由于地下环境复杂多变、测井需求不断提高,非均匀地层的未知性和复杂性、有耗地层的强衰减性和多径效应、井眼结构及尺寸的限制等,给地下非均匀介质中电磁探测和定位方法的研究工作带来了新的难题和挑战。本文围绕着非均匀介质中的电磁探测和定位这一课题,从浅层地层的精确探测、随钻电磁波远探测与前探测、井下救援井电磁探测与定位方法、以及测井数据的反演解释方面展开了研究考察和创新性的探索。首先,本文研究了地下非均匀介质中电磁探测与定位模型的正演建模方法。基于有限元法对文中所涉及的测井物理模型实现了精确的三维数值建模,详细介绍了不同测井模型的边界条件和算法原理。此外,针对不同的电磁探测与定位模型,从聚焦模式实现、网格剖分、基函数选择、矩阵求解等方面进行优化,为后续的仿真分析提供高效准确的正演建模。在浅层地层的精确探测方面,本文研究了微柱型聚焦电阻率测井（MCFL）以实现对浅层地层的多径向深度探测与高轴向分辨率测量。文中分析了MCFL的工作原理及聚焦模式,并详细考察了仪器的电流聚焦能力、径向探测深度、轴向分辨率等探测性能,总结分析了不同地层参数对MCFL测井响应的影响。通过对现有仪器性能的仿真考察,本文对MCFL的极板结构进行了优化设计,通过数值仿真和实验测试验证了优化后极板的探测性能。在深层地层的随钻电磁波远探测及前探测方面,本文对现有远探测及前探测仪器在不同仪器参数下和不同地层环境中的探测性能进行了仿真分析。此外,由于钻头前方地层的未知性和复杂性,以及仪器结构和井眼尺寸的限制,现有随钻电磁波前探测方法对于钻头前方地层的敏感性差。为此,本文基于互易原理提出了新型的随钻电磁波前探测方法,能够在任意未知非均匀地层中实现钻头前方地层的场聚焦,并通过构建不同电阻率对比度的多种非均匀地层模型仿真验证了所提出方案的有效性。此外,考虑到井下实际资源勘探作业中面临着失控风险,有效可靠的井下救援方案对于上述测井仪器及方法的顺利实施是不可或缺的。因此本文研究了地下救援井电磁探测与定位方法,分别对不同仪器参数和不同地层环境中的井下电流注入法和井地电流注入法的响应特性进行了仿真考察;对比分析了不同救援井方案的探测性能,并研究优化了相应的事故井定位方法。最后,针对文中研究的微柱型聚焦电阻率测井模型和随钻电磁波测井中涉及的感应测井模型,本文分别研究了基于正则化高斯牛顿法的MCFL反演方案和基于梯度下降法的多分量感应测井反演方案。在MCFL的高斯牛顿法反演方案中采用动态正则化项稳定反演过程,并结合线性搜索、非线性变换等措施优化反演。对于多分量感应测井模型,分别提出了基于模型和基于像素的SDM反演方案实现对各向异性分层地层的电参数反演。此外,在算法中引入了动态正则化方案以及bagging算法提高反演性能和稳定性。