电极作为常用的大地电场传感器,其性能的好坏直接决定着观测数据的精确度与可信度。在使用天然场源的地球物理勘探方法（如MT、AMT等）中,由于天然场源的微弱性,电极自身电位差的大小以及其电位的稳定性,对最终反演结果的准确度与可靠度起着极大的影响。而对于长周期大地电磁观测,由于电极需要长期埋置在地下,随着时间的增长,电极内部电解质会逐渐流失,外界土壤中的杂质也会逐渐扩散到电极的内部。电解质浓度的降低和杂质的进入,会导致电极内部环境发生变化,从而影响电位差的大小以及电位的稳定性。除以上因素外,环境的温度和压强等外部因素会影响电极的反应速率,从而影响电极的性能。针对目前常用电极存在的电位稳定性能差、使用寿命短等问题,论文通过研究电极的工作机理和极差产生的原因,为提高固体不极化电极的性能,以及制作新型Pb-Pb Cl₂固体不极化电极提供支持。论文依托国家863计划重大项目“深地资源勘查技术”“长周期分布式大地电磁观测系统”（2014AA06A612）以及地球勘探与信息技术教育部重点实验室开放基金“固体不极化电极的研究”,在前人的研究基础上,开展了大量对比实验,研究电极极差及电位稳定性的影响因素。从实验方案的制定、实验模型材料的选取、实验电极的制备、电极的测试、实验数据的采集、处理及成图解释等方面深入研究,提升了电极的性能,主要工作和成果包括:1)在前人的研究基础上,分析了电极极化产生的原因和影响因素,完成了多层结构电极理论使用寿命公式的推导和验证,从理论上阐明了多层结构固体不极化电极的可行性,为后续制备高稳定性能的多层结构固体不极化电极提供理论支持。2)基于前人的研究成果,结合固体不极化电极的野外使用经验,对电极材料、壳体尺寸、铅丝表面积、电解质等参数进行了深入的研究。通过控制变量的方法,制作了多组电极进行对比,分析了电极设计过程中各参数对电极性能的影响机理,为电极性能的提升提供了实验支持。3)设计制作了多层结构不极化电极,分析了多层结构固体不极化电极相比于传统单层结构固体不极化电极的优势。为解决电极电解质易脱落的问题,设计制作了多层结构凝胶不极化电极,分析了使用琼脂糖作为电解质填充物的凝胶不极化电极相比于使用高岭土或者石膏作为电解质填充物的传统固体不极化电极的优缺点。在电极的电位稳定性、温度响应特性以及野外实际采集数据质量三个方面,与现有常用固体不极化电极进行对比。论证了多层结构固体不极化电极以及多层结构凝胶不极化电极进行野外实际测量的可行性,为长寿命、高稳定性固体不极化电极进一步的研究提供理论指导。