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西太平洋地区主要包括太平洋板块、菲律宾板块、卡罗林板块、北美板块、欧亚板块（包括南部的巽他板块）、印度-澳大利亚板块等板块。在这些大洋和大陆板块之间，由南至北发育了包括阿留申、日本、琉球-台湾-马尼拉、伊豆-小笠原-马里亚纳、菲律宾、苏门答腊-爪哇、新赫布里底（瓦努阿图俯冲带）、汤加-克马德克等俯冲带作为汇聚板块边界，以及日本海、中国南海、班达海、珊瑚海、斐济盆地、塔斯曼海等晚中生代-新生代海盆。西太平洋地区自中生代以来一直以来是全球最主要的增生型造山带，正在发生复杂的俯冲、增生和碰撞作用，形成了地球上最活跃的地震带、最辽阔的沟-弧-盆体系和最复杂的俯冲带形态与变形构造。受自身板片下拉力的拖拽和上覆板块的阻挡作用下，在俯冲的太平洋板块和欧亚大陆、澳大利亚大陆边缘之间形成了幽深的海沟。其中，活动大陆边缘沟-弧-盆体系的发育是研究区的重要特征，该区集中了全球75％的边缘海盆。 在西太平洋地区，随着泛大陆裂解和大洋扩张，在太平洋板块内部中、新生代发育了大规模的基性岩浆作用，形成大量的低密度块体。这些以低密度、形成正地形单元为特征的块体包括大型的海底高原、微陆块、岛弧、海山和无震海岭等，他们随着海底扩张向欧亚大陆边缘移动并最终进入俯冲带。不同规模海盆的闭合、低密度块体的阻塞和多种类型的俯冲作用形成了西太平洋异常复杂的地形地貌、频发的地震活动和样式繁多的弧变形特征。 基于上述地质与地球物理观测事实，本论文选择西太平洋新生代俯冲体系开展系统的三维地球动力学数值模拟研究。所用模拟程序基于有限元法和有限差分法，使用大规模高效并行化技术解决三维模拟中涉及的大型线性方程组求解问题。本论文在西太平洋沟-弧-盆体系演化的俯冲动力学方面取得了一些创新性认识。 (1)论证了俯冲阻塞(subduction jam，SJ)作用是西太平洋地区板片俯冲-后撤-回卷和海沟形态的主要控制因素，其中阻塞体的数量、位置和规模大小控制了俯冲带的结构与变形特征。在前人研究基础上，运用三维数值模拟方法研究了俯冲阻塞作用导致的应力分布特征及其对俯冲带形态演化的影响。模拟结果显示，在班达海地区，班达板片的俯冲和回撤形成的拉张环境一方面造成班达海盆地的弧后扩张;另一方面，鸟头地块和澳大利亚大陆边缘的阻塞作用，班达岛弧在南北两侧的回撤幅度较小而中间回撤幅度较大，从而形成了马蹄形的班达弧。在伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带，由于小笠原海山和卡罗林海岭的阻塞作用，使马里亚纳弧两侧仅发生小幅度的后撤，甚至在阻塞体的推动下海沟后撤逆转为前进，而马里亚纳中段则发生最大幅度的后撤作用。这个过程造成伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带整体上呈复杂弯曲的形态。模拟结果进一步显示，俯冲阻塞作用能导致俯冲板片的断离，从而形成板片窗。 (2)提出了交错式俯冲作用(staggered subduction，SS)是引起上覆板块大规模走滑、接合带应变高度集中和强地震频发的主要原因。这种独特的俯冲方式以两个板块在边界处发生相互交错、嵌入对方，一部分板块发生仰冲而其余部分发生俯冲为特征。三维数值模拟结果显示，当交错式俯冲发生时，两个俯冲板片同时回卷，引发地幔流从上覆板块的下方施加剪切拖拽力，使两侧的上覆板块之间发生斜向汇聚，并在仰冲与俯冲的过渡地带使板块发生撕裂，并在浅部使相对运动的板块仰冲部分之间发生斜向碰撞，从而引发上覆板块之间的走滑和结合地带的应力集中现象。由于在交错式俯冲过程中，俯冲板片回撤方向相反，局部地幔流相互补偿。交错式俯冲过程中的局部应力-应变集中很可能是台湾造山带引发密集强烈地震的原因之一。 (3)剖析了离散型双向俯冲作用(divergent double subduction，DDS)的主要控制因素，提出俯冲板片宽度是DDS能否发生的决定性因素，明确指出小洋盆的闭合可以通过自发的DDS方式进行，而宽阔大洋由于空间问题无法发生DDS，完善了板块构造学说有关洋盆最终闭合的理论。在印度尼西亚东部，地震层析结果显示俯冲带下方存在非对称的倒“U”形俯冲马鲁古海板片。三维数值模拟结果显示，马鲁古海板片的持续俯冲驱动了该区上覆板块的东西向汇聚和弧-弧碰撞;西侧Sangihe板片早于东侧Halmahera板片的俯冲是该区俯冲板片整体呈不对称倒“U”形的主要原因;西侧欧亚（具体为巽他）板块相对固定而东侧菲律宾板块移动性相对较强，上覆板块的这种运动速率差异可能促进了俯冲带东侧Halmahera弧的迁移;Sangihe弧和Halmahera弧的向内弯曲可能是两侧上地幔俯冲板片回卷引发地幔流在下部施加的剪切、拖拽存在差异的结果。