本文首先详细研究了三维介质中速度和界面联合成像的理论和方法；其次将该理论方法应用在二维介质中，对横跨东沙隆起带的OBS剖面进行层析成像；最后将该理论方法应用在三维介质中，对东大别造山带的三维地壳结构进行成像。具体的内容梗概如下： 根据波逆行原理推导了三维介质中走时对界面偏导数的完整基本关系式，并根据基本关系式简化得到反射波走时对界面偏导数、二维介质中走时对界面的偏导数及走时对界面深度的偏导数基本公式。还给出了任意多个复杂界面情况下，反演时所需的走时对界面偏导数系数矩阵表达式。最后明确给出了速度和界面联合成像的线性方程组。为了检验速度和界面联合成像理论的有效性，进行了数值模拟计算，结果很好地对三维速度结构和界面进行了重建。 利用τ-p波场反演法直接对OBS原始数据进行转换，得到一维速度深度函数。该方法包含倾斜叠加和向下延拓两个线性转换：倾斜叠加将原始数据由时间-偏移距域转换为时间截距-慢度域；向下延拓将时间截距-慢度域波场转换为深度-慢度域波场。然后根据五个OBS台站得到的一维速度深度函数，合成东沙群岛地壳的二维速度结构模型。为了检验该速度结构模型，用拾取走时和利用模型计算的理论走时进行拟合，得到了满意的结果，从而为下一步进行层析成像提供了可靠的初始速度结构模型。 利用得到的二维初始速度结构模型，采用界面和速度结构联合反演方法，得到一条横跨珠江口盆地、东沙隆起带和潮汕坳陷的二维地壳速度结构剖面。结果显示，东沙隆起带地壳速度明显偏高，且存在一条贯穿整个地壳的深大断裂。大断裂在上地壳中西北倾向，而在下地壳中表现为东南倾向。根据上下地壳中断裂和高速体的位置，发觉上下地壳在东沙隆起带有轻微的错动。研究表明东沙隆起带经历了基底断裂、地壳隆起抬升、上下地壳差异性变形的构造演化历史。 利用大别人工深地震宽角反射/折射数据对东大别造山地壳结构进行3-D速度和界面联合成像。并对成像结果进行了还原分辩试验，得到较好的分辩效果。东大别造山带为大陆深俯冲-碰撞典型模式，根据成像结果，推测高速穹隆构造为碰撞挤压的产物，碰撞的主缝合线位置在南北大别构造单元之间；俯冲位置为晓天-磨子潭断裂下方莫霍面生错断处；在南、北大别构造单元之间的地壳中具有超高压变质岩折返体；在造山带地壳中存在低速伸展滑脱构造，且可以延伸到下地壳。