板块构造理论的建立为地球科学打开了一扇新的大门,有力地推动了地球科学领域的研究不断取得新突破,新进展。作为三种板块边界之一的俯冲带在板块构造中扮演着重要的角色。岩石圈的俯冲联通了地球表面与内部的动力学过程。地球通过俯冲将密度较大的、较冷的大洋岩石圈下沉到下伏的软流圈及更深的地幔中,以此来实现物质和能量的再均衡,同时为板块运动及地幔对流提供最主要的驱动力。而大陆岩石圈往往经历了丰富的地质演化历史,包含了多元地质结构类型,其中会保存地球演化过程中的许多重要信息。探讨大陆岩石圈的流变学模型及其各向异性模式将非常有助于我们研究地球动力学及演化史。本论文利用地震层析成像技术,以俯冲区和大陆岩石圈为主要研究对象,分别选取西南日本Nankai俯冲区,台湾-菲律宾构造活动带,及美国中西部为研究区,综合使用近震、远震近震联合、P波、S波、各向同性、各向异性等多种手段方法以及最新积累的地震到时数据,以板块构造理论为中心指导思想,分别针对Nankai俯冲区精细结构及慢地震发震机制、台湾-菲律宾岛弧深部结构及其动力学意义、2013年美国怀俄明州上地幔地震的发震机制及美国中西部P波各向异性分布模式等科学问题开展研究,取得了丰硕的研究成果,为进一步研究相关科学问题提供了重要证据。此次研究发现,在西南日本Nankai俯冲区Kii半岛下方,俯冲洋壳被清晰地成像为一个低速高泊松比层,该层从海岸一直延伸到40-50千米深处。推测其存在的原因是由于地壳脱水流体的存在和俯冲板块上边界渗透性较低。结合俯冲洋壳随深度的变化和慢地震的发震位置,我们认为地壳的榴辉岩化和俯冲板块上方密封界面的被破坏在慢地震的发生过程中发挥了关键作用。脱水洋壳在过渡区为了响应逐步深化的榴辉岩化和变化的应力/应变场而发生的破裂和剪切滑动是慢地震的可能发震机制。从台湾北部到菲律宾岛南部存在欧亚板块的俯冲,且其俯冲深度较大,俯冲角度较陡。后期新生的南海海盆大洋岩石圈和其南北侧的欧亚岩石圈同时俯冲。在宾汉隆起位置下方400千米深度左右存在一个较大的岩浆房。俯冲的欧亚板块由于受到该岩浆房的影响,发生减薄、断裂、回撤等现象。在菲律宾岛东侧的下方,西向俯冲的菲律宾海板块从宾汉隆起向南,俯冲深度逐渐加大,俯冲角度逐渐变陡。俯冲的欧亚板块和菲律宾海板块在深度相遇碰撞,造成板块回撤。台湾-菲律宾构造活动带各向异性的分布较为复杂。N20°以北,在70千米以浅的深度,各向异性表现为明显的3个分布模式,而在70千米以深,各向异性表现为2种主要分布模式。这样的各向异性特征主要是由俯冲的菲律宾海板块和欧亚板块的相互作用造成的。在N20°以南,各向异性的快轴主要垂直于两个俯冲板块的前进方向。2013年美国怀俄明州75千米深处发生的4.8级上地幔地震非常罕见,因为在该地区下方不存在正在俯冲的板块。本文的地震层析成像结果表明,该地震发生在一个孤立的高波速异常体中。该高波速异常延伸至约160千米深度,推测其可能是Farallon板块深俯冲之后所残留的异常体,在受到长期的负浮力作用并被软流圈加热的情况下发生了破裂,因而产生了 2013年的地震。另一种可能性是该高波速异常体是一个处于初生阶段的致密地幔岩石圈滴落根,其正处于被移除的状态,因而发生了 2013年大陆岩石圈上地幔地震。美国中西部大陆岩石圈中,P波各向异性的快波方向和岩石圈形变之间有很好的相关性。怀俄明克拉通岩石圈的快波方向呈现为北东-南西向,这可能是由于该区域受到的压力造成,也可能是由于克拉通岩石圈中的古各向异性造成。研究区内上地幔软流圈深部的各向异性由北美板块的绝对运动造成。俯冲板块造成的边缘流对各向异性亦有影响。基于P波方位各向异性层析成像结果,我们认为两层模型在美国西部构造活动区更为合理,但在美国东部克拉通区域,单层模型更为适用。