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本论文以中国西北地区岩石层上地幔动力学问题为目标进行了详细的研究，提出了一种利用地震层析成像数据修正利用重力和地形资料反演地壳厚度的算法，修正了中国西北地区莫霍界面的深度，结果表明，我国西北区域地壳和上地幔密度异常引的起地表重力异常值为-60mgal～30mgal；反演了我国西北区域上地幔对流模式，结果表明，对流流场的顶部在岩石圈较薄的盆地区域呈现上升发散流动特征，岩石圈较厚的山脉则对应了汇聚下降的流动特征，塔里木盆地处于拉张状态，驱动其上地幔物质南下向青藏高原北部西昆仑运动，以及北上向天山下部流动，这可能是天山隆升的原因之一；对地幔对流控制方程解进行了理论推导，求解了在刚性边界和自由边界条件下地幔对流流场的速度。