瞬变电磁法自上世纪80年代开始迅猛发展,现在已经在能源、矿产、工程等各个方面被广泛应用。目前,在实际工作中瞬变电磁数据的反演解释主要还是集中在一维进行,二维和三维的反演处理方法因为计算量大、效率受限等问题导致在实际中应用得较少。但是对于实际探测中存在的复杂环境干扰和探测目标的复杂变化,一维的处理和解释已经不能满足实际需求,迫切需要更高精度和效率的高维正反演技术。本文从时间域麦克斯韦方程组开始,详细推导了交错网格情况下的有限差分离散形式。与频域方法相比,时域有限差分算法直接离散Maxwell方程,其原理简单直观,一次迭代计算可以得到不同空间位置的电场和磁场分量的响应,比较适合并行运算。在通过计算半空间磁偶极子的响应,并与前人的结果进行对比后,验证了算法的可靠性。然后设置包含高阻和低阻异常的模型进行验证,确认了瞬变电磁对于低阻体的敏感性;并在之后通过对于层状地层响应的讨论确定穿透深度对于模型设计和时窗选择具有重要的指导意义。同时,设计在横向上存在电阻率分布差异的模型,并分析其瞬变电磁响应特征。通过设计包含巷道和异常体的模型,并将观测系统放置于巷道之中,模拟在巷道或隧道中进行侧方探测和超前探测的情况。在对响应曲线进行分析后,确认了当巷道中存在铁轨、钢架支护等低阻干扰时会对探测产生什么影响,并对消除此低阻干扰的方案进行分析,为之后的反演与解释提供理论依据。最后,通过高斯牛顿反演方法对正演数据进行反演处理。在一、二维反演测试确定了反演算法的可靠性后,对模拟的超前探测和侧方探测数据进行反演处理。在对实际数据进行处理时提出了一种校正方法,消除由于实际探测时由于各个观测点所处环境不同导致的观测数据在横向上出现的差异,将校正后的数据进行反演得到的结果与实际地质情况对比发现是相对应的,说明校正方法和反演算法都是有效且可靠的。