地震精定位和层析成像是研究地震的发震构造及孕育发生机理等的重要方法。本文使用2009年1月至2017年12月甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录的门源地区的地震资料,应用Hypo2000地震定位方法和双差层析成像方法反演了该地区的震源位置参数和地壳三维速度结构。首先利用Hypo2000地震定位方法将收集到的地震数据进行重定位,获得门源地区高精度的震源位置参数。然后将重定位后的地震数据应用双差层析成像方法进行速度结构和震源参数的联合反演,获得该地区精细的三维速度结构和更高精度的震源位置参数,结合地质构造背景研究门源M_S6.4地震孕育、发生的深部介质环境及该地区地震活动性与速度结构之间的关系。最后将收集到的地震数据按时间进行划分,研究门源地震发生前后不同时间段该地区地下介质速度结构的时空演化特征,分析震源区速度结构变化与门源地震孕育、发生过程之间的联系,探索具有预测意义的前兆信息,尝试为该地区未来地震趋势预测提供依据。研究结果表明,经Hypo2000方法重定位后,门源地区地震的定位精度得到了显著提高,消除了重定位前由地震观测报告提供的震源位置成层分布的现象。重定位后的地震在垂直方向上呈明显的条带状分布特征,更能真实的体现地下断层的展布情况。高精度的震源位置为后面联合反演结果的可靠性提供了有力保障。利用双差层析成像方法联合反演之后,门源地区地震的走时残差均方根显著降低,重定位后门源M_S6.4主震的震中为37.66°N、101.61°E,震源深度为9.65 km。余震序列在水平方向上呈NW-SE向分布,垂直方向上近直立分布,略向西南方向倾斜。门源地区地壳速度结构存在明显的横向不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表的地质构造及地形特征密切相关。研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速区及其边缘。门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构均表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因。门源地区速度结构的时空演化特征显示,不同时间段该地区地壳速度结构分布特征总体一致,但在门源M_S6.4地震震源区附近,P波和S波速度高值异常值的大小变化明显。从2013年到门源地震发生前,震源区的波速在不断增大,2016年1月21日门源M_S6.4地震发生后震源区的波速突然降低,而到了2017年震源区的波速又有所增高。这个过程可能反映了门源地震发生前后震源区应力从积累到震后得到释放然后继续积累的过程。