地震体波走时层析成像是指以地震体波到时作为观测数据,反演地下介质的地震波传播速度分布的一种反演技术方法。基于弱各向异性介质的假定,通过在走时反演方程中引入各向异性参数,可以同时进行介质的速度扰动和各向异性属性的联合反演。对三维介质的各向异性分析有利于对区域结构构造演化、深部物质变形、动力模式等动力学问题的进一步解释。本文梳理了近年来关于体波各向异性层析成像的理论发展、技术实现、数值模拟等。讨论了将各向异性参数加入反演方程中的具体数值实现思路,基于前人工作,进一步完成了基于阻尼最小二乘法的三维体波各向异性反演计算及分辨率检测的数值实现过程,并进行了人工设定地震的检验。基于该方法,分别在我国东北地区、青藏高原东北缘地区开展了针对上地幔区域的远震三维体波各向异性层析成像研究,获得了两个地区的上地幔三维速度结构及各向异性分布。主要研究内容与成果如下:1.基于轴对称弱各向异性介质的假定,在各向同性走时层析成像反演程序的基础上,通过引入两个各向异性参数,实现了三维速度扰动与各向异性参数的反演功能。反演程序针对三维速度结构和各向异性参数可能具有不同分辨率的特点,允许分别独立设置速度扰动和各向异性参数的网格模型。对台站分布、反演中的阻尼系数在三维速度结构和各向异性参数反演中的影响特征进行了分析讨论。台站分布的影响可能更多集中在浅部,阻尼系数的选取则需要中和考虑走时残差均方根和模型的平滑程度。2.采用NECESSArray台阵的远震体波走时资料,研究获得了我国东北地区的上地幔速度扰动结构和各向异性分布图像。结果显示东北地区的速度扰动和各向异性分布均存在明显的横向不均匀性。阿尔山火山区下方存在深至地幔转换带的柱状低速异常,可能暗示存在来自深部的岩浆运移通道;420km以下,阿尔山地区下方低速异常与松辽盆地下方低速异常汇合,同时各向异性快波速度方向FVD整体为NW向分布,表明二者可能具有共同的深部热源补给,且与太平洋板块前端的深部动力学过程有关。60～240km内,阿尔山地区东西两侧具有不同的各向异性分布,分析认为与古地块拼合及盆地后期的伸展变形有关。在松辽盆地地区,速度扰动呈现以高速为主,中心区域120km深度内存在低速异常,这种特征可能与软流圈热物质上涌有关;在盆地下方60km,盆地南侧及中部地区FVD呈近E-W向展布,东侧则呈NE-SW向展布,推测可能受华北克拉通-松嫩地块沿拼合带走向的相对运动及深大断裂导致的NE向剪切变形共同控制;420km以下,FVD整体以NW向分布为主,与SKS结果类似,可能表明SKS各向异性的来源深度较深,推测其形成机制与太平板块西向俯冲有关。长白山火山区下方180km内FVD展布与块体拼合带走向一致,反映了拼合过程对局部构造变形的影响;300km以下显示出一致的NW向特征,推断与太平洋板块的西向俯冲有关;520～620km内火山区西北方存在一个低速异常区,但方位各向异性幅值较大,整体趋势一致,初步推测与来自深部的地幔热柱关系不大,可能与滞留板块的深部脱水作用有关。3.基于地震科学台阵探测项目Ⅱ期的远震数据资料,对青藏高原东北缘地区进行了各向异性层析成像。结果显示,该区速度扰动与各向异性特征在横向上变化明显,主要体现在青藏高原与周边相邻地块之间的差异分布。青藏高原东北缘下方存在深至300km左右的低速异常,推测在这一深度范围内青藏高原较之周边古老地块具有更软更热的属性。360km～420km,青藏高原下方的低速异常逐渐转变为大面积的高速异常,并一直延伸至深部地幔。各向异性FVD在60～120km内与青藏地块相对于周缘地块的运动方向基本一致。120～420km深度范围内,大部分区域FVD变化为NW向,与SKS结果基本一致。在鄂尔多斯块体内部,速度扰动整体呈现高速特征,各向异性幅值相对较低,FVD呈E-W向,表明块体内部是一个相对稳定的地块。鄂尔多斯块体西部边缘地区存在相对较低的速度值,各向异性随深部变化显著,推测鄂尔多斯块体西边界可能存在一定程度的变形。在阿拉善地块下方,结果显示,该区整体具有高速异常特征,东北部局部呈现低速特征,一直延伸到600km的深部地幔,表明阿拉善块体具有相对稳定的特征。扬子地块下方,0～360km,整体以高速异常为主,地块内部与地块边缘具有不同的各向异性FVD分布,表明块体间相互作用对各向异性分布产生了显著影响。420km以下,块体内部呈现出低速异常,初步推测该深度范围内可能存在更软的地幔物质特征或局部的高温热物质活动。