核磁共振测井是一种重要的地层探测技术,在石油工业领域有广泛应用,如地层孔隙结构和内部流体的探测和识别等。常规核磁共振表征方法都是基于孔隙介质处于快扩散条件的假设之上发展出来的。在复杂地层中,也存在非快扩散条件（中扩散和慢扩散）,例如大孔隙中或者孔隙内固体颗粒表面粗糙度高的情况下。此时,常规方法难以获得的孔径大小等的准确信息。本文提出一种通过T₂-T₂脉冲序列表征处于非快扩散条件且孔径分布较均匀的孔隙介质的新方法。首先,根据本征模态理论计算三种简单孔隙中不同扩散条件下的T₂-T₂信号,得到T₂-T₂信号系数矩阵。通过非负最小二乘法反演方法得到表征三种简单孔隙的孔径大小-表面弛豫率相关谱,其中处于中扩散条件的孔隙表征结果最好。为了表征更加复杂的三维孔隙介质,通过随机游走算法数值模拟处于中扩散条件的单球孔隙、周期堆积孔隙和随机堆积孔隙模型的T₂-T₂信号,分别反演得到相应孔隙模型的孔径大小-表面弛豫率相关谱,其表征结果都较好。最后,通过测量均匀粒径玻璃珠样品的T₂-T₂信号,反演得到样品的孔径大小和表面弛豫率的估计值。