从总体上来看，对塔里木盆地及邻近地区的地壳与上地幔速度结构尚缺乏比较系统地研究。横穿塔里木盆地的爆炸地震测深工作，由于经费等方面的原因未能进行。因此，只能依据有限的文献资料对该区的岩石圈速度分布概况进行初略的分析和讨论。
滕吉文（1991）等人，通过对塔里木盆地四周六个地震台的实际资料研究，获得了各地震台下深部构造模型（图4-6）。从图中可以看出库尔勒、依矿、拜城地震台下面20～30km深处存在低速层，依矿地震台下略浅；在巴楚地震台靠西边地区则低速层消失；而在和田地震台下速度结构与北部五个台有较大差异，在下地壳30～40km处存在高速夹层，相对而言，20～30km处速度较低。高速夹层的出现可能与地下深处存在相对坚硬或较冷的层位有关。同时，和田地震台下面300km深处存在着高速层。
1983年在我国西北部进行了一次大型爆炸的试验工作，为了取得塔里木盆地及邻近地区的地壳－上地幔深部信息，利用人工源地震观测仪器沿塔里木盆地东北边缘的库鲁克塔格和南天山地区进行了观测记录。观测数据的研究结果（表4-1；图4-7）表明：塔里木盆地东北边缘的地壳上部沉积层较薄，岩层比较古老，其速度较大。自地表2km以下速度纵向比较均匀，地壳中平均速度约为6.15km/s。莫霍面的深度约为50.0km。莫霍界面有可能是高速梯度薄层。上地幔顶部速度为7.90km/s，其下直到80km速度变化很小（8031工程协作组，1988）。
图4-6 塔里木盆地地壳结构模型
（引自滕吉文，1991，修改）
地震台站：a—依奇克里克；b库尔勒；c—拜城；d—巴楚；e—和田
图4-7 塔里木盆地东北边缘地壳－上地幔顶部P波速度模型
（图中数值为一定深度的速度值）
表4-1 塔里木盆地东北边缘的P波速度随深度分布表
天然地震面波资料研究表明，塔里木盆地地壳结构与青藏高原相似。地壳浅部发育有厚10～12km的沉积岩系，推断主要由低速、低密度的中、新生界至古生界的沉积盖层组成。上壳层厚度32～35km，远大于下壳层厚度15～18km，上、下壳层之间有厚6～10km的壳内低速层存在，其横波速度为3.08～3.16km/s，比上、下壳层的横波速度要低0.14km/s和0.34km/s（朱碚定，1982）。作为稳定块体的塔里木地壳，其地壳总厚度为44～50km，横向速度分布不均匀且地壳中平均速度值偏低。地壳下的上地幔厚度大（37～52km），速度亦较高4.50～4.60km/s，推测主要为榴辉岩相物质组成。上地幔低速层埋深为48km，厚度薄，30km。塔里木盆地的岩石圈总厚度约80～100km（杨华等，1990）。
盆地北侧的天山地区地壳明显增厚，厚度在50～55km，地壳厚度自西向东减薄，地壳中平均速度为3.61～3.63km/s，地壳浅层有厚度为3km，速度为2.6km/s的沉积层。上地壳厚约6.5km，康拉德面以上的中地壳，厚约25km，以天山中部厚度为大，纵波速度6.3km/s。下地壳厚约23km，纵波速度7.6km/s，天山西段，在中地壳下部（康拉德面上）有10km厚的低速层，它与该区强震的孕育和发生有关。上地幔表层位于地下50～120km深处，厚约70km。上地幔顶部速度高达4.65～4.70km/s，其下，低速层埋深为102～106km，且厚度相当大，岩石圈的厚度为120km左右（胡军等，1985；宋仲和等，1993；安昌强等，1993）。阿尔金山及青藏高原北缘，上地壳厚约38km，纵波速度为6.1～6.4km/s，底部发育低速层，厚约5～10km；下地壳厚约40km，纵波速度6.6～7.4km/s；上地幔顶部埋深约42～80km（滕吉文，1991）。
综观塔里木盆地及邻区的岩石圈速度结构，可以看出，作为稳定块体的塔里木盆地，壳内重力分异程度较高，地壳内上下分层不明显，而南、北缘的天山，昆仑山构造活动区，其突出特征是下地壳厚度大且速度大，上地幔盖层速度值相当高（宋仲和，1991）。盆地与周缘造山带接触地区其下地壳和上地幔波速度结构具突出的各向异性，地壳内部低速层发育，地震活动强烈。与相邻构造带相比，盆地显示为上地幔隆升结构特征，莫霍面的起伏与布格重力异常分布有明显相关性，即莫霍界面的起伏基本控制了布格重力异常的分布。盆地与邻区速度结构特征进一步表明，不同构造单元之间速度结构存在差别，而且这种差异到200km深度都存在（安昌强，1993）。不同地区速度结构的差异与其构造演化史有明显的关系。