瞬变电磁(Transient Electromagnetic,TEM)信号由于其本身扩散场特性,分辨能力较弱,探测精度不高。而波动场则表现出较好的特性,对目标的分辨能力更高所谓瞬变电磁场波场变换是指,将时域低频电磁场通过数学变换转换成满足波动方程的虚拟波场,然后借助于波场中发展起来的一些较为成熟的解释方法和技术对这种计算出来的“波场”进行分析和处理,从而达到探测地下目标体,提高瞬变电磁法的分辨率和解释精度的目的本文首先推导了适用于多种电磁场分量(电场、磁场、感应电动势)的波场变换方程。由于波场变换式属于第一类Fredholm方程,由扩散场求对应的波场为不适定逆问题。考虑到共辄梯度法(Conjugate Gradient method,CG)对求解系数矩阵具有紧密簇谱的线性方程组十分有效,本文提出了一种新的预条件正则化共辄梯度法(Pre-conditioned Regularized Conjugate Gradient,PRCG)来实现扩散方程到波动方程的转换。首先,分析了积分核函数曲线特征,对几种不同离散方式进行比较,选取翠域时间窗最窄,系数矩阵条件数最小的离散方式1对方程进行离散,并构建对称正定系数矩阵;然后,将正则化算法与CG法相结合,在迭代的每一步,正则化线性系统本身用CG迭代求解。此外,正则化线性系统本身可以用SSOR预条件子进行预处理SSOR预处理有效降低了矩阵条件数,正则化改善了系数矩阵的谱特征,而CG迭代实现了全域波场计算。利用特殊子波对算法进行了验证,结果显示,波场变换解与理论解吻合很好,与RCG法及原有的PRCG法计算结果对比,证明本文算法收敛速度更快、稳定性更好利用本文设计的算法,对层状地电模型响应波场特性进行了详细分析。由G、D两层地电模型,分析了本文算法在具体参数条件下的有效分辨深度,以及对电阻率差异的敏感特性;由Q、A、H、K三层地电模型分析了层状介质的混叠干扰等影响,并给出了该算法对薄层的有效分辨能力。对含噪信号的波场变换表明,通过相应增大正则化参数,仍然可以得到非常稳定的波场变换解,证明该算法稳定、可靠,宜于实用。目前,TEM数据解释仍以单点处理为主,单点处理方法不仅造成了有效数据的浪费,而且忽视了各测点数据间的关联性。由于多孔径TEM存在类相干性,同一地质体在相邻测点上的反射回波具有较好相关性。因此,对TEM信号可以进行合成孔径成像。借鉴合成孔径聚焦超声成像技术的基本思想,本文引入“合成孔径聚焦瞬变电磁成像技术”,提出一套新的数据处理方法,即采用延时相关叠加算法,实现波束形成和多测点数据聚焦合成。在完成波场变换后,以测点为中心,相邻测点信号延时相关叠加,将传统的单点处理方式发展为多点合成方法,逐点推移、多次覆盖。由此大大提高接收线圈的孔径长度和数据的信噪比,从而提高瞬变电磁法的分辨率和解释精度。利用不同层状模型对合成孔径聚焦瞬变电磁成像理论及其方法和算法进行了验证,结果表明,该方法能够有效抑制噪声干扰,突出异常,提高瞬变电磁法对电性界面的分辨能力。对实测数据分析表明,利用瞬变电磁场波场变换与合成孔径聚焦处理能够实现对低阻矿体区成像,对低阻异常区电性界面反映较好,与电阻率反演断面图相比分辨率较高。