高密度电阻率法和浅层地震法属浅地表地球物理方法,这两种方法技术成熟,勘探精度较高,在水、工、环勘察领域中得到广泛的应用。然而单一地球物理方法反演中所固有的多解性问题一直以来是困扰人们的一大难题,往往影响其勘探效果;此外,地球物理反演中的线性化算法也是影响反演精度的主要原因之一。理论和实践表明,采用综合物探方法,研究建立非线性联合反演理论是解决上述问题行之有效的途径,也是目前地球物理反演理论研究中的热点课题。本文首先在系统分析高密度电阻率法和浅层地震法的原理、方法及其正演理论的基础上,建立了二者组合而成的首个二维电震联合反演目标函数,实现电阻率、弹性波速和介质密度的同步拟合反演,可有效的降低单一方法反演中的多解性。其中,高密度电阻率法正演遵循特里普建立的点源二维地电体模型,在给定电阻率二维分布函数条件下,利用傅里叶(Fourier)变换方法,将三维稳定电流场所满足的电位偏微分方程转化为求解带波数参量的二维偏微分方程,利用有限单元法将其转化成代数方程,求解波数域中的电位数值解,再由傅里叶反变换方式求得空间域的电位正演模拟数值解;浅层地震法的正演理论以波动方程理论为基础,利用有限差分法推出其全波列离散表达式,针对传统空间二阶差分法模拟精度较低的问题,导出了空间十阶精度的差分方程式,加入吸收边界条件,并引进通量校正技术(FCT)来压制数值频散现象,从而有效提高了其全波列正演数值模拟精度。其次,在分析现有非线性反演算法不足的基础上,首次引入了非线性算法中公认的性能较好的仿生智能算法—差分进化算法(Differential Evolution),用于求解本文所建立的电震联合反演目标函数。该算法是一种启发式全局搜索的非线性算法,它的基本原理为:遵循生物界优胜劣汰的原理,利用种群中个体间的合作与竞争进行智能指导搜索最优解,具有鲁棒性强和并行性等优点,可最大限度的避免局部最优解的出现,有利于提高其反演精度。针对上述所构建的二维电震联合反演理论,在Matlab平台上编制出相应的非线性反演软件,通过对理论模型试算结果的对比分析,选定适合于该反演算法的最佳组合参数。利用所开发的反演软件系统对几种典型理论模型进行反演验证,均取得了很好的反演效果。此外,将研究成果用于河北张家口市区某工程场地地震安全性评价项目中,对高密度电阻率法和浅层地震法资料进行了电震联合反演解释,钻探资料表明:基于差分进化算法所建立的高密度电阻率法和浅层地震法非线性联合反演方法既有效降低或避免了单一方法反演中的多解性,又提高了其反演精度。课题研究成果大大提供了地球物理非线性联合反演解释水平,并具有重要的理论意义和实用价值。