重力、磁力及地震（简称重磁震）等勘探数据的一体化反演是目前地球物理数据综合解释中的一个重要研究方向，是解决复杂地质问题最有效的途径之一。重磁勘探可快速地完成区域地球物理调查，了解地质构造（地层、断裂）分布特征；地震勘探是目前进行地层精细结构划分最常用的勘探手段之一，具有较高的垂向分辨率，但对于某些特殊构造（盐丘、高角度断裂等）反映不敏感而形成盲区。重磁数据具有提高陡倾角地层分辨率、分辨地震盲区（泥岩断层、盐丘下部）、改进地震速度模拟等作用，因此重磁震数据的计算机综合模拟可建立更高精度的地质-地球物理解释模型，其中模型参数和反演方法的精度是制约最终反演结果准确性的关键因素，因此本文针对模型参数计算方法和联合反演方法进行改进，以获得更加准确的反演结果。本项研究中重磁震数据一体化反演按如下流程进行：（1）利用高精度同相轴识别技术解释地震数据，获得层位的分布信息；利用改进的边界识别方法解释重磁数据，分析研究区断层和地层界线的分布特征；（2）利用改进的位场数据解释方法根据重磁数据来估算盐丘、陡倾角地层及浅部异常体的属性（深度、密度、磁化率）参数，用于建立地质-地球物理模型；（3）利用地震随机反演计算地层的波阻抗，进而实现地层密度分布函数的计算，并通过对随机反演结果进行不确定性分析来获得更加可靠的结果；（4）以地震和井数据为约束利用重磁和重力梯度异常计算整个测区的层位分布信息。根据上述信息建立地质-地球物理模型，并利用快速模拟退火法实现重磁、重力梯度及地震数据的联合反演，获得最终的地质-地球物理模型。同相轴识别是地震数据解释中最基本的任务，可清晰地划分出层位的分布情况。为了提高地震同相轴的分辨率，本文提出增强型数学形态法，该方法利用数学形态学中膨胀和腐蚀运算与水平导数相结合进行地震同相轴增强。通过理论模型试验证明该方法能成功地完成地震同相轴的增强工作，具有较高的分辨率，且相对其它方法能更清晰地识别出地震同相轴，受噪音影响较小，尤其对弱振幅同相轴也有较强的识别能力。将该方法应用于实际地震数据的解释，获得了层位的具体分布信息。同时，经研究发现，增强型数学形态学法经过相应的修改后可用于重磁数据的边界识别，即直接利用原始重磁数据总水平导数腐蚀与膨胀结果的比值进行地质体边界的识别，结果的最大值与地质体的边界相对应，该方法不需要垂直导数参与计算，受噪音和外界环境干扰小。通过理论模型试验证明，该方法能同时识别出深部与浅部地质体的边界，且抗干扰能力较强。将其应用于实际数据的解释，清晰地给出断裂的位置及分布范围。但数学形态学法所识别的位场数据的边界存在一定程度的发散，不利于准确地划分地质体的边界。为了获得更加令人满意的结果，对数学形态学计算结果进行幂次和指数变换来增强边界的清晰度。通过理论模型试验和实际数据证明幂次和指数变换能有效地增强边界识别结果的对比度，使地质体的边界得到更加清晰地显示。地质-地球物理综合模型建立的一项关键技术是研究区内地质体属性参数的计算。地震勘探对于盐丘构造、陡倾角地层及范围较小地质体反映不灵敏，难以准确地描述地质体的埋深、密度、磁化率等信息，为此，利用重磁异常辅助地震数据来完成参数的计算。现有重磁数据解释方法精度低、计算速度慢，严重地影响了多元数据融合的精度和效率，本文提出几种高精度解释方法来获得更加准确的地质体属性参数。利用重力异常水平导数与垂直导数非线性组合定量计算断层深度、密度、倾角等参数。通过理论模型试验证明，该方法反演得到的断层参数与模型理论值相接近，误差较小。将该方法应用于已知断层重力异常的解释，获得的断层几何及密度参数与其它资料解释结果吻合较好，表明该方法可有效地辅助地震数据完成断层的解释工作。采用解析信号法和局部波数法进行磁异常的解释，因为这两种方法具有不受磁化方向干扰的特性，其计算公式更加简单，但现有方法需要计算异常的三阶甚至更高阶导数，会明显地增大噪声的干扰，降低反演结果的准确性。本文对解析信号法和局部波数法进行改进，改进后的方法仅需要计算异常的二阶导数，有效地提高了反演结果的准确性。改进的解析信号法是利用解析信号水平与垂直导数之间的关系来估算磁源体位置和构造指数信息。通过理论模型试验证明改进的解析信号法能成功地完成磁异常的反演，具有较强的适应性。将其应用于实测磁异常的解释，反演结果与测井解释结果相一致。改进的局部波数法是利用局部波数在不同水平位置或不同高度值的组合进行磁源体参数的反演。通过理论模型试验证明改进的局部波数方法受噪音影响小，能更加稳定和准确地完成磁异常的反演,反演结果与理论值之间的差距小于5%。将其应用于实测磁异常的反演，其反演结果与解析信号欧拉反褶积法的反演结果相一致，表明本文方法具有良好的实际应用效果。为了真实地描述地层的密度变化，采用地震随机反演来计算地层的密度信息。随机反演是地质统计学理论与基于模型反演相结合的产物，亦称地质统计学反演。随机反演充分地利用了地震反演储层预测及随机建模储层预测的优势，有效地综合了不同尺度数据信息（地质、地球物理），突破了地震频带宽度的限制，能建立更高精度的地层波阻抗模型，且可获得储层非阻抗信息（孔隙度、伽玛等），具有更直接的岩石地球物理意义。随机反演会产生多个等概率结果，采用不确定性分析技术对反演结果进行评估可获得更为可靠的结果，在反演中起着至关重要的作用。通过理论模型证明随机反演可有效地完成地震数据的波阻抗反演，将其应用于实际数据的解释，获得了地层的波阻抗分布，并利用不确定性分析技术对反演结果进行评价，通过计算结果的均值、方差、概率密度等参数来获得更为可靠的结果。此外，通过与确定性反演的对比可以看出，随机反演具有更高的分辨率，能获得更多的细节特征。获得地层的波阻抗信息后，利用波阻抗与波速的关系可获得地层的密度分布。对于不存在三维地震数据的地区，以剖面地震和井数据为约束利用重磁和重力梯度数据来计算整个测区的层位分布信息，如存在三维地震数据，则直接利用同相轴识别技术来获得层位信息。重力梯度对浅部地质体、地层的细节特征及起伏变化反映敏感，但现今还没有重力梯度数据进行界面反演的详细介绍。首先推导出密度界面重力梯度异常的正演公式，并给出快速模拟退火法利用梯度数据进行密度界面反演的基本步骤。理论模型试验证明利用快速模拟退火法根据梯度数据可成功地完成密度界面的反演，且对界面的局部变化具有较高的分辨率，最后将其应用于中国南海海域重力梯度异常的解释，获得了海底地形分布，其结果与LDEO船测结果差距很小。利用获得的层位和参数信息建立地质-地球物理模型进行重磁震一体化反演，并将梯度异常引入联合反演中来提高对地层局部变化的分辨率。快速模拟退火法计算速度快，对于大数据解释具有优势，利用其进行重磁、重力梯度和地震数据的联合反演。通过试验证明快速模拟退火法能有效地完成重磁、重力梯度与地震数据的联合反演，且对界面细节特征有较高的分辨率。将该方法应用于地区实测数据的解释，揭示了地下层位的分布特征，为进一步勘探提供了决策依据。