高性能计算技术(HPC)的发展，加速了三维地球物理正反演方法的研究。三维反演及可视化的实现，为科学问题的研究提供了更直观、清晰的证据，同时也对计算方法技术提出了挑战。目前，高性能科学计算在向着异构计算的方向发展:将中央处理器(CPU)与图形处理器(GPU)技术混合，在计算效率和计算量上实现更高的性能。相比于二维反演，受限于几十倍至上百倍增长的网格数量，传统串行反演程序往往难以满足三维反演计算的需求。并行化是解决海量数据科学计算的有效途径。由于硬件结构的天生优势，基于GPU的并行计算可以数十倍甚至数百倍的提高计算速度，开始被应用在地球物理计算的各个领域。但由于程序结构的迥异以及较高的并行编程学习门槛，无论从硬件还是软件的角度，目前真正的大规模并行计算仍依靠大型计算集群(clusters)来完成，因而并行计算仍未被广泛应用。　　在本文中，研究了一种新的重力、磁法及其二阶张量的三维并行反演方法，打破了上亿网格的并行计算对计算集群的依赖，通过普通个人计算机即可实现快速的大规模并行计算。同时，将该方法运用于实际问题研究区的反演与解释。文章主要内容包括了三个部分:　　(1)采用了基于通用并行架构(CUDA)设计并行化结构，实现了重加权正则化共轭梯度（Re-weighted Regularized Conjugate Gradient，RRCG）反演算法;采用了四种针对性的优化方法，引入了移动敏感度(Moving Sensitivity Domain)等前沿反演技术;通过模型测试以及与串行反演结果的对比，验证了本程序的正确性。　　(2)首次对大兴安岭南段成矿带的航空磁法与重力数据进行了三维反演。大兴安岭南段是中国最重要的多金属成矿带之一，具有巨大的成矿潜力，受到了广泛的研究。本研究结合了地质学、矿床学资料，对收集到的重力、磁法数据进行了大尺度的精细反演与解释。首次建立了研究区的三维磁化率与密度分布模型，并根据从整体到局部的原则，对整个成矿带、典型地质剖面以及典型矿床进行了成矿解释。　　(3)首次对川西地热异常区的典型岩体进行了三维重磁反演。川西地区处于地中海-喜马拉雅地热活动带东端，通过近年来构造地质、水文地质学的研究，发现该地区是一个高温水热异常活动带，因此成为了国际地热研究的新热点。隐伏岩体的熔融潜热和岩浆余热被认为是该地区的重要热源。本研究选取了该区域的典型岩体进行三维反演，确定了岩体的深度、圈定了岩体形态与分布范围。　　通过上述的综合研究，得出以下主要结论:1）并行RRCG重磁反演技术突破了反演网格与计算时间的瓶颈，实现了在个人计算机上快速处理上亿网格的实际重磁问题，同时上百倍的提高了反演效率。2）大兴安岭地区成矿受线性构造控制规律明显，二叠系地层与燕山期岩浆的相互作用是大规模成矿的必要条件。3）反演得到了川西地区乡城、中咱等地的典型岩体的三维形态与埋深，为研究该地区隐伏岩体的热源提供了依据。