鄂尔多斯块体东缘即汾渭断陷带,地处印度板块、太平洋板块与欧亚板块相互作用的区域,是我国东、西部大地构造的分界带和解耦带,也是鄂尔多斯、华北、华南等构造块体差异运动的调节带,又是Ⅱ级活动地块的边界带,同时还是我国最大的新生代大陆裂谷。鄂尔多斯块体东缘人口密集资源丰富,不但是我国古文明的主要发祥地之一,还是地震多发区。据历史资料记载,汾渭断陷带共发生8级地震2次、7.0-7.9级地震6次。区内的断层众多,地质结构非常复杂,且不同断陷盆地的地震成因机制和发震深度不同,尤其是大同火山区下方的震源深度明显偏浅。正因如此,许多学者利用不同地球物理方法对鄂尔多斯块体东缘的地壳上地幔结构进行了深入的研究,取得了一系列重要成果,对于鄂尔多斯块体东缘的地质构造背景、地壳上地幔深部构造环境和破坏性地震的产生机制有了一定程度的了解。同时,受制于台站分布、数据质量以及方法技术等因素,研究区的壳幔结构还存在模糊之处。比如说,体波层析成像在浅部的分辨率较低,难以获得精细的壳内速度结构。面波层析成像对于浅部的分辨率更高,通过反演面波相速度或群速度频散曲线可以计算横波速度结构。但是周期大于8 s的面波相、群速度对最浅层的横波速度结构尤其是沉积层的横波速度结构不敏感,同时单独反演对模型的约束不够,存在解的非唯一性。传统的线性反演方法亦不能对反演结果进行系统的定量评价。鄂尔多斯块体东缘较稀疏的台站分布也制约了高分辨率速度模型的获取。此外,该区域关于方位角各向异性的研究不多。为了获得鄂尔多斯块体东缘精细的三维横波速度结构和可靠的面波方位角各向异性,论文收集了中国地质大学(武汉)布设的34个宽频流动地震台站于2014年6月至2016年6月记录的三分量连续波形数据,以及位于研究区域的中国数字地震台网提供的72个固定地震台站(其中包括70个宽频台站)于2013年1月至2014年12月记录的三分量连续波形数据,这里将其总称为EOBSA台阵。本文对三分量观测数据进行严格的质量控制,对不同场源不同方法的面波层析成像技术和瑞雷面波水平垂直振幅比(H/V)的测量技术进行详细的分析和比较,得到了纯路径相、群速度频散和H/V,以及不同周期的面波相速度方位角各向异性。利用贝叶斯-蒙特卡洛反演方法对观测的瑞雷面波相、群速度频散和H/V进行联合反演得到了研究区域的三维横波速度结构。论文的主要研究内容及结论包括:(1)对EOBSA台阵的原始观测数据进行了仪器响应、台站经纬度和仪器水平分量检查。其中,仪器水平分量检查分别使用了基于地震事件和背景噪声互相关函数两种方法。由地震事件和背景噪声互相关函数测量的三分量地震仪的水平分量偏差角度高度一致。其中,利用长时间叠加的背景噪声互相关函数测量的水平分量偏差角度比地震事件的测量结果更稳定。对于布设于陆地的台站,利用长周期(20-50 s)背景噪声互相关函数测量的水平分量偏差角度比短周期(10-20 s)互相关函数测量的结果更稳定。仅利用1个月的背景噪声观测数据便可以准确地测量水平分量偏差角度。通过质量控制工作,发现部分台站的仪器响应文件存在问题。通过对水平分量的检查发现,EOBSA台阵内90%的台站的水平分量偏差角度小于6度。(2)背景噪声源分析。基于背景噪声互相关技术获得了研究区域周期8-40 s的面波经验格林函数,并利用聚束分析技术分析了瑞雷面波、勒夫面波的噪声源方位角分布和体波的噪声源分布。对于EOBSA台阵的观测,第一微震频段(周期10-20 s)的部分噪声能量和第二微震频段(周期5-10 s)的主要噪声能量可能来自于大洋深处。噪声源分布随季节存在明显的变化。普遍规律为冬季噪声源主要集中在北半球(北大西洋),夏季噪声源主要集中在南半球(印度洋和南太平洋)。不同周期的瑞雷面波和勒夫面波噪声源分布十分接近,推断为同源噪声。(3)瑞雷面波水平垂直振幅比(H/V)。分别利用背景噪声互相关函数和地震事件数据测量了EOBSA台阵周期10-40 s和10-90 s的H/V。对比分析结果表明,两种测量方法不存在明显的系统误差。联合利用背景噪声互相关函数和地震事件的测量结果确定EOBSA台阵内周期10-90 s的H/V。主要结论如下:短周期的H/V分布同地表地质结构、地形密切相关。鄂尔多斯块体、汾渭断陷带内的断陷盆地、渤海湾盆地和南华北盆地呈现明显的高H/V。其中,鄂尔多斯块体西部(天环凹陷)的H/V最高,与该区域巨厚的沉积层有关;吕梁山中部和南部、太行山呈现低H/V,其中太行山的H/V最低。(4)瑞雷面波相速度方位角各向异性。联合背景噪声层析成像和地震层析成像分别计算了研究区域内周期8-70 s和周期8-40 s的瑞雷面波纯路径相速度和群速度频散曲线,以及周期8-40 s的瑞雷面波相速度方位角各向异性分布。主要结论如下:周期10-30 s,大多数区域的方位角各向异性的快波方向变化不大,表明中国东部壳幔变形在整体上具有垂直连贯变形的特征;各向异性快波方向与岩石圈的伸展方向和GPS测量的速度场方向接近,反映了物质流动的方向以东向为主,这是由于中国西部地壳增厚的同时物质向东挤出造成;周期10 s和20 s,大同火山区和五台山的面波方位角各向异性发生显著改变,结合大同火山区地壳内存在明显的低速度层,表明该区域地壳结构并不连续,可能存在解耦;周期10-30 s,鄂尔多斯块体观测的瑞雷面波快波方向以近EW向为主,与中生代晚期引张应力方向接近,推断为残留的“化石各向异性”。(5)横波速度结构及其地质意义。基于贝叶斯-蒙特卡洛方法,对获得的纯路径相、群速度频散曲线和H/V进行联合反演,得到了研究区域的地壳上地幔三维横波速度结构。联合反演明显提高了浅部结构的分辨率,获得了精细的结晶地壳和沉积层的速度结构。主要结论如下:太行山、吕梁山的沉积层厚度最小,鄂尔多斯块体西缘天环凹陷的沉积层厚度最大,该区域属于陆内前陆盆地的前缘凹陷区;自西向东,鄂尔多斯块体沉积层厚度明显减薄,一方面是因为从荷载中心到边缘隆起的沉降速率逐渐降低,另一方面是受到山西地块抬升的影响;鄂尔多斯块体西部的沉积层厚度普遍大于鄂尔多斯块体东缘的汾渭断陷盆地,这与二者不同的形成时间有关,鄂尔多斯块体的陆内前陆盆地的形成时间在晚侏罗-早白垩世,而汾渭断陷盆地则形成于新生代;汾渭断陷带内,大同盆地和太原盆地的沉积层厚度超过2km,大于临汾盆地的沉积层厚度,这是由于临汾盆地以剪切应力为主,而大同、太原盆地以拉张应力为主,拉张应力导致沉降速率更快,有助于盆地发育;研究区地壳厚度由西向东有减薄的趋势,其中,鄂尔多斯块体的地壳厚度集中在40-45 km之间。渤海湾盆地和南华北盆地西缘的地壳厚度在30 km左右,反映出太平洋板块的俯冲对于华北克拉通的改造由东向西逐渐减弱;汾渭断陷带北部的地壳厚度明显大于南部的地壳厚度,这与断陷带是由南向北逐渐撕裂,拉张形成有关;大同火山区的地壳内存在明显的低速度层,对应于研究区内岩石圈最薄的位置,推测低速度层的产生与岩浆等热物质上涌、侵入并滞留于地壳有关。