev等人在Nature（2019）说得很有道理，当俯冲带沉积物增加的时候，俯冲速度就会增加，因为沉积物起到了润滑的作用。而当板块开始碰撞的时候，被动大陆边缘开始俯冲，被动大陆边缘的沉积物特别多，因此俯冲速度增加。 

　　Campbell讲的板块的起始实际上是板块构造体制的起始，靠的是地幔柱，这个是相当于人类的诞生。而我刚刚讲的西太平洋的俯冲起始，相当于某个小孩的诞生，这是俯冲的一个特殊阶段，对于俯冲的特殊阶段的起始，是老的碰撞诱发了新的俯冲，所以俯冲总是生生不息。我认为，整个板块构造体制的起始是地幔柱引起的，地幔柱是板块构造的点火器。具体到某一个板块的俯冲起始，在板块构造体制形成以后，真正的自发俯冲是很少的，特提斯的俯冲都是单向俯冲，都是诱导俯冲，太平洋的这种双向俯冲可能是自发俯冲，但是也不排除它是诱导俯冲。像西太平洋的俯冲是被特提斯的碰撞诱导出来的。

　　主要参考文献　　  

　　Stern R J, Gerya T. Subduction initiation in nature and models: A review[J]. Tectonophysics, 2018, 746: 173-198. 

　　Sun W, Ding X, Hu Y H, et al. The golden transformation of the Cretaceous plate subduction in the west Pacific[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2007, 262(3-4): 533-542. 

　　Sun W, Zhang L, Li H, et al. The synchronic Cenozoic subduction initiations in the west Pacific induced by the closure of the Neo-Tethys Ocean[J]. Science Bulletin, 2020, 65(24): 2068-2071.  

　　Torsvik T H, Doubrovine P V, Steinberger B, et al. Pacific plate motion change caused the Hawaiian-Emperor Bend[J]. Nature Communications, 2017, 8(1): 1-12.