近年来，随着我国对油气资源的需求飞速增长，并且浅部油气勘探技术愈发成熟，油气勘探已从过去的东部、浅部、陆相、构造油气藏向西部、深层、海相、地层油气藏转变。随着勘探目标埋藏深度的增加，地质环境和构造愈加复杂，探测难度也急剧上升。因此急需一种对高阻体更灵敏并且勘探深度大的新电磁勘探方法。随着多通道瞬变电磁法(Multi-channelTransientElectromagnetic，MTEM)在国外海洋油气储藏勘探上表现出显著优势，该方法获得了国内学者的广泛关注，相较于传统电磁方法，该方法具有对高阻体有较高的分辨率以及抗噪水平强等特点。近几年该方法在三维有限差分、二维有限元以及三维积分方程法模拟上有长足进步。但是对MTEM的三维响应特征，发射接收工作装置范围内各位置的灵敏性仍然缺乏了解。同样在MTEM数据处理解释方面，仍聚焦于一维反演与上阶跃波晚期近似直流电方法的二维反演，缺乏真正有效的多通道瞬变电磁三维反演方法。
　　本文首先开展了基于积分方程法CSEM三维正演技术研究，推导了层状半空间响应计算方法以及多种近似方法，比如Born近似、推广的Born近似、拟线性近似(QL)、准解析近似(QA)等，利用余弦变换进行频-时变换获得时间域响应，验证了程序的可靠性。
　　为明确三维复杂条件下的多通道瞬变电磁响应特征与探测效果，本文使用该正演算法进行多通道瞬变电磁三维响应分析。首先讨论了不同偏移距时，Ex场对不同深度异常体的灵敏度，通过分析可知，对埋深为h的目标体，最佳偏移距是其2到4倍勘探深度。随后讨论了不同偏移距下，记录点对不同位置目标体的脉冲响应特征，揭示了异常体产生的脉冲波峰出现的时间随着异常体深度增加而后移，峰值随着深度增加而减小的特征。最后将相同埋深不同长度的异常体产生的异常场进行对比分析，证明在整个发射机与接收机之间的区域，靠近发射机或者接收机的部分探测灵敏度强于中心点位置。
　　在明确了多通道瞬变电磁的响应特征与探测效果之后，本文借助正则化共轭梯度法进行三维反演构建，重点推导了共轭方向与迭代步长的计算方法，以及Fréchet导数计算方法。由于参与多通道瞬变电磁三维反演的模型参数与数据规模巨大，因此本文引入了常应用于航空域瞬变电磁反演中的footprint技术，并对多通道瞬变电磁法在不同偏移距时的时间域Fréchet导数进行归一化分析，总结出不同偏移距工作装置的footprint加权矩阵构建方法。
　　针对时间域电磁场三维反演计算时间过长的问题，将耗时最长的三个计算任务进行优化：其一是将正演响应计算中不同发射源相对网格剖分单元产生的背景场计算任务分配到不同核心中同时计算，同样的对不同接收机相对网格剖分单元的格林函数计算进行并行处理。其二针对频率域Fréchet导数计算，将其根据发射源的不同分解成多个计算任务进行并行化加速。其三对于Fréchet导数频-时变换部分，针对每个工作装置对所有剖分单元的频率域导数进行任务分配，使所有核心同时对频率域的Fréchet导数进行余弦变换，最终合并成时间域Fréchet导数。通过对上述各计算任务进行并行化处理，构建出并行反演流程图，完成了多通道瞬变电磁三维反演程序构建。
　　本文最后选择两个复杂模型进行三维反演分析，其一是SEG盐丘模型，该模型复杂度高，并且异常体从浅部延伸到深部，MTEM反演结果较好，对异常体深部部分有较好的反应，凸显了MTEM在探测深度上的优势。其二是高低阻组合模型，通过与传统大偏移距的CSAMT法进行对比，MTEM对高阻体的电阻率还原明显优于CSAMT法，证明MTEM法对高阻体的灵敏度明显优于传统电磁法。通过对这两个模型的反演效果，证明本论文构建的多通道瞬变电磁共轭梯度三维反演算法是有效的，并且从上阶跃波的等时曲线可以看出数据拟合较好，证明本论文的三维反演方法是稳定可靠的。