由阿尔泰—台湾地学断面凤凰—茶陵段6个炮点的爆破地震记录截面图（袁学诚，1997），对纵波记录识别出的包括初至波震相 Pg，中间层反射波震相 Pi（i=1，3，4，5），莫霍面反射波震相Pm和莫霍面产生的首波震相Pn等主要震相。由Pg波震相建立浅部的速度结构，主要是基底界面及其上部的速度结构；由Pi和Pm震相建立了地壳内部的速度结构确定地壳厚度；根据Pn波的特性，确定反映上地幔顶部速度结构特征的Pn波视速度值。图3-1 即为以上述地震相反演得到的凤凰—茶陵剖面的纵波速度结构。
图3-1 凤凰—茶陵地学断面速度模型
（袁学诚，1997）
由于整条剖面上的速度结构相当稳定，因此，可将各个炮点上求得的速度断面进行分层平均，从而得到扬子板块、华夏板块和湖南地区综合速度模型如图3-2所示。综合扬子、华南板块的速度分层，可以得到湖南地区地壳速度的分层结构。
h1=0～1.09kmυ1=5.5km/s
h2=2.76km υ2=5.73km/s
h3=13.42km υ3=6.09km/s
h4=4.46km υ4=6.05km/s
h5=9.13km υ5=6.55km/s
h6=6.20km υ6=6.98km/s
∑h=37.06kmυ=6.30km/s
速度结构的主要特征：
（1）壳内速度结构在垂向上具分层结构的特征，即具三层结构：第一层（上地壳）：υP=4.50～5.98km/s，平均深度为3.85km，相当于地表沉积岩厚度。第二层（中地壳）：υP=6.01～6.25km/s，深度为3.85～21.73km，平均厚17.88km。其下局部具低速层，大致相当于康拉德面（Conrad discontinuity）或韧性滑移面的深度。第三层（下地壳）：υP=6.30～7.50km/s，深度为21.73～37.06km，平均厚度为15.33km。其下为υP ＞8.0km/s的高速层，Pm清晰，为莫霍面顶界。
图3-2 凤凰—茶陵地壳速度模型
Ⅰ—上地壳；Ⅱ—中地壳；Ⅲ—下地壳；Ⅳ—上地幔
根据剖面计算出湖南地壳平均厚度为37.06km，小于华北块体（41km），平均速度6.30km/s，比华南块体（6.4km/s）小，但较青藏块体（6.23km/s）和华北块体（6.21km/s）高。由湖南地壳速度模型可知，扬子块体、华南块体速度结构特征属典型的大陆型稳定地壳，与洋壳有明显的区别。
（2）莫霍面起伏变化大，最大落差达10km，自东至西，莫霍面深度作台阶式下降，茶陵—衡阳为29.3～30.6km，金兰—邵阳35.6～36.3km，洞口—白马40km。在雪峰山地区，莫霍面又略有抬升，黔阳39.84km，从怀化以西又开始下降，其中麻阳为40.88km，凤凰43.91km，四川秀山45.5km。
地壳分层及组构特征：湖南地壳具三层结构，且地壳速度由浅至深是渐变的。在地壳上部速度一般为4.5～5.9km/s，变化较大；中部变化较小，速度稳定，一般为6.0～6.2km/s；下部呈明显上升趋势，一般为6.3～7.2km/s；在底部出现速度大于8.0km/s 的速度跃变，为莫霍面深度，波速一般为8.0～8.2km/s。
上地壳：υP＜6.0km/s，厚度变化较稳定，总的趋势是湘东、湘西较薄，湘中较厚。湘东一般厚2.5～3.5km，湘西3.7～4.0km，湘中4～5.3km。其中茶陵为2.8km，衡东3km，樟树3.5km，金兰4km，邵阳4.7km，新化5.3km，洞口4.3km，雪峰山—武陵地区为3.7～4.0km；相应的，P波速度也由东往西增大，其中茶陵υ上=5.43km/s，金兰υ上=5.6km/s，雪峰υ上=5.75km/s。整个上地壳主要为海西—喜马拉雅期沉积盖层，由地震波速确定的剖面沉积盖层的厚度相一致，但略偏薄，其主要原因可能是各地沉积厚度不同及剥蚀程度各异引起。
中地壳：υP=6.01～6.23km/s，岩性以硅铝质为主，上部主要以元古宇—下古生界浅变质岩系为主；下部为太古宇变质结晶基底，可能属花岗片麻岩或混合岩。在元古宇底部和太古宇顶部之间存在一低速、低密度层（新化以东），可能为构造滑脱层，也是地表多数断裂构造消失的深度。中地壳厚度在邵阳以东为15.50～17.70km，平均16.93km，在湘西地区为7.30～18.20km，平均17.78km；在湘中地区较薄，约14.6～18.7km，平均16.65km。相应的，P波速度在樟树υ中=6.02～6.07km/s，在湘中υ中=6.15km/s较高，在武陵雪峰山区为υ中=6.06～6.10km/s。
下地壳：υP=6.25～7.5km/s，其厚度由东向西增大，其中永新为9.8km，茶陵10.1km，衡东9.5km，樟树11.0km，金兰17.0km，邵阳12.9km，洞口17.68km，麻阳18.88km，凤凰22.91km。
对湖南省下地壳物质组成的认识，传统上认为是由玄武岩或辉长岩构成。实验表明，当围压增加时，玄武岩或辉长岩最终转化为榴辉岩，其过渡相为石榴子石麻粒岩，而榴辉岩的υP＞8.0km/s，石榴子石麻粒岩的υP介于7.5～8.0km/s之间，均大于湖南下地壳的υP，因此湖南下地壳的成分不可能是玄武岩或辉长岩。
袁学诚等（1989）对花岗岩和闪长岩的高温高压实验结果表明，花岗岩和闪长岩在下地壳的温压条件下的产物为麻粒岩相，其速度为6.7～7.4km/s，与凤凰—茶陵断面下地壳波速接近，故湖南下地壳可能为中酸性麻粒岩。在白马山和衡阳段下地壳底部速度大于7.0km/s，与湖南壳下垂向增生现象有关。