俯冲是板块运动的重要驱动力，但驱动俯冲开始的各种力之间的关系却仍待深入研究。一个板块破裂，其一边就下沉到另一边之下，这个过于简单的画面就是我们对新俯冲带是如何形成最基本的认识。驱动俯冲起始的力，虽饱受争议仍可分为两大类：水平力（例如板块推挤）和垂直力（例如板块自重或地幔的吸拽）。可是，我们对于俯冲起始这一过程的认识只能通过有限的地质证据和二维的地质模型。最近发表在Nature Geoscience的一篇文章中，研究者Shuck等人通过跨越新西兰板块边界的地震成像，展示出并非由单一的某种力（水平力或垂向力），而是由多种力共同驱动俯冲起始。这说明目前以水平力还是垂直力驱动来分类俯冲起始的标准是不完备的。 

　　俯冲起始目前分为两种端元模式：水平力或垂直力驱使俯冲带起始。水平力驱动的俯冲带起始（subduction zone initiation=SZI）是由外部构造应力驱动板块汇聚的结果。与此相反，垂直力驱动的俯冲带起始是由于板块自身负浮力所致。区分两种方式的标志是看从俯冲板片发生埋藏到上覆板片开始拉张的时间间隔。 

　　用实际观测来区分是何种俯冲起始很难，因为俯冲带处的地质证据常被后期变形和火山活动改造。并且，除非有重大碰撞或俯冲/折返事件发生，俯冲下去的物质不会出露地表。  

　　Puysegur俯冲带（图1）非常适合研究俯冲起始，因为此处是正在进行着俯冲起始的地区且构造历史研究成熟。研究者聚焦于记录了多期变形的地质结构，结合地层年龄约束信息，通过地震成像剖面，识别出断层带区几期不同性质（例如正断层、逆断层或无断层活动的沉寂期）的断层活动，从而评估了沿Puysegur板块边缘的应力时空变化（图2）。沿Puysegur边缘从北向南，逆断层活动的起始时间，即挤压应力到达时间，由老变新（TFZ处～16 Ma，S1处～5 Ma）。另外，位于北部的TFZ处的挤压应力和缩短程度都很大，而到了南部的S1处就变得比较轻微，这也证明了挤压应力是从北向南在减小。并且，挤压应力作用的持续时间也从北（～8 Myr）到南（～5 Myr）减小。 

图1 Puysegur边缘的位置及地质构造。板块重建显示俯冲起始于16 Ma（Shuck et al., 2022）

图2 沿Puysegur板块边缘的应力演化（Shuck et al., 2022）

　　通过板块运动重建，可知已俯冲的板片最深端是约16 Ma时在北Puysegur（靠近TFZ）发生俯冲的，而南Puysegur边缘（靠近S1）是～5 Ma开始俯冲的，以此与该文推断的应力演化史进行比较，支持了俯冲起始随时间向南迁移。 

　　太平洋板块作为上覆板块记录了在Puysegur区域SZI的应力变化。这些记录是代表着年轻俯冲带处SZI正活跃发生的独特四维观测，研究者可将这些观测与成熟俯冲带中的证据及地球动力学模拟的预测做对比。研究者发现在上覆板块发生伸展作用之前，初始的挤压作用已经持续了～8 Myr，即俯冲萌发孕育（成核）这个过程约为8 Myr。这个挤压滞后于伸展作用的时间与水平力驱动的SZI在早期汇聚阶段由于断层强度大阻碍所造成的滞后一致。Puysegur北边的挤压应力比南部的早，说明俯冲以～2.4 cm/yr的速度向南迁移。 

　　研究者对俯冲成核的持续时间和俯冲传播速率做出的以上约束，令人怀疑火山物质能否作为判断俯冲起始过程中应力转变的有效指标。而在Puysegur（图1），研究者有绝佳的证据来约束俯冲带处力转变，即俯冲开始发动与上覆板块伸展之间的时间间隔，且这些证据不依赖于火山岩，同时还能严格地限定出俯冲板块相对于上覆板块的运动。 

　　这些观测约束了SZI相关驱动力的大小和相互转变所需时长的信息，研究者提出，SZI在俯冲成核处是高度阻抗和迟缓的（此时水平力主导），但随着俯冲在横向上的扩展（图3），驱动力增大，阻力减小，整个俯冲系统快速趋向自我维持（垂直力主导）。水平力和垂直力驱使的SZI应被看作是一个完整演化过程中的不同阶段，说明SZI具有四维性。 

图3 Puysegur板块边缘俯冲起始过程的卡通解释图总结（Shuck et al., 2022）

　　主要参考文献 

　　Crameri F. Breaking subductions' fourth wall[J]. Nature Geoscience, 2022, 15(2): 95-96.  

　　Shuck B, Gulick S P S, Van Avendonk H J A, et al. Stress transition from horizontal to vertical forces during subduction initiation[J]. Nature Geoscience, 2022, 15(2): 149-155.（原文链接） 

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

　　Stern R J, Reagan M, Ishizuka O, et al. To understand subduction initiation, study forearc crust: To understand forearc crust, study ophiolites[J]. Lithosphere, 2012, 4(6): 469-483. 

　　Zhou X, Li Z H, Gerya T V, et al. Lateral propagation–induced subduction initiation at passive continental margins controlled by preexisting lithospheric weakness[J]. Science Advances, 2020, 6(10): eaaz1048.

　　（撰稿：李顺至，田小波/岩石圈室）