大地电磁测深方法经过了70多年的发展,形成了许多成熟的大地电磁数据处理与解释技术。由于一维和二维反演对模型的简化程度较高,不适用于复杂的三维地下结构成像,因此近年来三维反演成为大地电磁方向的研究热门并取得了较快的发展。目前大地电磁三维反演技术已广泛应用于地球动力学、地热资源调查和油气与矿产勘查等领域,取得了很好的应用效果。随着地球物理勘探精细化解释需求的不断提高,地球物理学家发现地球介质各向异性对大地电磁数据的影响不可忽视,但目前主流的大地电磁三维反演均是基于介质为各向同性的假设研发的,无法很好地处理带受各向异性影响的大地电磁数据。鉴于各向异性对地球深部核幔结构研究和油气矿产资源开发等领域具有重要作用,因此研发考虑介质各向异性特征的大地电磁三维反演技术势在必行。针对以上现状,本文提出开展大地电磁测深数据三维各向异性反演方法研究,主要研究内容如下:1)本文首先将地球离散为非结构化的四面体网格,并使用3×3张量来描述大地电磁正演控制方程中的各向异性电导率,其可以简化为3个主轴电导率和3个主轴方向旋转角。随后,本文采用基于非结构网格的矢量有限单元法进行正演和伴随正演以计算大地电磁全阻抗响应及灵敏度。数值模拟结果表明,本文的方法具有较好的正演精度,达到了反演的需求;2)为了使反演在各向异性和各向同性结构的恢复中趋于灵活,本文在目标函数中添加了一个额外的正则化来控制反演模型的各向异性程度,其权重由分布函数控制。此外,为了进一步压制各向异性反演的多解性问题,本文对模型参数添加上下界约束。最后,本文通过伴随正演技术求取各向异性反演目标函数的梯度,并利用有限内存拟牛顿法求解反演问题;3)本文设计了四个具有代表性的数值实验来测试反演中六个各向异性参数的可分辨性和分辨率。结果表明,本文提出的反演方法可以很好地恢复主x和y方向的电阻率以及走向角。最后,应用本文提出的反演方法对USArray的长周期大地电磁数据进行了处理与解释,揭示了Cascadia地区的各向异性结构,与前人的结果具有较好的一致性。综上所述,本文提出的任意各向异性介质大地三维反演方法克服了传统大地电磁反演的局限性,提高了大地电磁数据处理与解释能力,并为其他电磁方法的各向异性反演研究提供了思路。