作为最早的地球物理方法，重力位场方法一直是非震勘探的重要方法之一。在上世纪80年代末，由于方法本身存在多解性限制和垂向分辨能力差的缺点，渐渐被其它地球物理方法取代。近年来，由于位场观测数据的多样化，例如卫星重力、航空重力梯度仪等先进的探测手段与方法，三维重力反演方法成为位场反演研究的热点。随着科技的发展，位场勘探仪器的精度不断得到提高，数据存储和数据处理能力则提高了数十倍的数量级，而传统的交互式反演手段已经不能适合精细三维物性反演需求，因此，大尺度区域位场三维反演与成像计算成为当今国际勘探地球物理与计算地球物理领域的研究前沿。　　反演过程由大量的正演计算组成，随剖分单元增加，传统CPU计算方法的耗时呈指数递增。本文研究工作内容主要是三维位场反演和定量解释，利用GPU并行处理技术提出一种新的反演计算方法，即把每个地面观测点的重力异常计算分配到GPU并行线程中，充分发挥GPU计算数十倍乃至上百倍的数量级加速性能，因此，反演效率得到极大的提升。同时，作者将该方法应用到南海南沙靶区三维重力异常遗传算法反演中，结合南沙地区油气资源勘探，对该区域的中生代残留沉积地层进行了研究，给出了一些对构造反演有借鉴意义的成果。　　论文结构如下:　　第一章给出了重力位场反演的基本内容，主要方法和研究进展，并对南海南沙地区中生代油气资源勘探的地球物理问题做了简要的概述，提出了本文的主要研究目标。　　第二章分为两个部分，首先介绍了遗传算法在重力位场地球物理反演中的应用及其优点，然后回顾了前人在CPU并行计算地球物理应用领域中的成果。其次介绍和引入GPU并行技术，结合遗传算法提出基于GPU并行的重力异常三维遗传算法反演方法，并比较其与CPU计算技术的效率和加速比。　　第三章针对南海南沙地区地球物理调查现状，以上述反演方法分析反演靶区中生代残留沉积地层，并给出了靶区三位密度分布与NH973-1剖面上的实验结果和详细的分析结论。　　最后在第四章系统地总结了本文的主要内容，讨论了存在的问题，提出改进的方案。　　主要成果如下:研究结果表明，在遗传600代的情况下，使用GPU并行方法可以将反演耗时从超过17天降至7小时，大大减少计算时间。靶区重力异常反演结果和实际观测结果进一步说明了该方法的有效性。通过计算确定三维密度分布，并给出了NH973-1测线上的密度剖面，分析认为地震剖面乱反射区密度在2.24-2.53g/cm3，可能是中生代沉积地层。最后通过提取地层界面深度及厚度，发现靶区部分区域中生代地层埋深浅、厚度大，具有较高的油气前景和勘探价值。　　此外，本文在附录中附上基于Fortran90语言编写的GPU并行重力异常三维遗传算法反演源程序，为广大研究者提供参考。