地球物理反演是获得地下物性分布的有效手段。由于地球物理反演问题往往受困于反演结果的多解性等不确定问题,因此本文选择多种地球物理数据联合反演方法有效地降低反演结果的多解性,获得更高分辨率的反演结果。随着矿产资源勘察逐渐从平原转向高山、丘陵等大地形起伏区域,为此研发适用于起伏地形区的联合反演方法来揭示构造演化与矿产分布具有重要意义。将地下空间剖分成非结构网格可以更好地模拟地形起伏及模型的非规则性,实现更准确的反演,因此研究非结构网格下的精细化反演是十分有意义的课题。重力数据可以更好地突出深部地质体特征,重力梯度数据可以更好地突出浅部异常特征,传统的重力及其梯度数据联合反演是采用数据约束的方式来实现,由于这种方法不能有效地提升深部地质体的分辨率,因此本文提出重力及其梯度数据协同密度反演方法。首先分别获取重力及其梯度数据单独反演结果并形成归一化权函数,将其交叉加入到后续重力及其梯度数据交叉梯度联合反演实现结构约束,将数据融合后的结果作为初始模型,带入到正则化反演中以保证满足数据拟合,获得最终高分辨率的密度反演结果。非结构网格交叉梯度函数的计算方式与结构网格不同,为了更好地模拟地下物性参数线性与非线性的变化特征,本文对比不同阶次有限差分函数的协同密度反演结果,最终考虑反演结果的精度及计算效率,确定采用二阶有限差分函数计算物性梯度变化。非结构网格协同密度反演方法可以更好地模拟地形起伏及模型的非规则性,反演结果具有更好的分辨率。将本文提出的方法应用于庐枞矿集区,获得三维密度分布,并圈定及推测矿产分布范围,为下一步勘探计划提供了可靠的依据。重力及其梯度数据具有较高的水平分辨率,地震数据具有较高的垂向分辨率,因此开展三角形网格重力及其梯度数据与地震联合反演方法,可以获得更加准确的反演结果。利用不同数据各自分辨率的优势,引入交叉梯度函数,实现三种数据交叉梯度联合反演,其中重力及其梯度数据采用协同密度反演方法。对于三角形网格交叉梯度函数的计算方式,我们同样通过对比计算效率及精度,最终选取二阶有限差分函数。通过理论模型及实际数据的验证,证明了该方法的准确性。同时,庐枞实际地区中重力及其梯度与地震联合反演的剖面密度结果验证了推测的矿产分布,为确定庐枞矿集区的矿产圈定提供了有力的依据。当面临非规则网格剖分精细及地震数据计算量大,耗时等问题,频率域的计算往往可以良好地解决该问题。本文开展快速重力及其梯度与地震联合反演方法,利用NUFFT实现非结构网格频率域快速正演及交叉梯度函数中物性梯度变化的计算。经过理论模型的试验,本文提出的方法在几乎没有损失计算精度的同时,可以大大提升了反演计算效率。将提出的方法应用于庐枞矿集区,获得与前文相同的剖面密度及速度结果,计算效率有了很大的提升。