由重力场模型计算的重力异常经过布格改正后的布格重力异常能够很好的反映地下质体密度分布。从总的布格重力异常中扣除地壳以下质体对地面观测点的重力影响得到由地壳密度分布不均引起的剩余布格重力异常。本文结合长方体模型和密度-深度函数关系推导了变密度模型正演重力异常表达式。根据剩余布格重力异常通过粒子群算法反演了汾渭盆地及周边黄土高原、华北平原地区的三维地壳密度分布。取得的主要研究成果有：（1）采用C++语言编制了高阶次缔合勒让德函数递推算法及利用卫星重力场模型计算重力异常程序，用Fortan语言编制了布格改正程序。（2）在均质长方体正演重力异常多种表达式的基础上，验证了其正演表达式的一致性。结合均质长方体正演模型和密度-深度线性函数关系推导了变密度长方体正演重力异常表达式。用C++语言编制了变密度模型正演程序。（3）介绍了重力场反演理论和PSO优化算法，编制了基于变密度长方体正演模型的PSO反演三维地壳密度计算程序。反演结果验证了PSO算法应用于非线性及具有多解性特点的复杂地球物理问题的可行性。（4）利用GFZ提供的由GOCE、GRACE卫星重力数据和地面重力资料联合研制的EIGEN₆C重力场模型计算了汾渭盆地及周边地区由地壳密度分布不均匀引起的剩余布格重力异常。根据剩余布格重力异常通过粒子群算法反演得到该地区三维地壳密度分布。结果表明：该地区同一水平层地壳密度呈现西北高，东南低且由西北至东南方向依次递减的特点，汾渭盆地密度低于周边秦岭、黄土高原密度；地壳密度横向分布与剩余布格重力异常有关，能很好的反映剩余布格重力异常分布特征，低密度梯度带对应剩余布格重力异常高值区，高密度梯度带对应剩余布格重力异常低值区；反演结果和Crust1.0模型提供的结果能较好的吻合，但上地壳华北平原处的地壳密度存在较大偏差。