近十年来,海洋可控源电磁法因具有成本低、探测精度高等优点而被广泛用于海洋地质结构、资源勘探。如今,海洋电磁勘探测仪器的快速发展,极大提高了数据的质量和采集的效率,使得三维密集测量布局成为了获取海洋电磁数据的常规方法。全面的数据覆盖能够有效增强地下三维结构的成像分辨率以及减少相应的模糊性。然而,随着勘探难度的加大,对于复杂海洋地质条件下的海洋电磁数据解析方法技术的需求日益增长。例如处理复杂条件下的海洋电磁三维正反演算法。显然,目前对于复杂介质条件下的海洋电磁数据处理和解析技术的发展相对滞后。目前国内外的海洋可控源电磁正演大多基于介质的电导率各向同性的单一特性,忽略了介质各向异性、以及岩石的物理结构参数的影响。同时海洋可控源电磁三维反演的稳定性和效率有待进一步提高,并且大多忽略介质电导率各向异性的影响,这往往会导致解释出现偏差,同时,目前反演大多采用的是规则网格进行反演,对于复杂的地下地质结构的几何特征的反映,显然是不足的。为了解决以上所提到的问题,本文开展了电导率各向同性和各向异性介质条件下的海洋可控源电磁三维数值模拟研究,并详细分析了电导率各向异性、岩石的结构参数等对海洋电磁响应的影响。同时,采用非结构化网格开展了电导率各向异性条件下的海洋可控源电磁数据三维反演研究,并讨论了电导率各向异性、地形条件下的反演效果。本论文首先分别从总场和二次场的海洋可控源电磁控制方程出发,采用矢量有限单元法实现了电导率主轴各向异性的海洋可控源电磁三维数值模拟。采用非结构化网格对模型区域进行剖分,有利于构建复杂的地质模型。为了提高求解方程组的效率,采用开源的并行直接求解器MUMPS对矢量有限元线性方程组进行了求解。并引入微增等效介质模型来研究在电导率各向同性介质条件下,部分岩石物理结构参数对电导率及海洋电磁响应的影响。同时也分析了主轴各向异性介质条件下的海洋可控源电磁响应特征。接着,从基于库伦势规范约束的矢量-标量位所满足的二次场控制方程出发,采用非结构网格节点有限单元法开展了电导率任意各向异性条件下的海洋可控源电磁三维数值模拟研究。应用基于不完全LU分解的IDR迭代算法对所形成的节点有限元线性方程组进行求解,进一步提高了求解效率.采用滑动平均最小二乘算法对矢量位和标量位进行求导,有效地提高了计算精度。并分析了电导率任意各向异性对于海洋电磁响应的影响。反演研究中,采用不精确迭代的高斯牛顿法实现了电导率VTI各向异性条件下的海洋可控源电磁三维反演研究。我们采用拟正演的方式实现雅可比矩阵及转置与向量的计算,可以有效避免显示计算和存储雅可比矩阵,从而节省了计算时间和存储空间。正演和反演部分均采用非结构化网格,因此可以模拟任意的起伏地形和复杂地质体,并且我们采用正演和反演网格分离的策略,通过计算两套网格的重合体积部分,来实现两套网格参数之间的传递,能够有效减少反演的不确定性,又不失正演计算的精度。同时,为了减少反演的计算时间,我们对正演和反演关键部分均采用了并行化处理。海洋可控源电磁合成数据的三维反演结果表明,本文所开发的电导率VTI各向异性的海洋可控源电磁三维反演算法是可靠的,有效的。