重震联合反演是地球物理中揭示地下地质构造分布的重要手段之一。传统方法依赖速度—密度经验关系构建剪切波速度模型与密度模型之间的联系,从而提高模型的分辨率。然而,在地质构造复杂区域,经验关系往往不再适用,限制了该方法的应用范围。为克服上述问题,本研究提出一种在球坐标系下结合面波反演与高斯-勒让德重力积分方法,引入交叉梯度约束的重震联合反演策略,通过独立反演与交叉梯度结构约束的交替迭代,实现对多物理参数模型的结构一致性约束,从而进一步提升反演分辨率。 为验证基于经验公式约束的重震联合反演方法的有效性,首先开展粤港澳大湾区三维剪切波模型的反演研究。实验结果表明,与单独反演方法所得模型相比,基于经验公式约束的重震联合反演方法得到的模型约束更强且分辨率更高。结果显示在浅层地壳0-20km深度下,大湾区的珠江三角洲下游以三水盆地为中心呈现大面积显著低速异常,其可能与断裂发育区下方厚层松散沉积物及破碎流动物质有关;在30 km深度,广州和佛山地区出现的南北向高速异常与该地区主要断裂构造的走向具有良好对应关系;在40 km深度,以恩平—开平断裂带、瘦狗岭断裂带和五华—深圳断裂带为界,其南侧区域呈现出大范围高速异常,推测与地幔高密度物质上涌及莫霍面上抬的共同作用有关。 基于经验公式约束的重震联合反演方法,本研究进一步引入交叉梯度约束,将其应用于南海及周边地区,构建岩石圈尺度的三维剪切波速度与密度模型。结果表明,反演模型与南海及周边地区的地质构造具有良好的对应关系。相较于基于经验公式约束的重震联合反演方法,引入交叉梯度约束的联合反演策略使南海地区速度模型与密度模型的残差平均降低约7%。最终的速度、密度模型显示:南海下方存在与南海海盆形状相对应的高速异常,在南海三维密度模型结果中尤为明显,在10~40km深度,加里曼丹岛北部的三维速度模型和密度模型均表现出低速度和低密度异常,结合前人研究,推测这一异常可能由加里曼丹岛下方残存的原始南海板片俯冲引起;垂向剖面结果显示,南海地区40~80km深度的速度模型呈现出高速异常特征,与已有研究结果相一致,这表明南海盆地下方的高速异常可能来源于南海扩张中心形成洋壳后残留的高速物质;此外,在南海海盆下方80~120km深度范围内,速度模型显示出显著的低速异常,结合前人研究,推测这一现象可能由熔融的软流圈物质引起,南海地区三维密度模型的结果也显示,在该深度范围内南海中部存在明显的低密度异常,上述结果进一步揭示了南海地球深部动力学机制。