回线源瞬变电磁法(TEM)是近地表勘探方法中非常重要的成员之一，在资源、环境、工程等探测领域具有广泛的应用和发展潜力。反演是TEM资料解释过程中非常重要的环节，目前国内回线源TEM的主要反演方法依然停留在一维反演阶段。然而一些学者研究表明，对于复杂电阻率结构，一维反演可能带来很明显的虚假构造。国外虽然有回线源TEM相关的三维反演方法，但是其主要基于隐式时域有限差分法(FDTD)。因此本文首先发展了一种基于显式FDTD的TEM正演新方法，然后在其基础上，分别发展了一种2.5维和三维反演方法。　　目前经典的显式FDTD正演方法基于修改的DuFort-Frankel格式，并采用向上延拓边界条件(UCBC)处理地面-空气边界。该方法成功避开了在模型中引入空气层，保证了较高的计算效率。然而该方法也存在一些缺陷:(1)并行效率不高，应对大模型比较吃力;(2)不能处理起伏地表模型;(3)不能直接对激励源在时间上进行离散化。针对这些问题，本文提出将空气层引入模型中进行计算，取代传统的UCBC，并在空气层中设置适当的电导率以及根据扩散时间实时调整空气中的介电常数，以确保时间步长足够长。新方法不仅具有很高的并行效率，能够模拟起伏地表模型，而且时间步长相对原来的方法并没有减小太多，在多核计算机上的整体运行效率也得到了很大提高。引入空气层之后，利用具有一定宽度的高斯函数替代狄拉克函数，利用高斯函数的积分形式替代阶跃函数以分别模拟TEM脉冲响应与阶跃响应。最后通过数值计算验证了本文新方法的正确性。2.5维正演是三维正演的一种简化，其关键在于Fourier逆变换时波数选取方法。本文针对目前波数选取方法的不足，提出了一种自适应波数选取方法。数值计算表明，自适应波数选取方法能很好的根据地下电阻率结构选取合适的波数进行Fourier逆变换。　　本文采用Occam反演方法进行反演，利用格林函数互易定理计算敏感度矩阵并进行存储。2.5维反演在模型空间中进行，相应的模型粗糙度矩阵通常采用Laplacian算子的离散形式。由于该粗糙度矩阵在模型边界处没有定义，因此本文发展了一种新的粗糙度矩阵定义方法，不仅在边界处有定义，而且能更好的利用周围的点进行光滑约束。三维反演则是在数据空间中进行，能大大降低方程组的维度。数据空间反演的一个难点在于先验模型协方差矩阵与敏感度矩阵乘积的计算。根据协方差矩阵的特性，本文发现其只需要存储其中的一行并且可以进行截断。因此本文采取直接存储模型协方差矩阵然后与敏感度矩阵的转置相乘的方法，避开了求解扩散方程这一过程，而且所需要的存储实际上极其微小，计算速度也比较快。人工拟合数据的2.5维反演结果表明，本文所发展的2.5维反演能很好的还原地下电导率结构，而同一模型模拟数据的一维反演结果则出现了很明显的虚假构造。本文还将2.5维反演应用于湖北秭归采集的实际数据，并与其它方法反演结果对比，进一步验证了反演方法的有效性。拟合数据的三维反演结果表明，在有数据覆盖的地区三维反演能较好的还原地下一定深度的电导率结构，而在没有数据覆盖的地区，三维反演可能得到一些虚假的构造，可信度比较低。正则化因子对反演的收敛速度影响较大，而模型协方差矩阵的关联长度对靠近接收点处反演结果影响较大。如果关联长度过小，会导致接收点附近的虚假扰动明显增加，但是关联长度越长，相应的计算量则会急剧增加，因此选取一个适当的关联长度是非常必要的。多次反演计算表明，关联长度为7是一个比较合适的选择。