核磁共振找水方法利用人工产生固定频率的磁场来直接激发地下氢核,产生核磁共振效应,通过接收地下氢核跃迁产生的核磁共振信号推断地下含水量信息。不同于常规地球物理方法通过电导率等参数间接推断地下水信息,核磁共振找水方法是目前唯一能够直接探测地下水的地球物理方法。目前,以Yaramanci, U., Legchenko, A., Weichman, P. B等人为首的西方学者对核磁共振找水方法正进行着广泛的理论和应用研究,尤其是二维、三维核磁共振找水正反演以及对实际核磁共振找水应用方面的研究,积累了大量的实际探测经验,而国内学者还是基于未考虑椭圆极化和相位延迟效应的核磁共振找水理论,未能认识到地下介质的导电性将引起激发场畸变,从而影响核磁共振找水响应信号,同时,我国的核磁共振找水工作还停留在一维核磁共振找水探测阶段。本文分六个章节分别总结了笔者关于基于椭圆极化效应的核磁共振找水理论研究和基于共圈模式下的一维、二维核磁共振找水正反演研究的相关工作。第一章为绪论。论述了目前国内外核磁共振找水研究的进展和存在的问题；本文研究选题的目的和意义,本文研究的主要内容、选用的方法以及研究思路,指出了研究中的几点创新。第二章简单介绍了核磁共振找水的基本原理。其中包括拉莫尔进动、在交变磁场中M的运动以及在地面接收线圈中接收到的自由感应衰减信号。第三章详细推导了基于椭圆极化效应下的核磁共振找水理论,分别从地面线圈产生的垂直激发场的椭圆极化效应和考虑椭圆极化效应的核磁共振找水正演理论两个方面,采用经典的Chave算法来计算验证椭圆极化效应的存在性,通过引入椭圆极化率和半短轴等参数来研究垂直激发场的椭圆极化性质,并从地下氢核扳倒角、核函数以及实际含水层模型响应等方面研究了椭圆极化效应和相位延迟效应对核磁共振找水方法的影响。椭圆极化率参数反映了垂直激发场的椭圆极化程度,揭示了地下不同位置和不同电导率下地下各点的椭圆极化效应强度；垂直激发场的半短轴参数反映了垂直激发场的正逆旋场分量的差异,不同于圆形极化时正逆旋场值相等,椭圆极化效应导致正逆旋场畸变,其值发生较大差异,同时正逆旋场在核磁共振找水探测中发挥的作用也完全不同。通过计算垂直激发场的相位,发现垂直激发场具有相位延迟效应,为核磁共振找水中通过采集的相位信息直接反演地下电导率提供了理论依据。为了具体研究椭圆极化效应和相位延迟效应对核磁共振找水响应的影响,本文分别计算了地下氢核的扳倒角、核函数以及实际含水层模型下地面线圈接收到的初始振幅、初始相位曲线,指出了椭圆极化效应和相位延迟效应对核磁共振找水响应产生的不可忽略的影响。第四章为基于共圈模式下的核磁共振找水一维正反演研究。本章采用了实际的共发射线圈和接收线圈装置,计算了在考虑椭圆极化效应和相位延迟效应下的一维核磁共振找水灵敏度矩阵,该参数反映了地下不同深度含水层在各脉冲矩下产生核磁共振信号强度的大小,通过建立一维层状模型,正演计算了不同脉冲矩下核磁共振找水初始振幅和相位曲线。在反演过程中通过引入正则化因子来调节反演过程中对数据拟合与模型光滑度之间的权重,增强了反演的稳定性,并同时引入实部、虚部数据来约束反演,增加了反演数据量,得到了更为准确的反演结果。第五章为基于共圈模式下的核磁共振找水二维正反演研究。由于实际核磁共振找水探测中,采集到的核磁共振找水响应为地下各点氢核产生的核磁共振找水信号的叠加,当地下含水量不为均匀层状分布时,通过一维核磁共振找水反演程序处理采集到的核磁共振找水数据将产生较大的误差,甚至不能得到合理的结果,因此需要开展二维核磁共振找水理论研究。笔者推导了基于共圈模式下的二维核磁共振找水正反演理论,正演计算了二维核磁共振找水响应,反演过程中采用正则化因子增强了解的稳定性,对比了实部、虚部以及实部虚部数据联合反演的结果,发现实部、虚部联合反演提高了反演精度和稳定性,能够较好的反演地下含水率的值。同时笔者发现,在考虑椭圆极化效应和相位延迟效应的核磁共振找水理论下,二维核磁共振找水正反演在南北方向上出现分辨率不同的现象。第六章笔者总结了整个硕士论文研究的成果,提出了以后核磁共振找水研究的一些建议。核磁共振找水方法作为一种新的地球物理探测方法,还有许多工作需要开展,尤其是针对二维、三维核磁共振找水的进一步理论研究,核磁共振找水的探测深度和精度的提高,以及与水文地质参数的结合等方而的问题都尚待解决。