大地电磁测深法(MT)是以天然电磁场为场源研究地球内部电性结构的一种重要的地球物理手段。自五十年代提出以来，无论在仪器野外采集、资料处理与解释还是在理论方法的基础研究方面都有了长足的进展。然而，随着理论研究的深入和实际应用的推广，许多新的问题需要解决或进一步研究完善，这些问题涉及到正演的数值模拟技术，反演算法和资料处理技术等方面。 迄今，大地电磁数据处理和解释已经历“手工量板”和“数字化”等阶段，目前，新的科学计算可视化技术的兴起正将其推进到第三个阶段——“可视化阶段”。然而，与可视化技术在其他学科领域中的蓬勃发展相比，大地电磁测深资料处理与解释过程的可视化程度还很低，尤其是在国内，基本上还是以DOS时代的字符串命令行应用程序为主要手段，这使得资料的处理、解释以及存储、维护都很不方便，工作效率低并且容易出错。 本文主要论述了大地电磁测深资料处理与解释的Windows可视化集成系统——“大地电磁测深数据管理器(MTDATAMNG)”的算法基础、主要功能以及应用情况。在系统开发和应用过程中，本文在正反演方法和资料处理技术等方面的理论研究上有所创新，并对大地电磁测深经典理论进行了一定程度的归纳综合。本文所遵循的技术路线为：经典理论的归纳综合，新算法的研究，新算法的实现和验证，算法的集成——可视化软件系统开发以及该软件系统的应用。 1．大地电磁测深经典理论及数据处理技术简述 本文综合归纳了大地电磁测深中相关的经典理论，包括正演、反演以及资料处理三个方面。在正演方面着重阐述了大地电磁测深的理论基础以及二维、三维正演的定解问题；在反演方面主要总结了最优化反演理论及其在大地电磁测深中应用情况，具体介绍了几种具有代表性的反演算法，并简单讨论了各自的优缺点。此外，对一些非最优化反演算法也作了论述；在资料处理方面主要介绍了各种参数的计算，重点是传输函数及其数据方差的计算和旋转。本文还对测点坐标位置处理、测线剖面拟合、数据插值与拟合等常用的数据处理手段进行了介绍。所有这些内容为“大地电磁测深数据管理器(MTDATAMNG)”的开发准备了专业上的算法基础，并为理论研究提供了一个广阔的知识背景。 2．基本结构有限元法(ESFE)及大地电磁测深一维连续介质正演研究 在有限元直接迭代算法的基础上提出了一种新的数值模拟方法——基本结构有限元法(Essential Structure Finite Element Algorithm，ESFE)。该算法继承了有限元直接迭代算法中基本结构的思想，并进一步提出了基本结构插值基函数的定义。在算法的理论推导过程中，首先在基本结构上进行分析，根据经典的伽辽金原理建立起基本结构方程，然后用有限元法来具体实现基本结构方程系数的计算。从整个求解过程上看，基本结构方程的形成是整个算法的核心部分。本文将该算法成功应用于大地电磁测深一维连续介质正演计算中，实现了从1次到6次插值的有限元模拟，通过算例分析，证明该程序能获得高精度的一维连续介质正演计算结果，从而为大地电磁测深一维连续介质最平缓模型反演奠定了基础。从理论推导和实际应用上看，基本结构有限元算法既具有经典有限元规范性好、适应性强的特点，又具有有限元直接迭代算法的易于理解、存储量少的优点，这些特征使得该算法在二维、三维正演计算中具有很好的应用前景。该算法的缺点是具体实现起来较为繁琐。3.自适应正则化反演算法及大地电磁测深一维最平缓模型反演研究 一般说来，最优化反演的目标函数是数据目标函数和模型约束目标函数的加权和，其中表征二者权重的参数为正则化因子。在反演中，正则化因子的选取是一个关键性的问题，其不同的取值对反演结果有很大的影响。在己有的反演算法中，除OCCAM外，正则化因子的取值主要依赖经验确定。在OCCAM反演中，采用一维搜索的方式来解决这个问题，效果比较好，但也带来了问题，即一次反演中要额外多次求解反演方程式和正演计算，运算量较大。吴小平等提出的改进方案也存在较大的缺陷，其主要原因是他们的自适应方案没有将正则化因子的取值与反演迭代中的计算结果联系起来，因此，未能摆脱经验选择方式。本文提出的自适应正则化反演算法(AdaPtive Regularized Inversion Algorithm，ARIA)对这个问题提出了全新的解决手段。在该算法中，①提出了一种新的数据方差处理方法:数据方差规范化，在该方法中，给出了新的数据方差在反演中的处理方式，使得反演中数据方差的处理更为合理，此外，该方法使得数据方差对反演计算的作用在数据目标函数项中封闭，数据方差的大小只对数据的拟合发生影响，不对数据目标函数和模型约束目标函数的权重产生影响，从而减少了正则化因子取值的影响因素;②提出了四种正则化因子自适应调节方法，分别是由数据目标函数调整正则化因子方法、由模型约束条件调整正则化因子方法、由数据目标函数和模型约束目标函数共同调整正则化因子方法以及正则化因子的完全自适应方法，文中对于这四种自适应调节方法进行了理论上的分析，表明采用这些自适应调节方法以后，反演不仅