地球和电离层可以构成一个谐振腔体,即大地球形谐振腔。地表极低频电偶极源激发电磁场的技术称为人工源极低频电磁波技术(Control Source of Extremely Low Frequency method,CSELF)。该技术在地球物理领域具有巨大的应用价值和发展潜力。CSELF特点是信号强,传播特性稳定,覆盖范围广,衰减小,穿透能力强,探测深度大等,可以广泛应用于地震监测、地质勘探、矿产资源普查、核废料处理、空间电离层结构探测,同时还可以用于海陆通信及战时大面积应急指挥控制通信等。“极低频探地工程(WEM)”是我国十一五期间的一个国家重大科技基础设施建设项目。需要计算大地球形谐振腔中电磁场的分布情况,有学者对地球-空气-电离层耦合情况下的层状模型进行了研究,有学者对地球-空气-电离层耦合情况下的球状模型进行了相关研究,然而学者们有的只给出了近似解,有的采用的边界条件仅适用于通信领域,有的给出了非地球-空气-电离层模型的电磁场表达式却没有给出相应的计算结果,有的给出了解析解求解的结果却也局限在地表场,没有相应的空间与平面分布情况。总体来说,我国对大地球形谐振腔中电偶极源电磁场的研究和应用已经取得一定成果,但是这些研究都是在理想模型的简单情况下进行的,对于非均匀球体大地而言,无法计算电磁场,需要采用数值模拟方法。因此采用数值模拟方法研究极低频电磁波的传播特性具有十分重要的意义。目前很少有学者用电磁仿真软件对大地球形谐振腔中电偶极源激发的极低频电磁场进行数值模拟,电磁波在地球、空气层、电离层里面是如何传播和分布的,各个目标体之间存在怎样的差异,不同干扰的因素对电磁场的影响等都值得进一步分析研究,为地球物理领域中CSELF技术的应用与发展提供支持。本文首先介绍人工源极低频电磁波的发射原理,然后在前人研究的基础上,从经典电磁测深理论出发,整理了在阻抗边界条件和一般边界条件下得到的解析解,并由解析解进行绘图分析电磁场的传播和分布情况。本文最重要的研究内容是运用三维电磁仿真软件CST对大地球形谐振腔模型中水平电偶极源激发的极低频电磁场进行数值模拟。从简单到复杂设置了四个模型：水平均匀大地模型、球形大地模型、地-电离层三层模型、地-电离层五层模型。将水平均匀大地情况下数值模拟结果与理论结果成图进行对比分析,证明三维电磁仿真软件CST能模拟水平电偶极源电磁场。然后模拟大地球形谐振腔中电磁波传播和分布的问题,为CSELF技术提供正演支持,证明CST软件能用于地球物理学电磁勘探领域。