随钻电磁波测井是勘探开发油气田和其他矿藏的常用方法之一,它具有高效、实时等优点,而且在泥浆原液侵入地层之前或侵入很浅时就获取测井资料,对地层的描述更准确。本文研究的是随钻电磁波测井的正演问题,给定地层模型参数和激励源,通过时域有限差分方法(FDTD)来研究电磁波在复杂介质中的传播问题并定量的给出随钻电磁波测井仪器的响应。随钻电磁波测井的正演为测井资料的反演和测井仪器参数的优化提供了重要依据。FDTD是一种通过时域求解麦克斯韦方程组来研究电磁波传播特性的数值计算方法,它通过对电场分量和磁场分量进行时间和空间上的交替抽样离散来将麦克斯韦旋度方程转化为一组差分方程,从而得到电磁场的递推过程。受限于数值色散和数值稳定性,FDTD的空间和时间步长不能取得太长,因此采用FDTD计算精细结构问题或电大问题是非常耗时的。FDTD算法具有天然的数据并行性,采用并行FDTD可以缩短仿真时间并且容易实现。基于网络设备的并行FDTD算法受限于网络速度和成本,性价比较低。计算统一设备(CUDA)的出现使得基于图形处理器(GPU)的并行程序的开发较为容易,而且计算速度较高。本文阐述了三维圆柱坐标系非均匀网格FDTD算法的基本原理及相关重点,研究了CUDA模型下的软硬件环境及编程模型,首次实现了基于GPU的三维圆柱坐标系非均匀网格FDTD并行算法,为随钻电磁波测井的研究提供了高速有效的仿真工具。本文完成的主要工作如下：1.高速仿真平台的搭建。本文首次实现了基于GPU的三维圆柱坐标系非均匀网格FDTD并行算法。为了更好的构造钻铤及线圈结构,本文采用三维圆柱坐标系FDTD来研究随钻电磁波测井仪器,并且在r方向上采用非均匀网格来减少内存需求。本文推导了三维圆柱坐标系非均匀网格FDTD的基本算法及全空间扩展的UPML-FDTD递推公式。在实现基于GPU的FDTD并行算法时,采用CPU与GPU协同工作的异构架构,将繁重的计算任务交给GPU执行,CPU负责逻辑判断与控制等。根据CUDA线程结构的特点,采用二维线程块对应三维计算空间。并采用了共享存储器和纹理存储器以及合理的内存对齐方法来对程序进行优化,以减少存储器访问延迟,提高程序效率。由此我们建立了一个高速有效的计算平台来研究随钻电磁波测井问题。2.随钻电磁波测井的仿真及结果分析。利用已实现的计算平台对非均匀地层情况下普通测井仪器、等源距补偿仪器和不等源距补偿仪器进行数值建模分析,仿真后得到三种仪器的响应及补偿曲线。重点分析了地层的非均匀性对井眼补偿误差及两种补偿仪器补偿曲线的影响,对地层分析以及测井资料的解释提供了重要的理论指导意义。3.井下双层介质介电常数的测量系统的设计。本文设计了一个测量井下双层介质介电常数的测量系统,采用开路同轴线做探头,将开路同轴线终端及被测介质视为并联的电容,扫频信号发生器产生高频信号,经开路同轴线终端进入被测介质,测得开路终端的反射系数,由此计算得出双层介质的介电常数。根据探头的构造,采用四种盐水作为定标介质来对探头系统进行定标,可以有效的校正误差,提高测量精度。