近些年由于国民经济的需求增加,对矿产资源的开发力度也随之加大,我国浅部各类资源已急剧减少,对于矿体的寻找也逐步向深部矿、隐伏矿发展。目前,中国在成矿理论、深部探测研究等方面都取得了新进展,同时也研制了一批不同种类的地质勘探仪器装备,并在实际应用中取得了显著效果,在之前的地质勘查分析方法基础上进行了革新,完善了多种勘探技术体系。而电磁方法也越来越广泛的应用于各类资源的勘探中。地空瞬变电磁法作为一种重要的电磁勘探手段越来越受到重视,其工作原理是在地面发射、空中利用无人机作为运载工具进行信号的采集,在断开发射机供电电流时,观测二次电磁场随时间的衰减规律,根据物性差异推断地下各种物质的分布情况,进而解决各类地质问题。该方法能够克服特殊地形造成的难以施工等众多不利因素,具有成本低、勘探速度快、适用大面积勘测、通用性较好等优点,在地下深部目标体以及相对低阻覆盖区的探测方面也有着巨大优势。目前,该方法已广泛应用于矿产勘探、煤层采空区探测、地层划分、隧道超前预报等领域。然而,瞬变电磁法探测目前在发射波形上仅采用单脉冲波形,由于探测时的辐射脉冲单一,仅能对同一尺度下的异常体进行分辨。而单一脉冲的探测方法,由于缺少必要的谐波成分,导致探测分辨率不足、探测任务遇到瓶颈,对目前现有的辐射源探测能力提出挑战。针对于单脉冲波形存在的问题,引入一种分辨力强,辐射利用效率高的瞬变电磁探测方法即将传统的单脉冲波形改为采用微分脉冲作为激发脉冲。而微分脉冲作为激发脉冲的优点在于脉冲的有效谐波成分只存在于脉冲的主频附近,辐射的主要能量被集中在主频率附近,且频谱中没有低频项成分,探测分辨力比传统脉冲的分辨能力更好。同时发射多组不同脉宽的微分脉冲进行扫描式探测,可以得到不同深度的地下信息,并结合相关叠加算法技术实现对地下目标的多分辨、多尺度探测。为了更好的研究微分脉冲的探测效果,由于微分脉冲是由四个阶跃波组成,因此本文首先从阶跃波的电性源地空瞬变电磁理论出发推导了微分脉冲的电性源地空瞬变电磁理论,继而对比了不同脉宽的方波与微分脉冲的频谱特征和均匀半空间下的衰减曲线特征,然后再从层状模型和三维地质体模型等两方面进行了分析与讨论。对于层状模型,设计了单层低阻层和两层低阻层等两种典型地电模型,分别发射一系列不同脉宽的方波和微分脉冲进行扫描式探测。而对于三维地质体模型,采用非结构四面体网格单元对地下目标体进行准确模拟,通过三维矢量有限元正演方法,分别发射一系列不同脉宽的方波和微分脉冲,分析了发射电流关断后地下不同尺度的异常体模型二次电磁场分量的分布规律与成像特征。数值模拟研究成果表明,由于微分脉冲的有效谐波成分只存在于脉冲的主频附近,辐射的主要能量集中在主频附近,且频谱中没有低频项成分。因此,较于方波而言,微分脉冲能够提高二次感应场的分辨能力,具有较好的异常反映,实现了对地下目标的多分辨、多尺度探测。本文基于微分脉冲的数值模拟结果,有效地解决了单脉冲探测分辨率不足等问题,研究结果能够对以后瞬变电磁设备的设计和现场勘探工作等方面的应用给予一定程度的指导和帮助。