又称地面核磁共振测深，是地球物理直接找水的新方法。测量的基本原理类似于核磁共振预极化测量技术，向地面线圈中供以氢原子在地磁场中进动的Larmor频率的脉冲电流，在线圈周围产生强的极化场，迫使质子沿该极化场进动。断开该极化场，质子将重新以地磁场为稳定磁场进行进动，利用线圈检测质子磁矩沿地磁场方向分量变化产生的自由感应电动势，从而获得核磁共振信号。如果没有地下水，则不存在核磁共振信号。

核磁共振技术于上个世纪60年代开始应用到地球物理勘探中。从1978 年起，前苏联谢苗诺夫教授开展利用核磁共振技术找水的方法技术研究，开发出了在地磁场中测定核磁共振信号的仪器，称为核磁共振找水仪(Hydroscope)，并对核磁共振找水的解释方法进行了研究。1994 年法国IRIS 公司购买了俄罗斯找水仪专利，研制成功了新型的核磁共振找水仪，称为核磁感应系统（NUMIS系统）（图1），为利用核磁共振找水奠定了坚实的物质基础。

图1 地面核磁共振测量系统基本结构

地面核磁共振测量中，通过改变谐变电流强度I与其作用时间（或宽度）t的乘积Q（称为脉冲强度），观测核磁共振弛豫曲线（图2）。将不同Q对应的弛豫曲线初始振幅E₀绘制成曲线，称为地面核磁共振测深曲线（图3a）。研究表明，对于给定的导电含水层模型，核磁共振信号的初始幅度E₀与脉冲强度Q有关。并且Q增大，地面核磁共振信号的空间灵敏度分布深度增加，能对更大深度以上含水层中质子进行激发，从而通过改变Q达到测深目的。进一步利用反演技术根据核磁共振测深曲线可以获得地下含水层含水量分布规律（图3b）。

目前地面核磁共振的应用范围大致包括（1）寻找淡水资源，确定含水层埋深与含水量，估计含水层渗透性及导水系数。（2）工程地质灾害监测和用于评价与水环境有关的堤坝地基选址、堤坝的稳定性监测工作。（3）考古应用，比如在秦始皇陵的无损探测研究中，利用核磁共振测深方法确认秦始皇陵没有进水，防渗墙仍在起作用。

图2 脉冲强度Q=244 A ms时实测的横向弛豫信号

信号的实部与虚部； (b)信号的振幅与相位

图3 内蒙古某地实测地面核磁共振测深曲线(a)及反演解释含水层分布(b)