时域电磁法是一种基于电磁感应原理的物探方法,在矿产资源探测、地质灾害勘察、环境监测等领域得到了广泛应用,尤其在对地面500米以下金属矿产资源的勘探中发挥着重要作用。其中,铅、锌、银等均是重要的工业材料,主要以硫化物的形式存在,在交变电磁场激励下,常表现出极化效应。极化效应在时域电磁响应中表现为电磁信号快速衰减到零、并呈现反号现象,晚期信号极其微弱。实际应用中,由于传统测量系统多采用感应线圈为前端传感器,线圈的带宽和灵敏度互限,导致测量系统不能有效、准确测量感应-极化效应。针对时域电磁探测时感应和极化效应识别、分离、测量都非常困难等问题,在吉林省科技支撑计划重点科技攻关项目“基于SQUID的磁极化-感应双场联合探测关键技术研究”,超导量子器件前沿应用探索子课题“低温超导瞬变电磁系统研制”等项目的资助下,本着理论与实践相结合的研究思路,论文深入研究了极化介质的磁源感应-极化响应数值模拟、极化效应识别和分离、感应-极化效应的测量方法。主要创新性工作如下:(1)针对时域电磁探测感应和极化效应分离难的问题,基于Debye模型的低频近似理论,采用频率域三维有限差分方法实现了电磁感应-极化响应数值模拟,分析了典型异常体的感应-极化响应特征,讨论了测量系统的工作参数等因素引起的非极化效应的反号现象,为准确认识和识别地下介质产生的极化效应提供了理论基础;(2)在分析时域电磁感应-极化响应特征的基础上,针对中、高阻异常目标体的感应和极化响应可以近似独立的特性,提出负值拟合补偿法,提取表征极化信息的时间常数,实现感应-极化信号的分离,有效地延长了感应信号的衰减时间;(3)针对实际时域电磁感应-极化效应的特征复杂、幅值极其微弱、难以准确测量等问题,利用低噪声大动态范围采集、电磁兼容等技术,研制了基于低温SQUID的高精度时域电磁感应-极化效应的测量系统,达到了7.5fT/√Hz@10kHz的测量精度,在强人文电磁干扰环境下,实现了低温SQUID磁传感器稳定工作;(4)采用自主研制的低温超导感应-极化测量系统,在上海市横沙岛、上海市内和内蒙古桃合木等地进行了野外实验,在强干扰环境中完成了测量系统的抗干扰性测试,在低阻地区实现了300ms磁场数据有效测量,在多金属矿极化区,国内首次成功测量到了fT量级感应-极化效应的磁场信号,并进行了异常环实验,验证了测量系统的稳定性和可靠性。论文的主要研究成果,有效地分离时域电磁探测中的感应-极化效应,提取地下介质的导电和极化信息,为感应-极化的多参数反演提供了理论基础。研制的基于低温超导传感器的感应-极化测量系统,一方面为研究感应-极化效应产生的机理提供新的测量装备,另一方面为实现地下第二深度空间的金属矿探测提供了技术保障。