核磁共振测井是目前最先进的井下油气勘探方法之一。核磁共振测井原理是通过测井仪探头永磁体对地层施加静磁场，使地层中氢原子核磁化，再利用探头中射频线圈产生射频信号使氢原子核发生共振，最后采集接收共振信号进行成像。国外的核磁共振测井技术研究相对发达，但实施技术保密；国内对核磁共振测井技术研究主要集中在诸如测井解释模型的建立和对岩心地质特性的核磁共振分析等计算机科学及地质学方面。本文重点研究了一种改进型核磁共振测井仪探头磁体系统的设计问题。主要工作如下：首先，基于MAGNET软件分析了国外两种典型核磁共振测井仪探头磁体的静磁场分布，讨论了其产生的探测区域及探测深度两项主要技术指标。在此基础上，提出了一种改进型的探头永磁体设计方案，结构方案采用了居中式梯度磁场测井方式，磁体结构除了包括还有产生静磁场的主磁体外，还引入了调整磁体，以实现对静磁场的微调。其次，采用表面响应模型与遗传算法相结合的优化策略完成了探头磁体结构的优化设计。依次选取主磁体和调整磁体的几何参数作为优化变量，以提高井眼外探测深度为优化目标，结合拉丁超立方采样策略和多二次径向基函数建立了近似目标函数的表面响应模型，并采用遗传算法对建立的表面响应模型进行寻优，最终实现了探头磁体的最优设计。然后，基于MAGNET软件对优化后的探头磁体产生的静磁场进行了仿真分析，讨论了在井眼四周可能存在的探测区域，以及探测深度和磁场强度的大小，分析了所提出的磁体结构对探测深度的改进效果。最后，在确定好探头磁体结构的基础上，根据测井要求完成了与磁体匹配的射频线圈的设计，分析了射频磁场与静磁场的正交性，确定了所提出的探头磁体在井眼外探测区域的位置和体积。