可控源电磁法（Controlled-source electromagnetic,CSEM）是一种基于人工源激发的地球物理勘探方法,相对于传统的天然源大地电磁探测具有更强的抗干扰能力,相比于重磁勘探方法有更高的分辨率,目前已被广泛地应用于各种复杂环境条件下的矿产资源勘探与研究。随着可控源电磁法的勘探设备的不断改进,该方法可以越来越好的适应复杂环境,且所获取的观测数据的规模也越来越大,因此,可靠、高效且稳定的可控源电磁法三维反演算法的开发对于大规模可控源电磁数据的精细解释有重要的理论与实践意义。高精度的三维正演模拟方法是进行三维反演计算的基础,且是三维反演过程中最耗时的部分。为了形成高效可靠的三维反演算法,首先需要形成高精度且高效率的三维正演模拟算法。为了模拟复杂地质结构,本文分别开发了基于六面体网格和四面体网格矢量有限元法的可控源电磁法三维并行正演模拟算法。对于三维数值模拟产生的大型线性病态方程组的求解,本文采用MKL Pardiso并行直接求解法,考虑到不同频率的可控源电磁法形成的系数矩阵之间相互独立,因此本文在上述并行直接求解的基础上完成了对频率的并行,从而形成了基于直接求解法和频率并行的多层次并行求解策略。反演过程即为对目标函数的最优化过程,本文采用近似二次收敛的高斯-牛顿最优化方法完成对目标函数的最优化求解。为减小反演算法对初始模型的依赖性,本文提出了一种适用于六面体网格和四面体网格的粗糙度矩阵计算策略,并分别开发了基于两类网格矢量有限元法的可控源电磁法三维最平滑模型反演算法。经过对比在不同初始模型条件下各种复杂陆地模型的反演结果,验证了在所提出的粗糙度矩阵的基础上的两种反演算法的有效性和稳定性,并证明了所开发的三维反演算法具有对初始模型依赖性小的特点;通过对带地形的海洋油气藏模型的研究,证明了所开发的两种反演算法对复杂海洋模型的适应性。通过各种复杂陆地和海洋模型的研究,证明了所开发的两类反演算法对各类大规模可控源电磁数据的处理能力,说明了所开发的两类最平滑模型三维反演算法可以为大规模可控源电磁数据的精细解释和钻前储层预测提供重要参考依据。传统可控源电磁法反演结果往往是连续扩散分布的,不同物性的边界不够清晰,反演结果的分辨率与地震方法相比有较大差距。为了得到边界更清晰,分辨率更高的反演结果,本文首次将多进制变换函数引入到可控源电磁法反演研究中,并将引入了多进制变换函数的反演策略称为多进制反演算法。多进制变换函数将传统的连续扩散分布的模型参数转化为近似阶梯分布的多进制模型参数,从而达到提高反演结果的分辨率和边界清晰度的效果。本文分别开发了基于四面体和六面体网格矢量有限元法的频率域可控源电磁法三维多进制反演算法。对于两类多进制反演算法,均通过复杂陆地模型和带地形的海洋油气藏模型,证明了所开发算法在提高边界清晰度和分辨率上的效果,另外也证明了多进制反演算法可以在一定程度上克服可控源电磁方法对低导体不敏感的问题。为了进一步证明所开发的反演算法对野外实测可控源电磁数据的应用效果,将反演算法应用于甘肃省花牛山铅锌矿试验区的可控源电磁数据研究中,通过将所得反演结果与地质模型和钻孔信息分别对比,证明了所开发的多进制反演算法对实测数据依然可以达到类似模型算例的效果,对野外实测可控源电磁数据依然具有良好的适应性,说明了本研究对地球深部构造研究以及各类资源勘探研究具有重要的理论和实践意义。本文的创新点主要体现在以下两个方面,（1）提出了一种适用于六面体网格和四面体网格的粗糙度矩阵计算策略,并在此基础上开发了对初始模型依赖性更小的基于六面体网格和四面体网格矢量有限元法的最平滑模型反演策略;（2）首次将多进制变换函数应用于电磁法三维反演研究中,并形成了反演结果分辨率更高、边界更清晰的基于两类网格的多进制反演算法。