时间域航空电磁勘探可以广泛应用在矿产资源勘查、油气和水文地质调查以及环境监测等领域。针对一些湖泊、沼泽等地面物探难以开展的区域,时间域航空电磁勘探有着较大的优势。为了准确获得地下介质的电性特征,需要对时间域航空电磁数据做反演解释。随着计算机性能的提升,高维反演成为目前的研究热点,但是由于时间域航空电磁数据量巨大,高维反演计算成本太大,目前尚未在实际生产中应用。因此,在地下解释成像的实用化算法研究中,一维反演方法仍然是一类重要的、值得研究的反演成像技术。时间域航空电磁数据采用全时连续采样,数据密度大,测点间距小;在大部分地质环境中,尤其是沉积地质环境,相邻测点间物性变化较小;时间域航空电磁采集的数据信号弱,容易受外部电磁噪声的影响,仅对采集的数据进行反演计算,而不对反演的模型进行约束,很难获得准确的反演结果。因此,利用采集的数据的空间位置信息,建立相邻测点间的空间约束关系,并将其应用于时间域航空电磁反演的模型约束,有着重大的应用价值。本文主要研究时间域航空电磁拟三维反演。从拟二维反演方法入手,研究垂向粗糙度约束、横向粗糙度约束以及先验信息约束对反演的影响,然后将拟二维反演扩展到三维空间,研究基于空间约束的拟三维反演方法。具体来说,本文分为以下几个方面的研究内容:（1）时间域航空电磁一维和三维正演方法研究。对于一维正演,采用汉克尔变换计算出均匀层状介质中心回线源的频率电磁响应,再利用G-S变换计算出时间域航空电磁的一维正演响应。对于三维正演,采用拟态离散化方法,对Maxwell方程组进行离散化,获得正演求解公式。通过计算均匀半空间和三层模型的正演响应,本文使用的一维和三维正演程序与免费软件EMMA的计算结果比较吻合,相对误差均小于5%,可以应用到反演方法研究中。（2）基于横向和垂向粗糙度约束的拟二维反演方法。在时间域航空电磁反演中,同时使用横线和垂向粗糙度约束的一维反演,其反演结果为二维剖面,是一种拟二维反演方法。然而,拟二维反演是同时对多个测点的数据进行反演,计算时间受测点数量影响较大。针对拟二维反演计算时间较长的问题,本文提出了一种横向分段组合约束反演策略。首先,对测线上的测点数据进行分段;然后对每一段数据同时使用横向和垂向粗糙度约束,并且在数据段之间使用横向先验信息约束;最后对每一段数据依次进行反演。该反演方案通过分段的方式减少拟二维反演的计算时间,而横向和垂向粗糙度约束能够保证反演结果有较高的精度,横向先验信息约束能够消除段与段之间的不连续性,可以有效应处理实际的野外勘探数据。本文所提出的反演方法通过构建测线上测点间的横向约束关系,结合单个测点内模型参数之间的垂向粗糙度约束,不仅具有较高的计算精度,而且能够加快反演收敛速度。（3）基于空间约束的拟三维反演方法。由于没有相邻测线上测点的约束关系,拟二维反演的计算结果在三维空间中连续性较差。本文通过Delaunay三角剖分建立空间约束关系。为了减少反演的计算时间,采用分区域计算策略,同时使用修改后的先验信息约束和二次反演减少分区计算所产生的误差。通过对模拟和实测数据的反演结果分析发现,同时使用垂向粗糙度约束、空间约束和先验信息约束,其反演结果不论在测线方向上,还是在深度方向上都具有较好的连续性,地质体的边界轮廓较为清晰准确,与地质背景资料相吻合,能够有效处理实测航空电磁数据。与拟二维的反演结果对比可以发现,拟三维反演的计算结果比拟二维的更加准确,也更加吻合地质背景资料。当然,和拟二维反演相比,拟三维反演方法的计算时间较长。