陆内造山动力学与深部过程是当今地球科学的研究前沿。天山是远离板块碰撞带的全球典型陆内造山带-中亚造山带的组成部分。天山两侧的克拉通地块,即塔里木地块与哈萨克斯坦板块向天山下的汇聚、俯冲可能是天山陆内造山的主要动力。南天山现代火山活动与山前频繁发生的地震活动,暗示塔里木地块与哈萨克斯坦板块的向天山下的汇聚、俯冲可能仍在继续,南天山前可能隐伏着巨大的大陆板块俯冲带。塔里木板块俯冲作用(或天山的仰冲作用)可以导致南天山前发育规模巨大前陆盆地,新生代以来发育厚度万米的沉积地层,具有形成大油气田的条件。南天山与塔里木盆地结合地带的岩石圈结构记录着大陆地壳形成演化的大量重要信息,赋存着丰富能源和固体矿产资源,长期以来全球不同国家的学者一直对天山有着浓厚的研究兴趣,试图从不同角度揭开其形成演化的神秘面纱,查明并开采其中的资源,使其更好地为人类生存繁衍服务。深地震反射剖面剖面已被国际地学界公认为揭示岩石圈精细结构的有效手段。本论文利用2007年中国地质科学院地质研究所、中石化勘探分公司和美国南卡罗来纳大学联合完成的跨越西南天山-塔里木盆地结合带的深地震反射剖面资料,在综合分析盆山结合带深部地震探测剖面原始资料特点、难点和常规处理存在问题的基础上,有针对性的开展了精细目标处理和叠前成像及叠前深度偏移研究。精细处理主要抓住影响成像因素的三个关键环节,采用多域组合去噪技术有效地压制了噪音,提高了资料信噪比；采用层析静校正方法解决了盆山结合带近地表静校正问题；采用地表一致性振幅补偿和振幅一致性反褶积解决了振幅、频率一致性问题；为后续资料成像奠定了坚实的基础。叠前成像主要进行了Kirchhoff积分法叠前时间偏移及叠前深度偏移,基于平滑面的叠前时间偏移和叠前深度偏移获得了比较好成像效果,归纳总结了一套适合盆山结合带的叠前成像处理流程。起伏地表的盆山结合带成像难问题在深部地震探测技术中尤为突出,常规的方式成像效果不理想,通过叠前时间偏移和叠前深度偏移的成像方法试验研究,取得较好的效果。基于平滑面的叠前时间偏移及叠前深度偏移是在共反射点和共成像点实现同相叠加的,成像方法上优于共中心叠加方法,解决了盆山结合带成像差的问题。经过上述精细目标处理和叠前成像研究,得到类深度域深地震反射剖面,很好地揭示出南天山与塔里木盆山结合带岩石圈精细结构和天山新生代快速造山的深部过程。通过类深度域剖面的解释,认为：塔里木盆地地壳明显呈上下两层结构。上地壳巨厚的沉积和稳定、连续的结晶基底,为油气生成与成藏提供了物质基础。与塔里木盆地稳定沉积层相比,在南天山下浅、中层地层受到强烈的变形改造,导致地层比较破碎,反射变弱、连续性较差,上地壳一系列南向的逆冲构造反映了西南天山向盆地的仰冲作用席卷了整个沉积盖层,并且越向天山内部,逆冲变形作用席卷的深度越深。沉积层强震相记录说明上地壳地层中存在浅、深不同层次的构造滑移面,逆冲推覆作用使地层沿构造滑移面叠置,地壳增厚。塔里木盆地下地壳向南天山下楔入和俯冲。楔入的塔里木盆地下地壳停止在喀什隆起下方。越过楔入构造,一系列北倾的反射记录了塔里木下地壳向南天山的俯冲痕迹。靠近Moho面向北俯冲的构造作用痕迹的反射震相更为清晰。从南向北Moho面深度从55Km加深至61Km,共分三个台阶,中间台阶略有上挠,总体上南天山Moho面埋深要比塔里木加深6Km。岩石圈地幔清晰记录了塔里木岩石圈向天山下俯冲的痕迹,在塔里木盆地26-27s可见清晰的北倾的俯冲构造反射,继续向北在岩石圈地幔仍可见北倾的俯冲构造反射,断续的向天山下延伸。概言之,塔里木岩石圈下部向天山下的俯冲是天山新生代快速隆升的主动力。天山上地壳向塔里木盆地的逆冲叠置使地壳加剧增厚,逆冲变形、叠置增厚作用主要发生在沉积盖层。而天山下地壳并没有显著增厚,即未见明显的山根。因而,逆冲薄皮造山可能是天山新生代造山机制。深地震反射剖面精细地揭示出这样的造山深部过程。