近几年，磁梯度张量测量逐渐成为磁测技术的研究热点。美国、德国、澳大利亚等国家相继研制出一系列磁梯度张量探测仪器系统，并开展了大量野外试验。相比与其他传统磁测方法，磁梯度张量测量有比较突出的优势，甚至被认为是磁法勘探的下一次突破。因此，在大力发展磁梯度张量探测仪器系统的同时，研究与之对应的新的数据处理及解释方法也越来越受到重视。我国的磁梯度张量测量技术属于起步阶段，所以相关理论的研究更加迫切，这也正是本文的研究目的和意义。根据静磁场理论，运用数学工具由已知磁性体求出磁场的分布，这一过程称为正演，它是进行磁测数据解释的基础。本文首先从基本理论着手研究，简单介绍了磁法勘探的原理，重点分析磁梯度张量探测的原理；然后，分别对几种典型的基本场源模型计算其磁梯度张量，获得各自对应的平面等值线图，实现模型的磁梯度张量正演；最后，分析磁梯度张量各元素的数据特点，并总结磁梯度张量测量方法的优势，也指出这种方法目前实际应用存在的难题；这部分研究工作是全文的基础。将测量数据转换到不同假想高度的过程称为延拓。磁测数据的延拓是一种比较重要的磁法数据处理方法。可以根据不同的需求，对磁测数据进行向上延拓或者向下延拓。磁梯度张量满足延拓所需条件，因此可以进行延拓处理。本文通过对磁梯度张量数据进行向上延拓，压制浅部磁异常干扰，获取深部目标体信息，在一定程度上弥补了梯度张量测量对深部磁异常压制的缺陷；并利用目前向下延拓效果较好的迭代法进行向下延拓，在发挥磁梯度张量测量分离叠加异常优势的基础上，进一步提高其对多个相邻目标的分辨率，获取比较接近真实情况的目标分布信息；最后对比研究两种延拓处理方法的精度，确保其在实际数据处理中应用的可靠性。绝大多数的势场数据解释只有一个场量，例如总场强度。但是磁梯度张量中有五个独立的元素可以用于数据反演解释。作为一种不同于传统磁法勘探的地球物理方法，磁梯度张量测量会有很多特有的数据解释方法。本文主要针对特征值分析和解析信号法两种磁梯度张量数据解释方法进行了比较深入的研究。首先，分析特征值分析法的数学原理，研究其在磁异常目标结构确定中的应用；利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立磁异常模型，检验磁梯度张量特征值在确定目标体几何维度中的作用，证明通过梯度张量矩阵的三个特征值间关系可以准确得到磁异常的维度信息；其次，介绍了磁梯度张量的解析信号法，利用总场强度和三个解析信号的模值可以准确得到目标体的位置信息；并且定位过程中受磁化方向影响较小，可以更好地描述目标的边界；最后，利用点偶极子和线偶极子模型验证这种定位方法，并计算定位精度，证明其可靠性。