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瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。在金属、非金属矿勘探，工程勘探，地热环境勘探等方面得到了极其广泛的应用，在煤田水文地质勘探和高速公路勘探领域中，已经成为首选方法。3D数值计算、仪器研发、拟地震解释、视电阻率计算是研究热点，并取得了一些研究成果。但瞬变电磁法探测精度依然没有得到较大的改善，对地下横向异常的分辨能力较差，探测深度依然有限，没有形成独特的瞬变电磁理论方法体系，困扰这一方法发展主要的理论及技术问题有场点响应的精确解问题;场点视电阻率定义问题;瞬变电磁法的记录准则问题;瞬变电磁TE、TM场的综合利用问题;三维反演问题;弱信息增强问题等，其中，理论上的核心问题主要是精确解问题，应用上的核心问题主要是场点视电阻率定义问题。 本文针对瞬变电磁响应精确解问题，首先分析天线理论和电法勘探领域的偶极子微元及由这些微元产生的场。天线理论中的微元包括电偶极子、磁偶极子及目前发展较多的单极子天线。勘探电磁学中主要是电偶极子源和磁偶极源。同时进一步给出偶极子近似前线电荷源和线电流源的精确解。对于传统电磁勘探中的偶极子微元，从导电全空间和均匀半空间角度分析偶极子的求解过程，以便为以后对传统的求解过程存在问题进行分析。将电偶极源的场分解为接地项和电流项，接地项代表TM场，导线电流项代表TE场。对电偶源场的分解有利于大尺度源场的分析及偶极子近似误差的讨论。在得到不同类型场的响应表达式后，计算不同类型偶极子微元近似计算引起的相对误差。分别从静电场、恒定电流场、天线电磁场及勘探电磁学谐变场和瞬变场角度，对偶极子近似引起的相对误差进行分析。对于这种近似误差，进一步给出当源尺寸不可忽略时的校正系数，校正系数的使用不仅针对发射源，也针对接收装置。通过校正系数的使用，可以有效地消除由源尺寸引起的近似误差。对于瞬变电磁法，以应用最广的线性数字滤波为例，分析频时变换带来的误差。对于大尺度源瞬变电磁，分析了大尺度源偶极子近似带来的计算误差。 本文针对偶极子近似引起的误差，提出了点电荷载流微元直接时域求解理论。理论上，点电荷微元辐射是指点电荷的加速运动、定点位置的电荷的电量或者点电荷极性变化引起的电磁场的传播。这样，电偶极子源辐射仅是点电荷辐射的一个特例，点电荷是电磁场的真正微元。基于这种点电荷微元电磁场理论实质，可以考虑求取点电荷微元电磁场的直接时域解。即:以时变点电荷微元代替偶极子源，使源真正的微元化，并且不再经过频时变换，直接在时域位函数的基础上推导时域瞬变场。对于直接时域求解，首先给出全空间二阶线性有源非齐次方程求解的Green函数法求解过程，利用约当引理和留数定理给出电磁场中常见的达朗贝尔方程和扩散方程的Green函数解。对于有耗阻尼波动方程，本文利用降维法给出方程的Green函数解。在Green函数解的基础上，通过将Green函数直接代入电磁场表达式和引入辅助位函数两种方式推导出点电荷载流微元电、磁场的直接时域解。将点电荷载流微元场的直接时域解与经典电磁学中的近似公式进行对比，验证公式的有效性。 本研究在点电荷载流微元直接时域解的基础上进一步推导出实际应用中的回线源的瞬变电磁场的表达式。以圆回线为例，借助于互易定理，分别推导出圆回线一次磁场和二次磁场垂直分量的时间导数表达式，与经典电磁学中已有的结论进行对比分析。随着甚早期瞬变电磁系统的研发及浅层工程勘察的发展，准静态近似已经不再适用于浅层勘查和甚早期系统，位移电流已不能忽略。最后，通过实例分析的方式，给出了在半空间模型下偶极子源的响应分布与真实源特征的对比分析，并指出点电荷载流微元场的分布特征更加符合真实的情况。点电荷载流微元理论的提出为进一步提高瞬变电磁的探测精度和分辨率打下坚实的理论基础。针对应用中的视电阻率定义问题，借助偶极源场的分析，给出了回线源比值响应的计算方式，并根据比值响应在回线内分布的均匀性和响应曲线的平移伸缩性，提出比值视电阻率的定义公式，通过比值视电阻率计算的电阻率剖面比传统中心回线公式计算的剖面更加准确，提高了回线源瞬变电磁的解释精度和速度。