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波形梯度法是一种全新的台阵数据处理技术，通过台站之间的波形相位和振幅的差异，得到相速度、传播方向、几何扩散以及辐射花样等地震波传播参数。近年来，全球的，区域的，局部的地震观测台阵发展迅速，最典型的例子就是美国的USArray计划，中国地震科学探测台阵计划等。这些密集台阵数据都可以可用于波形梯度法进行研究当中。本论文包括三大部分，第一部分利用美国USArray数据，研究三分量波形梯度法;第二部分利用喜马拉雅台阵1期以及研究区域内固定地震台共同组成的台阵数据研究基于波形梯度法的三维成像;第三部分包括利用波形梯度方法对地震波场插值。 在之前波形梯度法的研究当中，大多只用到了地震仪三分量中的垂直的分量，对水平分量缺少一定研究，本次研究首次将波形梯度法用于三分量面波地震数据的研究当中。利用2012年8月27日发生中美洲地区的7.4级地震，通过USArray台阵收集的面波三分量数据对美国中东部地区进行了研究。首先对垂向分量的地震数据进行波形梯度计算，求得入射子台网的面波传播方向，再根据求得的角度对地震计的水平的两个分量进行坐标旋转，得到地震波传播方向上的径向分量，以及切向分量(SH波)。然后对旋转后的三个分量计算波形梯度。通过不同频带的滤波，并进行波形梯度计算得到了40-60s，60-80s，80-100s，100-125s，125-150s五个频带相速度、传播方向、几何扩散以及辐射模花样四大传播参数。不同频带进行了对比分析以及不同分量的对比分析，对美国中东部地区地下结构有一定的认识。 论文第二部分对将波形梯度法应用于了喜马拉雅台阵1期以及研究区域内固定地震台共同组成的台阵垂直分量的面波数据中，得到了相速度频散，然后通过瑞利波相速度频散反演研究区下方的S波速度结构，得到了一些初步的成果。大概给出了研究区域内的低速体分布，并且对已有的结果进行对比，都有着不错的一致性。 论文第三部分利用2014年7月27日发生在大西洋(23.724°N，45.5809°W)处的地震得到了地震波传播图像。本次研究采取100-125秒以及50-60秒两个频带滤波。通过USArray台阵收集了垂直分量的地震数据对美国东部地区进行了研究，对地震波形数据应用波形梯度法，得到了以0.1°以及0.5°为网格的每个网格节点的地震波形数据，从而重构了地震发生后地震波传播经过台阵覆盖区域的地震波波场。