俯冲带在板块构造中具有十分重要的地位，详细研究俯冲带的构造特征及其演化过程对于深入理解俯冲板块的几何形态、物理性质、岛弧岩浆作用、弧后扩张作用以及俯冲带大地震的触发机制有着重要意义。西北太平洋俯冲带具有典型的“沟－弧－盆”体系，并伴生有强烈的构造、岩浆活动以及区域变质作用，是太平洋板块、欧亚板块、菲律宾海板块以及鄂霍次克板块（北美板块）彼此之间相互俯冲碰撞的产物。近二十年多来，基于地震层析成像方法，已对西北太平洋俯冲带进行了大量研究，所得结果为识别俯冲板块形态、探讨地幔楔的物理化学性质、理解岛弧火山的起源以及相关的地球动力学过程提供了极好的约束。尽管如此，限于地震和地震台站分布的不均匀性，特别是海中地震台站的缺乏，使得研究区海域下的精细构造特征没有得到很好的约束，从而限制了人们对弧前大地震的触发机制以及俯冲带动力学过程的深入理解。针对这一重大科学问题，本文应用赵大鹏教授所提出的台网外层析成像法（Zhao et al.,1992,2007），基于建立在日本列岛陆地上的高密度及高精度的Kiban地震台网所记录到的地震波形数据以及日本气象厅所公布的大量高精度地震波到时数据，针对西北太平洋俯冲带（包括北琉球俯冲带、南千岛俯冲带以及日本俯冲带）的弧前及弧后海域之下的精细三维构造特征展开了深入详细的研究，并首次获得了以下重要研究成果：1)获得了西北太平洋俯冲带海域之下的高分辨率三维构造特征：包括整个北琉球俯冲带的三维地震波速度结构、整个南千岛俯冲带的三维地震波速度结构及P波各向异性特征、从日本海沟到日本海沿岸的日本俯冲带三维地震波衰减结构。2)获得了2011年东北日本大地震（Mw9.0）震源区及其邻区的679个地震（Mw2.3-5.9）的震源物理参数特征，包括拐角频率、地震矩、震源尺度以及静应力降。本文的研究成果对于深入理解西北太平洋俯冲带弧前大地震的触发机制以及俯冲带动力学过程具有重要意义。通过与前人的研究成果相对比，本文发现，俯冲带板间大地震（M≥6.0）一般发生在高波速、低衰减异常体内或者其周缘地区，并往往毗邻于显著的低波速、高衰减异常体。俯冲带弧前巨大逆冲断层带内的高波速、低衰减异常体代表了俯冲大洋板块与上覆大陆板块之间的强耦合部位，而低波速、高衰减异常体则代表了板块之间的弱耦合部位。俯冲带板间大地震（M≥7.5）的同震滑移不一定局限在震源所处的高波速、低衰减异常体内（强耦合部位），它可以在相邻的低波速、高衰减异常体中（弱耦合部位）继续扩张，从而引发巨大地震。俯冲带弧前巨大逆冲断层带内的高波速、低衰减异常体主要由俯冲的海山或大洋板块表面的隆起地形所形成；而低波速、高衰减异常体则可能由俯冲的海底沉积物以及俯冲板块的脱水作用所导致。板块边界处所富含的流体，对弧前巨大逆冲型地震的孕育成核起到重要作用。