随着油气资源需求不断增加以及油气勘探开发的不断深入,如何正确评价薄交互储层、裂缝以及页岩气等非常规储层,已成为亟待解决的研究课题。由于页岩、裂缝和薄交互层均是典型的各向异性储层,用常规测井技术难以同时获得地层水平、垂直电阻率以及地层倾角等信息,储层评价时往往会低估甚至漏掉有意义工业油气层。新型三维电磁感应测井技术为各向异性储层勘探和评价提供了重要的手段,然而,由于三维电磁感应测井采用三轴发射与三轴正交接收的测量方式,提供不同源距与工作频率的张量电磁资料,使得测井资料处理和解释往往涉及到三维电磁场数值模拟与反演处理问题,如何从原始的张量电磁资料测井资料中有效提取出地层纵横向电导率、侵入半径、地层倾角和方位角等有用信息仍然面临诸多难题,严重限制了三维电磁感应测井技术在国内外的推广应用。本论文主要围绕着三维电磁感应测井中遇到几个关键问题展开研究,内容包括:柱状分层各向异性介质中电磁场解析算法、水平层状非均匀各向异性介质中电场耦合势三维有限体积算法、井眼环境校正、一维多参数反演和综合数据处理,并针对我国自主研发三维电磁感应探测仪器研制开发出一套三维正演模拟与测井资料数据处理系统。首先,针对同轴倾斜发射与接收线圈系上感应电动势的计算问题,利用TE波与TM波分解技术推导出柱状多层各向异性介质中频率波数域电磁场解析表达式,得到了柱状界面上局部发射系数、广义发射系数以及振幅的计算公式,并利用样条插值实现余弦逆变换确定频率空间域中电磁场以及任意方向接收线圈上感应电动势的数值解的计算方法。并利用数值结果研究考察收发距、仪器工作频率、各向异性系数等变化对感应测井响应的影响,为仪器参数设计以及三维数值模拟结果的检验提供理论基础。为研究考察层状非均匀任意各向异性介质中三维电磁感应测井仪器响应,基于电场耦合势三维有限体积算法(3D FV),用于提高大反差情况下电磁场数值结果的稳定性。并借助电导率标准化技术研究建立了任意各向异性非均质单元中等效电导率的计算方法、Lebdev交错网格下三维耦合势Helmhotz方程以及任意方向磁偶极子的离散方法,采用不完全LU分解(ILU)与稳定双共轭梯度法(Bi-STABCG)联合对离散方程进行求解。并根据探测仪器的真实线圈系结构与参数研究考察了直井、斜井以及水平井中三维电磁感应测井仪器的响应。在上述正演模拟的基础上,为尽快地将我国自主研发三维电磁感应探测仪器应用于国内复杂油气层的勘探评价,针对该仪器的真实仪器参数以及仪器响应特征,研究出一套相对完整的测井资料数据处理方法,该方法包含井眼环境校正、视电导率与视倾角提取以及一维多参数正则化迭代反演等方法,并对相关方法在理论模型上进行了检验,取得了有效效果。最后,结合上述理论研究工作,建立了三维电磁感应测井综合化处理系统,包括原始测井数据采集输入,预处理、井眼环境校正、视值提取及一维多参数反演处理。通过模型数据和实测井资料测试验证,表明该系统可以有效获取地层水平电阻率、垂直电阻率、地层倾角、各向异性等地层参数,有效解决了薄交互储层以及各向异性地层中油气评价的问题。