צבי בן-אברהם נולד בירושלים. הוריו עלו לישראל מפולין בשנות השלושים, היו חברי קיבוץ רמת רחל ליד ירושלים, שם הכירו. צבי בן-אברהם גדל בקיבוץ רמת רחל, למד בבית חינוך לילדי עובדים ובבית חינוך תיכון בירושלים. בצבא שירת כקצין בחיל התותחנים ובצנחנים. בתום שירותו הצבאי שב לקיבוץ ועבד מספר שנים בפלחה. בשנים 1969-1966 למד גאולוגיה לתואר ראשון באוניברסיטה העברית, עשה דוקטורט במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ובמכון האוקיינוגרפי בוודס הול, אותו קיבל ב-1973. נושא עבודת הדוקטורט היה: "תבנית המערכת של מדף סונדה (Sunda Shelf) וסביבתו" (מדף סונדה הוא חלק מים ג'אווה), והיא נעשתה בהדרכתם של הפרופסורים אמרי וטוקסוז ודוקטור בואין. בן-אברהם שהה לצורך בתר-דוקטורט במכון האוקיינוגרפי בוודס הול. בשובו לישראל שימש כחוקר בכיר במכון לחקר ימים ואגמים. ב-1975 מונה לחוקר במחלקה למתמטיקה שימושית במכון ויצמן למדע, ב-1976 כחוקר בכיר וב-1981 כפרופסור חבר שם. בשנים 1989-1982 כיהן כפרופסור לגאופיזיקה (מחקר) באוניברסיטת סטנפורד. בשנת 1982 מונה לפרופסור חבר לגאופיזיקה במחלקה לגאופיזיקה ומדעים פלנטאריים באוניברסיטת תל אביב, וב-1986 מונה לפרופסור מן המניין במחלקה. בשנים 1991-1987 עמד בראש החוג לגאופיזיקה ומדעים פלנטאריים. החל מ-1989 הוא מופקד הקתדרה על שם מקס זוננברג למדע גאו-ימי באוניברסיטת קייפטאון. החל משנת 1995 עומד בראש מרכז מינרבה לחקר ים-המלח באוניברסיטת תל אביב. החל משנת 1998 הוא מופקד הקתדרה על שם נבנצאל וגרוסברג לגאודינמיקה באוניברסיטת תל אביב. שהה בשבתונים כפרופסור אורח באוניברסיטה החופשית באמסטרדם ובאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס.
בן-אברהם כיהן כסגן נשיא של החברה הגאולוגית של אזור סן פרנסיסקו וכנשיא החברה הגאולוגית הישראלית. היה עורך שותף בכתב העת Tectonics, כתב העת Annales Tectonicaea, כתב העת Tectonophysics, כתב העת Israel Journal of Earth Science וכיום הוא עורך שותף בכתב העת Russian Geology and Geophysics. החל מ-2004 מכהן כיושב ראש הוועדה הישראלית של IUGS, האגודה הגאולוגית הבינלאומית.
בן-אברהם עורך מחקרים משותפים רבים עם מדענים ממדינות האזור. במסגרת זו ערך ב-1998 ועידה בעמאן שהביאה לפרויקט הבינלאומי DESERT, שבו נחקר קרום כדור הארץ לאורך חתך שאורכו 300 קילומטרים המשתרע מרצועת עזה ועד לרמה הירדנית. הוא אחד מארבעת המדענים הראשיים בפרויקט שבו שותפו חוקרים מישראל, גרמניה, הרשות הפלסטינית, ירדן ומצרים. כיום (2009) מתבצע פרויקט המשך GEO-DESIRE שבו מתבצע חתך גאופיזי מישראל לירדן דרך אגן ים המלח.
בשירות המילואים בצבא שירת בצנחנים, במלחמת ששת הימים היה חלק מגדוד הצנחנים שכבש את ירושלים ובמלחמת יום הכיפורים השתתף בכיבוש מחדש של רמת הגולן מידי הסורים. אחרי כן מונה בשירות המילואים לסמג"ד מרגמות מוצנחות בדרגת רב-סרן. אחר כך עבר לחיל הים והקים שם את יחידת האיתור התת-ימי, אשר קיימת עד היום, שעסקה בין השאר בחיפוש הצוללת דקר.
ב-1989 הוא היה הראשון שירד עם צוללת מחקר בים-המלח. מ-2007 הוא מנהל מייסד של בית הספר למדעי הים על שם צ'רני באוניברסיטת חיפה. מ-2012 הוא ראש המרכז הישראלי לחקר הים התיכון. מ-2008 הוא שימש כיועץ המדעי של נשיא המדינה שמעון פרס מטעם האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים.
צבי בן-אברהם נשוי לרחל, גננת במקצועה ולהם שלושה ילדים ותשעה נכדים.
מחקריו.
תחום מחקריו הכללי של צבי בן-אברהם הוא גאופיזיקה ימית וגאודינמיקה שמשמעותם חקר קרקעית הים, מה שמתחתיה והתהליכים הטקטוניים שמעצבים את פני כדור הארץ. זירת מחקריו העיקרית היא הים התיכון וגופי המים לאורך שבר ים המלח. צבי חוקר גם את האוקיינוסים הגדולים. הוא חוקר באמצעים גאופיזיים, בעיקר באמצעות ספינות מחקר. השיטות העיקריות של מחקריו הן שיטות סייסמיות, שבהן יוצרים סיגנל אקוסטי וקולטים את הגלים שפוגעים ומוחזרים מהקרקעית ומשכבות תת-קרקעיות. שיטות אלו נפוצות מאוד גם בחיפושי נפט. שיטות נוספות הן שיטות פוטנציאל – מדידת השדה המגנטי והכבידתי של כדור הארץ, וכן מדידת שפיעת החום מקרקעית הים. הוא משתמש במחקריו גם בנתונים סייסמולוגיים של רעידות אדמה.
הוא חוקר במשך שנים רבות את קרקעית הים-התיכון וגופי המים לאורך בקע ים המלח: הכנרת, ים-המלח ומפרץ אילת. מזרח הים התיכון ובקע ים המלח הם שני אזורי המחקר העיקריים שלו באזור.
הים-התיכון.
בים-התיכון הוא חוקר שלושה נושאים עיקריים:
במחקריו בים-התיכון חקר בן-אברהם את מבנה קרום כדור הארץ וניסה לבדוק האם הקרום הוא ימי-אוקיאני מאוד עתיק, אשר נוצר כאשר היבשות נפרדו זו מזו, או שהקרום הוא יבשתי, כלומר שהקרום של אפריקה נמשך מתחת לים עד לקפריסין. עמדה בפני החוקרים בעיה בסיסית אשר נוגעת לתהליך היווצרות הים הזה ותהליכי הסגירה שלו, לכן ערכו מחקרים רב-לאומיים, נעזרו בפיצוצים רבי-עוצמה ובמכשירי קליטה בישראל ובקפריסין שקלטו את הפיצוצים וגיבשו את הנתונים למודל לגבי איך הקרום בנוי. בין החידושים שבן-אברהם ועמיתיו הצביעו עליהם הוא קיומו של קרום אוקייני שלא היה ברור כלל. במחקריו הוא גם הראה שהקרום מורכב: הוא ימי בחלקו הגדול, אבל בחלקו בעל מבנה יבשתי כמו למשל זה של ההר הימי ארתוסטנס מדרום לקפריסין.
לגבי שולי היבשת הראו בן-אברהם וצוותו ששולי היבשת מורכבים מקטעים מוגדרים השונים במבנם זה מזה ושנוצרו בצורה שונה. מבנה הכרמל כשחודר לים מהווה אזור מעבר מאוד חריף בין שולי היבשת מצפונו ומדרומו. בעוד שמדרום השוליים נוצרו על ידי העתק רגיל (normal rifting), הרי שמצפון השוליים נוצרו בתהליך של גזירה (sheared margin).
כתוצאה מכך המעבר בין הקרום היבשתי לימי בשולי היבשת הוא הדרגתי בדרום וחד בצפון.
בחלקו הצפוני של מזרח הים התיכון הלוח הטקטוני של אפריקה מתנגש עם הלוחות מצפון לאורך הקשת הקפריסאית, הקשת ההלנית והקשת הקלברית. אלה תהליכים מורכבים שמלווים ברעידות אדמה חזקות. במחקריו הראה בן-אברהם שההטרוגניות של הלוח האפריקאי היא הגורם הדומיננטי המשפיע על תהליכי ההתנגשות. כשפיסת קרום יבשתי כמו זו המרכיבה את ההר הימי ארתוסטנס מגיעה לאזור ההתנגשות היא גורמת לשבירת הלוח שעליו היא נמצאת וליצירת שברים גדולים שמלווים ברעידות אדמה.
בקע ים-המלח.
שבר (או בקע) ים המלח מאופיין על ידי אגנים עמוקים ביותר (עמוק מתחת לפני הקרקע). ים המלח הוא האזור העמוק ביותר בעולם מבחינה טופוגרפית, אבל מתחתיו ישנו אגן של סלעי משקע היורד לעומק של 14 ק"מ, בין העמוקים שבעולם. בן-אברהם חוקר את מבנה והתפתחות האגנים האלה במפרץ אילת, בים המלח ובכנרת ואת הקשר של האגנים לתהליכים שמתרחשים לאורך הבקע כמו רעידות אדמה ותופעות נוספות. הוא גם חוקר את הקשר שבין הזמן של תהליכים טקטוניים כמו התרוממות השוליים, יצירת הבקע ונדידת האדם הקדום, הומו ארקטוס, מאפריקה דרך האזור שלנו לשאר העולם.
מחקריו על בקע ים המלח נערכו בשיתוף פעולה עם מדענים מכל העולם, בין השאר עם פרופסור צבי גרפונקל מהאוניברסיטה העברית ופרופסור אביהו גינזבורג מאוניברסיטת תל אביב. במהלך המחקר פיתח מודלים טקטוניים לדרך היווצרות האגנים לאורך בקע ים המלח ובמקומות שונים בעולם כמו העתק סן אנדראס בקליפורניה ואחרים.
מחקרים באוקיינוס האטלנטי וההודי.
במסגרת הקתדרה עליה מופקד בן-אברהם באוניברסיטת קייפטאון בדרום אפריקה הוא מקדם מחקרים בדרום האוקיינוס האטלנטי ומערב האוקיינוס ההודי. למשל התהליכים בהם נפרדה יבשת אפריקה מאנטארקטיקה ודרום אמריקה ונשברה יבשת העל גונדוואנה וכיצד נוצרו האוקיינוסים ההודי ודרום האטלנטי. חידושו של בן-אברהם הוא בניסיון להסביר כיצד התהליך התרחש ומה קורה שם כיום.
הוא הראה שהאגן האוקייני העמוק "עמק נטאל" (Natal Valley) ממזרח לדרום אפריקה, שנוצר לפני כ-100 מיליון שנה, פעיל היום מבחינה טקטונית, כנראה כתוצאה של התקדמות הבקע המזרח-אפריקאי (East African Rift) דרומה אל האוקיינוס ההודי.
כיום האזור מאופיין על ידי רעידות אדמה. כנראה שהבקע נמשך בים עד לרכס המרכז הודי.
מחקרים באוקיינוס השקט.
בן-אברהם ניסה לפתור את השאלה כיצד היבשות גדלות על ידי כך שהציע שאל שולי היבשת מצטרפות יחידות סלע שהובאו ממקומות אחרים. בעת שהותו באוניברסיטת סטנפורד חקר ביחד עם פרופסור עמוס נור את התופעה של רמות אוקייניות (Oceanic Plateaus) שנמצאות על קרקעית האוקיינוסים. הרמות נוצרו בדרכים שונות, למשל חלקן פיסות יבשה שניתקו מיבשות גדולות, חלקן נוצרו על קרקעית הים כתוצאה של פעילות וולקנית וחלקן נוצרו בדרכים אחרות. אלה אלמנטים פסיביים שנישאים על ידי הלוחות לאזורי ההפחתה בשולי יבשות וקשתות איים שלאורכם נוחת לוח אחד מתחת לשני. רמות גדולות לא נוחתות בשלמות עם הלוח עליו הן ממוקמות ובחלקן מצטרפות לשולי היבשות וכך מגדילות את היבשות עצמן.
בן-אברהם השתמש בעקרונות תהליכי התפתחות שולי האוקיינוס השקט שפיתח, להסבר תהליכי ההתנגשות במזרח הים התיכון.
מחקרו העכשווי.