南海地处欧亚板块、印度洋板块与太平洋板块交汇处，是中国最大的边缘海。同时，南海油气资源丰富，油气储量被誉为“第二个波斯湾”，是国内外石油公司争相投资的热点。南海油气资源为何会如此丰富？如此丰富的油气资源与南海的形成演化、构造活动以及后期的沉积结构究竟有怎样的关系？沉积结构中的火成岩对油气勘探有怎样的影响？论文针对这些问题开展了综合地质地球物理研究，从浅部的三维沉积构造至深部的热-重力均衡，有目的的选取研究靶区进行调研，获取了南海西北部陆缘地区的三维沉积结构以及海盆形成演化的热-重力动态补偿机制。在沉积构造中根据重磁联合处理解释进一步获得了火成岩的分布区域，根据其特有的密度特性，将火成岩圈定在靶区的三维空间中，进而完成了火成岩的三维空间定位。这些研究为认识南海的形成过程、构造演化以及前新生代含油气地层的分布提供了第一手资料。　　论文主要依据重、磁、地热等资料，在前人研究方法的基础上加以融合改进，得到了新的理念与研究结论。重力位场的反演主要应用了频率分解法与GPU并行三维遗传重力反演法。频率分解法以“低频信号反映深部地层信息，高频信号反映浅部地层信息”为理论依据对研究区按照频率逐层提取，并选取合适的频率将重磁异常的区域背景场与浅部异常场进行剥离。GPU并行三维遗传重力反演方法起源于生物学中达尔文提出的进化论，要求对初始三维模型进行遗传、变异以及计算适应度操作，在设定的密度范围内搜索解，直至误差达到精度要求。由于反演过程计算数据相当庞大，故借助GPU并行技术，GPU的海量存储与运算性能在进行大规模数据处理时，能够节约大量的时间。在地震、钻井资料的约束下，GPU并行三维遗传重力反演技术能快速有效地得到研究靶区的三维沉积结构，对油气勘探中含油气层的厚度、分布以及油气储量的估算具有切实的帮助作用。在获得三维沉积密度结构的基础上，根据火成岩的密度及磁性等地球物理特性，对火成岩实施三维空间定位，解决了地震勘探中火成岩与生物礁由于波阻抗相似而无法区别这一地球物理难题，并取得了良好的效果。同时，针对南海地区形成演化的深部热动力过程，基于热胀冷缩原理与万有引力定律，本文提出了一种新的模式，即热-重力动态补偿机制。　　综合上述研究基础与研究方法，本论文得出了以下几点结论:　　1.应用频率分解法剥离了南海西沙海槽盆地、西沙生物礁碳酸盐岩台地等研究区的区域背景场与局部异常场，得到靶区的深部构造与浅部沉积结构。在此基础上运用GPU并行三维重力遗传反演方法对其进行计算，得到了研究区三维沉积密度结构。为了将批量的数据按照图形清晰直观地展现出来，本文基于GPU平台运用了三维可视化成像技术，在不改变模型剖分单元格个数的情况下，按照经度、纬度及深度建立三维坐标，将地形与反演的密度相对应，绘制了三维沉积结构图。随后，根据三维可视化成像图，选取穿过构造区域的剖面线进行单独反演，与地震剖面、钻井及地质资料相结合进行综合地球物理资料解释。根据火成岩的密度范围，地震资料上需要与生物礁区分的火成岩一般埋深在4～7km，水平空间的分布位置可由磁异常进行圈定。　　2.针对南海形成演化的深部热动力过程，本文提出了热-重力动态补偿机制，该理论模型表述为:热的地幔物质对上覆冷的地壳加热，基于热胀冷缩原理，上覆冷的地壳岩石圈产生形变，由于受到水平方向上岩石圈的挤压作用，产生的水平方向的膨胀作用不明显，主要表现在垂直方向上。受热膨胀作用的影响，地壳物质向上运移产生海底地形高程和密度变化。热均衡作用通过改变地壳物质密度及海底地形高程间接作用于重力均衡。当南海中存在地幔对流及地幔热柱时，热动力充足，地壳物质在垂直方向上运移频率和幅度变大，重力均衡状态被打破，进而产生火山喷发、海啸、海底地震等现象。当地幔对流或地幔热柱位置发生迁移之后，地幔热动力不足，地壳物质冷却产生热沉降，此时，重力均衡成为均衡主导作用，地壳物质向下运移，逐渐达到重力均衡状态。为了探讨热均衡与重力均衡产生的影响，分别计算热均衡形变量以及重力均衡形变量，并将二者进行对比，进而得到热均衡与重力均衡对地壳物质垂直方向上位移的影响程度。同时得出结论，岩石圈越薄弱的地区热均衡动态补偿作用越明显，重力均衡补偿作用相对岩石圈厚的地区更薄弱一些。