同倾双俯冲系统（Same-dip double subduction system, SDSS）是指相邻的两个俯冲板块以相似的倾向俯冲形成的特殊构造现象。最典型的例子是琉球/伊豆-小笠原-马里亚纳系统：该地区太平洋板块向西俯冲到菲律宾海板块之下，而菲律宾海板块又沿着琉球-南海海沟向西北俯冲到欧亚板块之下（图1）。先前研究认为，该区域的俯冲板片变陡和海沟迁移受双俯冲系统驱动 (Faccenna et al., 2018; Jian et al., 2023)。这一认识表明，将相邻俯冲带视为更大尺度板块边界的整体，有助于更全面理解其构造演化过程。现在，对 SDSS 的研究主要集中在板块汇聚区内部的影响，而其对邻近板块边缘构造演化的作用仍不明确。日本东北边缘的构造环境为探索这一构造效应给予了天然实验室。
图1 （a）琉球–南海／伊豆–小笠原–马里亚纳同倾双俯冲系统（SDSS）及邻近期本东北部、日本海的构造图。等值线为代表板块深度，海沟速度正值代表海沟前移，负值为后撤；（b）从日本东北部至弧后区，直至朝鲜半岛东缘的构造剖面图（剖面位置见图a）；（c）两条地震层析剖面，分别位于为琉球–南海／伊豆–小笠原–马里亚纳SDSS和日本东北部俯冲作用（位置见图a）
德国地球科学中心（GFZ）和迈阿密大学的研究人员合作分析了日本东北部和邻近的琉球/伊豆-小笠原-马里亚纳海沟的地质演化，发现自约10-5 Ma起，伊豆–小笠原–马里亚纳海沟的运动逐渐由后撤转为前进，该过程略早于约5.6-3 Ma日本东北部及日本海弧后盆地进入强烈挤压阶段的时期（图2; Okada and Ikeda, 2012）。这些观测结果表明，琉球/伊豆–小笠原–马里亚纳SDSS系统的再度活跃及海沟前移，与日本东北部挤压构造体制的建立和日本海潜在俯冲带的孕育之间，可能存在因果关系。
图2 （a）伊豆–小笠原–马里亚纳海沟在新生代晚期的迁移演化图，采用印度/大西洋热点参考框架；（b）研究区内构造与运动学变化的时间对比图。其中，伊豆–小笠原–马里亚纳海沟运动方向的逐步转变，发生于菲律宾海板块融合以及琉球–南海海沟俯冲活动重新启动之后，略早于并与日本东北部及日本海弧后盆地强烈挤压构造环境的开始阶段部分重叠
为评估双俯冲系统诱发的日本东北部造山作用，他们建立了三维数值俯冲模型（图3），对比仅含沿日本–伊豆–小笠原–马里亚纳海沟方向俯冲的单一模型（图3a、图3c）与新增琉球–南海俯冲带（图3b、图3d）两种情形，以检验其是否增强上覆板块区域的挤压状态。模型结果表明：由于新俯冲带的引入，日本东北部受到的垂直于海沟方向的平均压应力几乎翻倍，从约 20 兆帕（图3e）增加至约 40 兆帕（图3f）。这种挤压增强效应并非局限于局部区域，而是沿太平洋海沟向北延伸 1000 至 1200 公里、向内陆扩展约 1300 至 1500 公里的广大范围内均有体现（图3g）。进一步测试也显示，无论所选用的地壳与岩石圈强度参数如何，双俯冲模型中垂直于海沟方向的水平挤压应力均明显大于单俯冲模型。因此，数值模拟结果有力地支持了他们提出的“双俯冲诱发造山作用”假说，并构建了一个综合的地球动力学框架，将琉球/伊豆–小笠原–马里亚纳SDSS的演化、菲律宾海板块的运动趋势、相关的太平洋海沟前移过程与日本东北部的挤压变形过程紧密联系起来。
图3 （a）单俯冲带模型设置示意图；（b）双俯冲带模型设置示意图；（c-d）分别为单俯冲带和双俯冲带的粘度剖面图，箭头则为速度场（剖面位置见图a,b）；（e-f）分别为单俯冲和双俯冲模型中计算得到的垂直于海沟方向（x方向）的正应力场（σxx）与板块速度分布。切面取自30km深度。（g）双俯冲模型与单俯冲模型的正应力差分布图，在日本东北部位置的区域存在显著增加的应力
以上的机制同样对解释晚白垩世时期新特提斯洋域中生代构造演化有启示意义（图4）。约在 105 Ma，一个规模庞大（约12,000 公里长）的SDSS在该区域形成，恰与非洲板块运动方式的重大转变相吻合，并在其西侧引发广泛的挤压。这一系列构造重组事件包括：北非的阿尤布（Ayyubid）造山运动（约 86–84 Ma 前）、西地中海地区俯冲的起始以及中欧地区的板内变形等（Jolivet et al., 2016; Gürer et al., 2022），均共同展示了 SDSS 机制在区域尺度上的持久性和深远影响。对SDSS驱动的造山运动的机制，强调了板块拉张力的有效传递以及海沟推进机制在形成不依赖于大陆–大陆直接碰撞的造山带过程中的重要性。同倾双俯冲系统的形成可以有效地满足了非碰撞造山作用所需的动力学条件，这一机制挑战了长期以来认为剧烈造山运动必然需要大陆间撞击的假设，重塑了我们对板块边缘演化过程的理解，并对地震风险评估给予了新的视角。
图4 （a）具有板片拉力传递的板块上形成同倾双俯冲系统（SDSS）后，促使海沟从后撤转变为前移的概念模型图。模型揭示了该过程引发的构造效应，特别是对SDSS以外的板块边缘区域造成的挤压环境。（b）该研究基于对已有的晚白垩世时期新特提斯SDSS以西的板块边缘及板内挤压构造的研究，所提出的由SDSS诱发的造山作用
主要参考文献
Faccenna C, Holt A F, Becker T W, et al. Dynamics of the Ryukyu/Izu–Bonin–Marianas double subduction system [J]. Tectonophysics, 2018, 746: 229–238.
Gianni G M, Guo Z, Holt A F, et al. Non-collisional orogeny in northeast Japan driven by nearby same-dip double subduction [J]. Nature Geoscience, 2025, 18(6): 455–460. （原文链接）
Gürer D, Granot R, van Hinsbergen D J. Plate tectonic chain reaction revealed by noise in the Cretaceous quiet zone [J]. Nature Geoscience, 2022, 15: 233–239.
Jian H, Yang T, Chen Z, Ye L, Hu J, Guo P. Slab pull drives IBM Trench advance despite the weakened Philippine Sea Plate [J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50: e2023GL106554.
Jolivet L, Faccenna C, Agard P, et al. Neo-Tethys geodynamics and mantle convection: from extension to compression in Africa and a conceptual model for obduction [J]. Canadian Journal of Earth Sciences, 2016, 53: 1190–1204.
Okada S, Ikeda Y. Quantifying crustal extension and shortening in the back-arc region of Northeast Japan [J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117: B01404.
（供稿：郭宗林/University of Miami，董淼/油气理论与方法学科中心）
