正演是反演的基础,重力正演计算效率和质量直接决定了反演方法的实用效果。基于直立六面体模型剖分的重力异常正演中存在严重的冗余计算,降低了模型正演效率,为此本研究引入网格节点密度的概念,对原有重力正演公式进行简化,得到基于网格节点密度的重力正演公式。不同计算环境下的计算速度对比实验结果表明,基于网格节点密度的重力正演方法有效消除了冗余计算,提高了正演计算效率,加速比可以达到4到8倍。通过对边界节点的特殊处理,基于网格节点密度的重力正演方法能够正确计算无限延伸,或具有真实密度模型的重力异常。此外,网格节点密度定义为块体密度的差分形式,具有良好的稀疏性,这在一定程度上有利于提高计算效率,节省物理内存消耗。利用上述正演计算方案,本文正演计算了Marmousi2密度模型、BP2004密度模型和SEG/EAGE三维盐丘密度模型的重力及重力梯度异常。在密度模型结构简单情况下,网格节点密度模型较块体密度模型具有更好的稀疏性。为此,本文在基于网格节点密度模型正演研究基础上,进一步开展了基于节点密度模型的稀疏反演方法研究。在反演过程中,采用柯西范数模型约束来得到稀疏节点密度模型解,通过引入深度加权约束改善模型深度分辨率。模型试验表明,该反演方法能够真实有效恢复密度异常体,异常体边界清晰,位置准确,有效改善了最小模型解、光滑模型解、聚焦约束模型解等反演结果分辨率低、异常体边界模糊的问题。此外,为改善重力物性反演深度分辨率,有效利用地震资料提供的地层深度信息,本文探索研究了地震层位约束的网格节点密度反演方法。通过在网格节点密度模型中引入地震层位加权,有效提高了反演结果的深度分辨率。在反演密度模型解释方面,提出通过构建真实密度模型,真实反映研究区地下密度结构信息,避免因异常分离导致的剩余密度异常解释上的误差。利用基于网格节点密度的重力正反演方法,结合曾母研究区区域地质、岩石物性等资料,开展研究区三维真实密度模型构建工作。利用已有地震层位信息构建背景密度模型,利用基于网格节点密度模型的重力正演剥离方法,获取研究区剩余重力异常,之后通过基于节点密度的稀疏反演方法获得研究区剩余密度异常,从而成功构建研究区真密度结构。