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早期的地质找矿多集中在近地表500 m以内，但浅表矿资源量有限，而且伴随多年的开采，资源已近枯竭。针对该现状，国家明确提出了大深度找矿的战略需求。目前，我国地下800～2000 m内的第二成矿富集带的勘查主要受技术制约，矿产资源勘查状况与国外相比差距巨大。 本文工作主要研究一种新型传感器——超导量子干涉器件(SuperconductingQUantum Interference Device，SQUID)在时间域瞬变电磁法(Transient ElectroMagnetic，TEM)上的应用，以突破该方法现有技术在大深度探测上的应用限制。 TEM是一种时间域的电磁探测方法，主要勘测岩石的电性分布特性，深度大，效率高，行业认可度高。TEM方法探测深度与观测物理量（磁场B或者感应电动势V）的衰减时间呈正关系，观测物理量的时域噪声与衰减速度是决定探测深度的关键因素。 空心线圈是目前广泛应用的电磁感应类型传感器，由于感应电压V随时间的衰减规律为t-5/2，结合灵敏度的限制，线圈探测深度一般在500 m左右。对比接收感应电压V,磁场B随时间的衰减规律为t-3/2，利用磁场接收在实现大深度勘探上优势明显。 低温SQUID具有低噪声(10 fT/√Hz)、大带宽（约10 MHz）、直接测量磁场等应用优势，十分适合应用在TEM上提高勘探深度。SQUID属于微电子器件，由两个Josephson结和一个超导环构成。Josephson结的尺寸一般在微米量级。SQUID一般通过刻蚀等微电子工艺制备而成。 SQUID磁传感器应用于TEM中主要面临着两项技术挑战。第一:TEM瞬态关断的特性对SQUID带宽(Bandwidth，BW)和摆率(Slew Rate，SR)等动态响应能力的挑战(BW＞100 kHz，SR＞2 mT/s);本文提出了两种解决方案，1、改进型的二阶积分器读出电路，实现带宽为200 kHz，摆率4 mT/s，噪声水平7 tT/√Hz。2、新型“单片运放读出电路（Single Chip Readout Electronics，SCRE）”SQUID系统，实现了带宽为2.7 MHz，摆率3 mT/s，噪声水平7fT√NHz。第二:TEM方法中测量信号动态范围大，当SQUID应用于TEM中时，由于SQUID的噪声极低，信号的动态范围较大（时域信号1pT～1μT，动态范围106），挑战数据采集技术。本文分析了TEM信号中大信号出现在早期与小信号出现在晚期的时间分布特性，提出了分段放大技术来扩展动态范围，实现了大动态范围信号的观测与记录。 本文自主研制了一套低温超导SQUID瞬变电磁测深仪器，仪器包括发射机、接收机等。发射机使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator)作为核心元件，发射电流可达100 A，采用汽车电池供电，发射波形设计为发射80 ms、关断920 ms的双极性脉冲方波，超长的关断时间有利于充分发挥SQUID晚期信号探测记录优势。开发了基于SCRE的低温SQUID TEM接收机，接收机系统噪声7 fT/√Hz，灵敏度2.3 mV/nT，量程±1600 nT，带宽100 kHz，摆率3 mT/s，总功耗150 mA@±16 V，一次充液氦可工作50小时。开发了相应处理方法与软件，包括:数据的坏值识别与剔除软件、平滑滤波、叠加平均、抽道与视电阻率反演软件。数据平滑滤波程序根据TEM衰减信号的时域-频率集中分布的特点采用了分段滤波的算法。文章还分析了叠加平均次数与信噪比之间的关系，提出了SQUID磁传感器在工程上最优效率的TEM叠加次数。 本文分别在长春市的烧锅镇、黑龙江七台河市密林农场与上海的横沙岛开展了低温超导瞬变电磁法的应用试验。在烧锅镇的试验中主要验证低温SQUID数据的有效性与弱信号的检测能力。烧锅镇试验中，接收端同时使用低温SQUID与空心线圈比较接收。结果表明，SQUID磁传感器在衰减信号早期体现出来大带宽的优势;在中期SQUID与空心线圈的衰减曲线重合;在晚期段弱信号检测能力上，SQUID微分衰减信号衰减6个数量级(1 V/A到10-6 V/A)，衰减时间80 ms（空心线圈20 ms）。SQUID计算的视电阻率结果与钻井资料一致。在黑龙江七台河市密林农场试验中，主要验证在地表弱磁覆盖层情况下的SQUID探测应用能力。我们完成了6个物理测点、1000 m长的剖面实验，实现了1200m深度的探测（空心线圈1000m），结果与现有的钻井、可控音频大地电磁法的测量资料一致。在横沙岛的试验中，主要研究在地表低阻覆盖(10～30Ω·m)情况下SQUID的探测能力。我们开展了2条测线的剖面测量试验。南北方向的测线长度为800m，分布有8个测点。东西方向的测线长度约为15km，不等间距的分布有17个测点。我们分别使用空心线圈与低温超导仪器作为接收，SQUID反演剖面深度为2000m，可信深度1400m，与地质资料基本一致，实现了瞬变电磁探测深度的突破。 本文的研究结果为低温SQUID在瞬变电磁的实用化和工程化应用、解决国家大深度探测的战略需求提供了一条可行的思路和方法。此外，本文的研究成果，为SQUID在航空平台的瞬变电磁的进一步应用奠定了坚实的研究基础。