本文首先对研究区华北以及银川盆地地质与地壳构造研究进行了回顾,讨论了在该区开展城市活断层探测研究的意义。本文第二章详细回顾的地震走时成像技术在国内外的主要发展,从模型参数化、正演计算、反演计算和结果评估四个方面介绍了走时成像的主要技术,并给出了典型的地震走时成像数值案例。并指出了地震走时成像技术的分辨局限。本文第三章针对地壳建模与走时成像中的主要技术问题,从建模前的数据整理和特殊情况的处理,到建模的四个主要方面进行了详细的策略分析和讨论,针对传统走时成像给出了合理的建模方略。本文第四章利用中国地震局地球物理勘探中心2006年初在首都圈完成的一条高分辨宽角反射/折射地震试验探测剖面的数据,综合利用射线方法和波前追踪成像技术,获得了研究区上地壳精细结构,以及地壳上地幔构造和研究区主要断裂的成像结果。由于该测线在研究区南端出现较大的拐弯,针对这种较为复杂的观测系统,本文进行了2.5D和3D成像研究。上地壳成像结果显示：研究区上地壳速度成像结果存在明显分层现象,且各主要地质层位速度分界线形态相似性很好,反映了研究区不同构造单元结晶基底埋深、结构性质主要受裂陷沉降与第三系以来的地壳构造运动影响。根据研究区5.6km/s-6. Okm/s密集的速度等值线分布,显示了沿剖面基底界面形态的起伏。基底界面最浅处约2km,最深处埋深达到8km。桩号240km西北,为燕山隆起南缘平原区,基底埋深较浅。在通县凸起区,基底埋深较浅,在2km左右或小于2km；在通县凸起北端的北京拗陷平原,基底埋深逐渐加深。剖面桩号240km东南的华北平原区,基底埋深在3km-8km之间。研究区基底的局部凸起和凹陷,分别对应于自西向东分布的大厂凹陷,武清坳陷、沧县隆起和黄骅拗陷。基底埋深最深处为武清凹陷中部和黄骅凹陷区,可深达8km左右。而在剖面的东南段黄骅凹陷内,速度5.6km/s-5.8km/s的等值线最为密集,5.9km/s-6.0km/s的等值线较之其他地方十分稀疏,以5.6km/s的较低速度为基底分界,体现了黄骅坳陷不断沉降和结晶基底在沉降中被改造的特征3D和2.5D成像结果显示：在研究区存在两个较大的沉积中心和一个较小的沉积区,最大的沉积中心是是位于剖面南段的黄骅凹陷区,另一个大型沉积中心是位于测线中段的冀中坳陷区,冀中坳陷区又分成两个次级凹陷,一个是深厚的武清凹陷,另一个是冀中坳陷北段与通县凸起相邻的大厂凹陷。剖面北段是一个较小的沉积中心,北京凹陷。黄骅凹陷有着深达近7km的巨厚沉积,2.5D和3D结果都显示出该区域上地壳速度成分中3.5km/s到4.5km/s之间的沉积物最为丰厚,显示了该区域在第三系以来的沉积作用最为强烈。较之黄骅坳陷大范围内深厚的沉积物,冀中坳陷的沉积范围显得较小,然而在武清凹陷中心和大厂凹陷中心这些沉积最大的区域,其厚度与黄骅坳陷接近。与黄骅坳陷和冀中凹陷相比,北京凹陷的沉积物最丰富的是4.5km/s以上速度值的物质,其3.5km/s和4.5km/s间的沉积物与其邻近的通县凸起区差别不大,反应了北京凹陷的沉积时间早于黄骅坳陷和冀中凹陷,也暗示了北京凹陷与燕山作用的紧密关系。总体而言,3D成像结果所得各层速度较之2.5D结果略薄,高速部分的成像结果更加细致,反映了初至波成像过程中由于介质的三维性质影响,导致射线向更高速处集中的现象。基于射线理论的建模结果显示,该区域壳内存在四个主要界面,第一个界面是上地壳底部界面,即为结晶基底,横向变化较大,相对于不同的构造单元,速度从5.80km/s到6.00km/s,结晶基底埋深在1-7km,由于测线跨过多个地质单元,地表沉积构造性质差异大。第二个界面位于中地壳,称为Cl界面,无论速度结构还是界面埋深,均较为均匀,速度约为6.2km/s,不同的地质单元略有差异。第三个界面在下地壳,称为C2界面,界面埋深相对较为平整,速度约为6.5km/s,在不同的地区略有差异。第四个界面是Moho面,是所有界面中起伏变化较之结晶基底最大的界面。从渤海天津一带的浅于30km,以较为平缓的角度缓缓加深,到达通县凸起与北京凹陷附近逐渐以较大角度向深处延伸。穿过北京平原进入燕山山区后埋深趋向于40km。本文第五章利用2004年中国地震局地球物理勘探中心在银川完成的三维深地震透射台阵试验数据,采用三维初至波成像技术获得了该区上地壳速度精细结构和断裂构造成像。由于三维台阵技术存在更强烈的非唯一性和非线性,本文采用非线性检测板成像技术和图像相似度评估方案对成像结果进行了分辨分析,获得了成像结果的定量化分辨结果。成像结果显示：研究区基底呈东西浅、中部深的形态,且在银川盆地内部存在两个沉积中心,埋深可达7km。芦花台断层、银川—平罗断层、黄河断层在研究区内均表现为北北东走向的速度差异条带,且断层两侧基底及沉积界面埋深存在显著变化。芦花台断层东倾,倾角较陡,延伸至研究区基底之下；银川一平罗断层倾向西,是一条超基底的隐伏断层；黄河断层西倾,延伸深度超过研究区基底。综合检测板分辨分析和前述成像结果,银川盆地上地壳三维速度成像结果显示,研究区上地壳构造存在明显的横向不均匀性,这种不均匀性体现在上地壳构造横向变化与银川盆地地表地貌形态存在较好的一致性。银川盆地的构造走向为北北东向,是一个西陡东缓的不对称盆地,盆地总体上西深东浅,南北向深度变化不大,以盆地内苏峪口—姚伏为界形成两个沉积中心。上地壳成像结果显示了上地壳整体走向与地表一致,呈北北东走向,两侧的高速体上隆夹持银川盆地巨厚的沉积层,显示了银川盆地强烈的断陷地堑特征。银川盆地内部,基底最深处位于芦花台至西大滩一线,明显受芦花台断层控制,沿北北东向分布在该断层的东侧,其埋深约8-10km；根据银川盆地新生界沉积厚度资料,判断本次探测得到的基底可能是新生界底界,时间项反演揭示其速度约5.65km/s(杨卓新等,2009)。盆地东西两侧分别对应贺兰山前和灵盐台地,基底变浅是明显的,埋深不超过4km。本文第六章针对主动源探测成像中的复杂震相,采用一系列分析手段分析了WG震相和多次P波的特性,揭示了WG震相的形成机制,并利用合成地震图技术对实际数据进行了正演拟合,并利用射线反演方法对两炮含有丰富多次P震相的地震记录进行成像,获得了研究区的浅部分层地壳结构。最后,本文第七章对上述研究进行了总结,并对地震成像技术进行了展望。