在实际勘探中,瞬变电磁勘探晚期数据常出现负值(反号)现象,已有的研究认为负值响应受激电效应的影响。同时,考虑到三维模型更符合实际地下情况,而当前实测数据的处理解释缺乏实用化的瞬变电磁三维正反演技术,因此本文选择在三维正演中加入激电效应,进行考虑激电效应的瞬变电磁三维正演和无激电效应的瞬变电磁三维反演研究。为了提高计算效率,避免将频率域响应转换为时间域响应的缺点(为了保证计算精度需要耗费大量时间计算几十个频率的响应,尤其是多源情况下耗时量更大),三维正演采用时域有限差分法,直接在时间域中开展瞬变电磁三维正演模拟。激励源采用经开关函数处理过的梯形波,发射线圈放置于剖分网格的棱边上,以无源媒质中的麦克斯韦方程组为基础,采用时域有限差分法推导了无源媒质中麦克斯韦方程组的差分离散形式,再进一步推导出有源媒质中麦克斯韦方程组的差分离散形式,完成无激电效应的瞬变电磁三维正演。建立均匀半空间模型,与国外成熟的Aarhus Inv程序响应结果对比,验证了三维正演算法的正确性。为了在上述时域有限差分法三维正演计算中考虑激电效应,需要使用时域Cole-Cole模型。将频域Cole-Cole模型经拉普拉斯变换到时域后,采用数值滤波算法和解析解方法(频率相关系数取特殊值)可得到时域Cole-Cole模型的两种解:数值滤波解和解析解。将两种时域Cole-Cole模型表达式引入到三维正演中,实现了考虑激电效应的时间域瞬变电磁三维正演。建立均匀半空间激电模型,将三维响应与Aarhus Inv程序的计算结果进行对比,验证考虑激电效应的时间域瞬变电磁三维正演算法的正确性。三维反演工作,采用正则化约束的目标函数和有限内存拟牛顿(L-BFGS)算法。在反演过程中,雅可比矩阵的求解最为重要,研究中使用电磁偏移成像方法直接快速求取目标函数的梯度,避免了计算和存储时域雅可比矩阵。得到时间域雅可比矩阵(目标函数的梯度)后,采用L-BFGS反演流程更新迭代电阻率模型,基于Fortran语言编写了无激电效应的时域瞬变电磁三维反演程序,理论模型合成数据的三维反演算例结果表明,程序还需进一步调试及修改。