现如今,深部探测对地球物理勘探的要求越来越高,传统的数据解释方法亟需做出相应的改变以及创新。目前瞬变电磁（Transient Electromagnetic,简称TEM）的主要解释方法是给出地下介质的电阻率信息,对地质界面及构造特征的刻画较弱。针对这一问题,本文首先以多分辨的TEM扩散场数据为基础、然后计算其对应的虚拟波场,最后使用有限差分技术实现多分辨的叠前偏移成像,进而给出一套完整的成像技术系统。对于瞬变电磁三维正演,本文分别从提高计算效率以及改善分辨率两个方面进行创新。在不考虑发射波形的情况下,OFF-TIME期间的瞬变电磁响应可以写成一个一阶常微分线性方程组。传统的求解思路是用差分代替微分,在整个求解过程中需要多次分解系数矩阵与矩阵回代,计算效率较低。对于直接求解器,本文引入SAI-Krylov子空间技术,求解效率得到极大的提升。但是直接法对内存的需求会随着网格数的增长呈指数增大,因此有必要开发基于迭代法的Krylov子空间技术。因为系数矩阵的阶数太大,且稀疏性很强,因此可以使用预处理共轭梯度法构建Krylov子空间的基向量矩阵。通过将共轭梯度法与Krylov子空间技术结合,并给出最优化参数的选择依据,可以较好地解决大规模网格的三维正演问题。但是当子空间的阶数过大时,依然会对上述的求解策略带来巨大挑战。所以,本文引入一种基于自适应时间残差的重启多项式Krylov子空间迭代算法（Adaptive Residual-Time Restarting Polynomial Krylov）。该算法基于一个可靠的残差停止准则以及启动机制,可以有效解决大规模网格的正演问题。另一方面,传统的瞬变电磁探测以方波为主,该波形的低频谐波较多,使得瞬变电磁的探测分辨率有待进一步提高。本文使用微分脉冲作为发射波形,该波形不受低频谐波的影响,有效的频率谐波集中在主频附近,可以有效提高瞬变电磁的探测分辨率。并且不同脉宽的微分脉冲的主频不同,而不同的主频又对应不同的探测深度,因此在野外探测中,可以发射多组不同脉宽的微分脉冲,从而实现由浅至深的瞬变电磁高质量成像。在得到瞬变电磁扩散场后,可以进一步计算虚拟波场来提高探测分辨率。众所周知,瞬变电磁虚拟波场的求解属于严重的不适定问题,使用传统的求解算法很难得到稳定、准确的虚拟波场。针对此难题,本文采用精细积分法求解虚拟波场,该方法大大降低了解决病态线性方程组的难度。通过将一个高度病态线性方程组的求解转化为求积分的过程,积分步长以2的指数增加,不仅可以确保准确度,且效率极高。在此基础上,本文基于范数均衡思想,在计算虚拟波场之前先对系数矩阵预处理,该策略可以有效地优化求解过程,改善虚拟波场的准确性。并且研究了虚拟时间与扩散场时间之间的对应关系,离散点数以及最优化精细积分法步长的选取准则。并通过设定合理的终止迭代条件,使该方法的普适性进一步提高。典型地电模型数值结果表明,此方法不仅保真性高、分辨力强,而且抗噪性也较好。此外,本文方法在计算效率方面比预条件正则化共轭梯度法（Preconditioned Regularization Conjugate Gradients Method,PRCG）提升了4倍左右,相对误差在5%以内,而PRCG的最大相对误差可达40%-50%,精度最高可提升10倍;在分辨率与稳定性方面,也表现出较好的效果。为了进一步提高分辨率,本文引入多窗口扫时波场反变换技术。在求解虚拟波场时,小的扫时窗口可以有效提取浅部异常体的信息,而大的扫时窗口可以有效提取深部异常体的信息。通过相关叠加不同扫时窗口内的虚拟波场,即可得到由浅至深的界面信息。在得到瞬变电磁虚拟波场后,可引入叠前偏移成像技术得到地质目标体的构造特征。有限差分偏移成像方法因其可以较好地适应强横向速度变化模型,在地震勘探领域有着举足轻重的地位,因此本文引入有限差分技术进行偏移成像。为了获得只含有地层反射波的虚拟波场,需要先消除直达波。然后本文基于时间域波动方程,对上行波的一级近似方程反向外推,得到时间-空间域的波场递推公式。求解出地下空间的波场后,使用反褶积技术削弱波形展宽效应,提高对地质界面的纵向分辨率,从而获得较为准确的地质界面的深度信息。最后通过典型的三维地质模型与野外数据对本文方法进行验证,偏移成像的结果与已知的地质资料吻合较好,验证了有限差分偏移成像方法在识别电性界面以及地层特征方面的可行性。