地球内部物质密度分布是研究地球内部结构的重要内容之一,岩石圈的三维密度结构对研究地球深部的构造,地壳运动以及地幔柱等动力学过程具有重要的作用。地壳深浅密度异常分布是地壳构造环境及其动力演化研究的重要线索,亦可作为油气、矿产资源勘查的重要依据。震源区地下三维密度结构或震前密度扰动演化的研究是地震预测研究的基础与前沿热点之一,可为震源孕育发生机理研究提供重要参考。研究地球内部密度结构的方法主要分为两类:其一为间接法,利用地震资料获得地球内部的速度结构,通过密度与速度之间的关系可将速度结构转化为密度结构,但是,就目前而言,速度与密度之间的关系只有经验公式;其二为直接法,利用重力异常资料,直接反演地球内部的密度分布,可以得到研究区内密度分布的横向不均匀性。前者往往为后者提供反演约束。震源区密度结构反演研究主要包括静态密度结构和震前密度扰动演化过程研究,前者探索震源孕育的构造条件,后者探索震源孕育发生发展的过程。通过震源区重力勘探普查,可获取高精度布格重力异常;通过震源区重力的重复测量(流动重力),可获得震源演化相关的重力场动态变化,这两者均是震源区密度结构及其变化反演的基本信号。本论文的主要研究内容及成果如下:1、首先分析了基于块体生长模式的重力三维反演方法,通过模拟试算验证了基于块体生长模式反演算法的有效性和稳定性,随后通过两个反演研究实例进行了实用性论证,通过区域重力场趋势的消除,使该方法对震源区局域反演具有一定的优势,为地震构造环境及其变化研究提供了较好的途径。2、采用块体生长模式的重力三维反演方法,利用三河-平谷地震区较精细的布格重力异常数据(毫伽级),反演研究了该区域浅部(0~12km)三维密度结构分布特征。三河-平谷地震区布格重力异常显示M8.0级地震位于通县-燕郊重力局部高、三河-马坊重力局部高与大厂重力低之间交汇过渡低值部位;研究区浅层三维密度结构结果表明,北东向夏垫断裂两侧密度明显差异,可能说明三河-平谷M8.0级地震的发震断裂为夏垫断裂,该断裂的切割深度至少达到10km。3、尝试将块体生长模式的重力三维反演方法应用到典型震前动态重力变化的反演。利用九寨沟M7.0级地震前两幅典型重力动态变化数据(2014年4月至2016年4月和2014年4月至2017年4月)分别进行相应三维密度变化反演(微伽级)。反演结果表明震中东侧存在北西-近南北向的正密度变化带,可能与东(华北块体)、西(青藏块体)部之间的作用有关。震中附近存在局部负密度变化区(贯通深部),显示物质膨胀、扩容状态,发震部位处于虎牙断裂北端、局部扩容区顶部边缘,其可能与深部热作用有关。