渤海湾盆地富含油气资源,地壳深部结构和构造演化控制着盆地的形成,进而控制着盆地内油气的生成、运移和聚集；环渤海湾地区经济发达,人口稠密同时又是地震的多发区域,探明深部构造对于研究地震发震机制、提高地震预报准确性,以减少地震灾害造成的人员、财产、经济损失具有重要意义；渤海是华北克拉通东部地块破坏的关键地区,而这种重大基础地球科学问题的解决也依赖于深部构造的研究。因此本文以国家高新技术研究发展计划海洋技术领域重点项目“海陆联合深部地球物理探测关键技术研究”及国家自然科学基金重点项目“渤海及邻域深部结构及其对华北克拉通破坏的响应”为依托,对渤海地区的深部构造进行研究。论文以OBS-2011深地震探测为例,系统总结了深地震探测的原理与技术方法,对深部构造成像进行了研究,主要研究成果如下：(1)根据渤海深部构造研究的目的,详细论证了OBS-2011测线观测系统设计的原理和方法。OBS观测系统设计时遵循炮间距与OBS间距为等间隔设计,且OBS间隔与炮间距成倍数关系的基本原则,这种设计使得观测系统设计较为简单,在资料处理时也更加容易和精确。(2)总结了OBS-2011测线野外施工的基本情况,对OBS数据质量进行对比分析,在此基础上对OBS记录的有效震相进行分析和识别：2011年OBS道集中记录的震相比较丰富,有效震相包括Ps, Pg, PMP, Pn和Ph,但是其信噪比较低。(3)对OBS共反射叠加法和广角反射动校正原理进行研究,利用常速叠加的方式实现对莫霍面的速度分析,渤海地区OBS共反射叠加法成像结果表明：共中心点叠加法在大偏移距和探测目的层很深的情况下获得了较连续的叠加剖面,这也是共反射叠加法在渤海OBS深地震探测中的首次成功应用。(4)在震相识别与分析的基础之上,利用层析成像法反演了渤海2011年OBS测线的二维地壳结构模型,并分析了研究区的地壳结构特征。通过震相对比技术解决了在没有多道地震约束的浅水地区震相识别和对比困难的问题,在背景噪音较大的渤海地区获得了较好的浅层构造。利用层析成像反演获得的新生代基底构造较复杂,整体上渤中凹陷从SSW至NNE方向深度逐渐增大,最大深度为5.8km,而石臼陀凸起处埋深变化较大,中间部位还存在明显的凹陷结构。在37-39号OBS位置处存在明显的高速异常体,其层速度明显高于周围速度。结晶基底大致在10km深度,最浅处在石臼陀凸起处,基底埋深大致在9km附近,速度大致为6km/s。莫霍面埋深在渤中凹陷处明显抬升,深度大致在27km附近,而在石臼陀凸起莫霍面埋深变大,最深可达29.5km,在秦南凹陷和秦南凸起处埋深又变浅,最浅处埋深仅有26.3km。而莫霍面速度横向变化较明显,在27号OBS处存在明显的低速异常。(5)共反射叠加法最终获得莫霍面反射特征,而层析成像方法获得了莫霍面的深度-速度参数,两者从不同角度反映了莫霍面的构造特征,从两者的对比结果看,两种方法所做的莫霍面的构造形态基本一致。从处理角度讲,共反射叠加法的核心在于对叠加速度的选择,处理的基本原则是“速度连续,构造连续”；层析成像法最重要的工作在于震相的正确拾取,处理中主要工作在于不断“试错”以确保震相拾取正确。共反射叠加法在剖面上识别出比较明显的断层；而层析成像由于算法本身的原因难以获得准确的断裂构造。此外层析成像法可以获得相对复杂的地壳深度-速度模型,但同时工作量也较大；而共反射叠加法可直接对莫霍面成像,相对比较简单,但是只能获得莫霍面的构造特征。两者在实际资料处理中可以进行相互补充。(6)3D重力层析成像结果与深地震探测结果趋势上基本一致,但重力层析成像反演结果在精度方面误差较大,深地震探测的方法获得了更为精确的莫霍面构造特征。(7)层析成像反演结果表明在39号OBS对应的新生代基底下存在明显的高速异常,此外,33号OBS下方也存在强度稍弱的高速异常。推测岩浆的侵入可能是造成石臼陀凸起处新生代基底隆升的主要原因。此外岩浆活动可能对于此地区的油气生成也具有一定的促进作用。(8)共反射叠加法和层析成像法两种方法在CMP700附近都存在低速异常。从低速异常与居里等温面的对比结果看,两者存在高度的相关性,由此推测速度变小的原因在于深部强烈的岩浆或其他地热活动产生的高温使得莫霍面的塑性增强而降低了地震波传播的速度。而地热活动较为剧烈则与盆地拉张及地幔上涌的动力学背景有关,也说明了这一地区莫霍面附近地热流偏高。莫霍面附近的低速异常造成的区域应力分布不均匀以及上地幔隆起活动可能与渤海频繁发生的大地震密切相关。(9)莫霍面南北隆起区的对比结果表明北侧隆起区为深部构造活动的稳定区而南部仍旧为现代构造运动比较剧烈的区域。