利用不同类型地球物理数据通过地球物理反演方法建立准确可靠的地下介质模型对我们认识地球内部结构及演化历史有着重要意义。由于不同的地球物理数据对地下模型空间的采样有限,而且对地下介质结构的敏感范围不同,导致同一地区不同的地球物理模型存在差异。但是真实的地球只有一个,为了减少地球物理反演的非唯一性,获得更加准确的地球物理模型,本论文发展了多种类型地震数据及重力数据联合反演方法,将其应用到中国不同地区进行区域成像研究。地球物理联合反演方法可以有效将不同方法的优势结合起来,从而得到统一的速度和密度模型,为地震定位、孕震发震区的结构等研究提供基础模型。具体开展了以下四个方面的工作:1)利用改进的体波走时和面波频散曲线联合反演方法构建了中国大陆区域参考速度模型。该项研究在基于面波两步法反演的体波走时和面波频散曲线联合反演算法中引入地形校正,使之能够适用于地形起伏较大的区域。基于中国大陆区域地震台网在2008年至2018年十年间记录到的体波走时数据和面波频散数据,利用改进的联合反演算法获得了中国大陆区域岩石圈地震学参考模型。为了评估模型的正确性,该研究利用流动台记录到的气枪源体波走时数据和面波频散走时数据对模型进行了验证。结果表明新的模型不仅在青藏高原下方浅部的速度结构得到了校正,而且在其他区域的准确度也得到了提高。2)发展了地震体波走时、面波频散和P波接收函数三种不同类型地震数据的联合反演方法,并通过该方法获得了华南地区更加精细的Vs速度结构。传统的体波走时和面波频散联合反演方法只能获得地下大尺度的平滑速度结构。该项研究在基于面波两步法反演的体波走时和面波频散联合反演算法基础上引入接收函数,发展了地震体波走时、面波频散和P波接收函数联合反演方法。合成测试结果表明新发展的联合反演方法相比传统方法能更加准确的恢复地下的速度结构模型。通过将该算法应用到华南地区,该研究获得了莫霍面附近精细的速度结构,并据此揭示了莫霍面附近速度跳变与构造环境之间的关系。3)发展了基于结构一致性约束的多种地震数据联合反演方法并获得了川滇地区统一的地震学参考模型。远震P波接收函数的引入使得Vs模型在莫霍面附近的速度结构得到了较好的约束,但是Vp模型没有改善。为了获得更加准确的Vp模型,该项研究发展了基于交叉梯度结构约束的体波走时、面波频散和P波接收函数联合反演方法并将其应用到了川滇地区。结果表明,通过结构一致性约束的联合反演得到的Vp和Vs模型具有更好的一致性。4)发展了地震数据和重力数据联合反演算法并获得了川滇地区统一的速度和密度结构模型。地震数据有较好的垂向分辨率,但是横向分辨率依赖于地震事件和台站的分布。重力数据深度分辨率较差,但是对密度结构横向变化敏感。考虑到两种数据对地下结构约束的差异性和互补性,该项研究基于openMP发展了并行的地震数据和重力数据联合反演系统,使得地震数据和重力数据可通过物性经验关系或者模型结构一致性对速度和密度结构进行约束。通过将该方法应用到川滇地区,获得了该地区统一的速度和密度结构模型。