井下多分量测量仪器的光纤惯导系统及其数据处理方法与流程

本发明属于地球物理勘探技术领域，特别涉及一种井下多分量地球物理仪器的光纤惯导定向及相应的数据处理技术。

背景技术：

目前行业内广泛使用的井下电缆测井仪器、随钻测井仪器、井中地震仪器等都分别采用了三分量电磁、三分量重力、三分量磁场和三分量地震传感器，这些仪器在井下作业时的实时定向定位功能一直没有完全解决好，没有井下多分量仪器传感器的实时定向定位数据，后期没有办法对井下采集的多分量数据进行旋转和校正处理。目前常用的三分量姿态传感器因为使用了磁场传感器而基本上无法在有磁性的钢质套管里或钢质钻铤上正常工作。我们急需找到解决井下多分量地球物理测量仪器在连续作业过程中的实时定向定位问题的方案。

惯性导航系统(英语：ins-inertialnavigationsystem)是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。

惯性导航系统也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

现代比较常见的几种导航技术，包括天文导航、惯性导航、卫星导航、无线电导航等等，其中，只有惯性导航是自主的，既不向外界辐射东西，也不用看天空中的恒星或接收外部的信号，它的隐蔽性是最好的。

在国家的很多战略、战术武器，再如洲际飞行的民航飞机等的导航中，都必须依赖惯性导航系统或者惯导系统和其他类型的导航系统的组合。它的造价也比较昂贵，像一台导航级(即1小时误差1海里)的惯导系统，至少要几十万，而这种精度的导航系统已足够配备在波音747这样的飞机上了。现在，随着mems(微电子机械系统)惯性器件技术的进步，商业级、消费品级的惯性导航才逐渐走进寻常百姓家。

惯性导航系统有如下优点：1、由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响；2、可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下；3、能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低；4、数据更新率高、短期精度和稳定性好。

其缺点是：1、由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差；2、每次使用之前需要较长的初始对准时间；3、设备的价格较昂贵；4、不能给出时间信息。

但惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此射程远的武器通常会采用指令、gps等对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽，线性度好，性能稳定，具有良好的温度稳定性和重复性，在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。由于科技进步，成本较低的光纤陀螺(fog)和微机械陀螺(mems)精度越来越高，是未来陀螺技术发展的方向。

光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器，因其无活动部件——高速转子，称为固态陀螺仪。这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(sagnac)效应。萨格纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种普遍的相关效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。

若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度，则正、反方向传播的光束走过的光程不同，就产生光程差，其光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息，即可得到旋转角速度。

与机电陀螺或激光陀螺相比，光纤陀螺具有如下特点：

(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；

(2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；

(3)无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；

(4)易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；

(5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；

(6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；

(7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传感器，尤其是捷联式惯导系统的传感器；

(8)结构简单、价格低，体积小、重量轻。

光纤陀螺在专利申请号为：201410832135.5、201820019320.5、201410599074.1、201610810893.5、201710561353.2、200910073220.6、201620080843.1、201410080780.5等申请中均得到了良好的应用。

但是光纤惯导系统不能给出时间信息。

技术实现要素：

为了解决井下多分量地球物理测量仪器在连续作业过程中的实时定向定位问题，本发明提出了一种井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向系统，通过在井下多分量地球物理测量仪器里安装光纤惯导定位定向系统，对井下多分量地球物理测量仪器进行实时定位定向，为井下测量的多分量地球物理数据处理解释提供重要的支持数据。

针对井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向系统所采集的多分量地球物理数据，本发明还提出一种数据处理方法，可实现对地下地质构造、油气资源、金属矿产资源、地下水资源和工程地质需求的综合勘探与多参数综合评价。

本发明采用的技术方案之一为：一种井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向系统，包括：光纤惯导定位定向系统、井下多分量地球物理测量仪器以及地面多通道控制和数据采集子系统；所述井下多分量地球物理测量仪器包括多分量传感器；所述光纤惯导定位定向系统固定于多分量传感器旁，当多分量传感器工作时，光纤惯导定位定向系统实时记录多分量传感器的实时位置、速度和姿态信息；

当井下多分量地球物理测量仪器与地面多通道控制和数据采集子系统通信连接时，井下多分量地球物理测量仪器的多分量传感器将实测的多分量地球物理数据上传到地面控制和数据采集处理子系统，光纤惯导定位定向系统将实测的多分量传感器的实时位置、速度和姿态信息上传到地面控制和数据采集处理子系统；

当井下多分量地球物理测量仪器与地面多通道控制和数据采集子系统没有通信连接时，至少包括：存储器与授时模块，井下多分量地球物理测量仪器的多分量传感器将实测的多分量地球物理数据存储在存储器中；光纤惯导定位定向系统将实测的多分量传感器的实时位置、速度和姿态信息经授时器授时后存储在存储器中；当井下多分量地球物理测量仪器从井下取出后，将存储器中的数据传输至地面多通道控制和数据采集子系统；

所述通信连接具体通过铠装光电复合缆连接。

其中，与地面多通道控制和数据采集子系统通信连接的井下多分量地球物理测量仪器，还包括：光电转换电路、32位模数转换电路，井下多分量地球物理测量仪器的多分量传感器与32位模数转换电路输入端相连，光纤惯导定位定向系统通过光电转换电路与32位模数转换电路输入端相连，32位模数转换电路输出端与存储器相连；所述32位模数转换电路输出端还与光电转换电路输入端相连，所述光电转换电路输出端链接铠装光电复合缆。

与地面多通道控制和数据采集子系统通信连接的井下多分量地球物理测量仪器为井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器，包括：井下多分量仪器外壳、三分量电磁发射线圈、三分量电磁接收线圈以及垂直电场分量传感器；光纤惯导定位定向系统安装在三分量电磁发射线圈和阵列三分量电磁接收线圈之间；所述垂直电场分量传感器输出端接32位模数转换电路输入端；所述垂直电场分量传感器采用不极化电极实现。

与地面多通道控制和数据采集子系统通信连接的井下多分量地球物理测量仪器为单级阵列式综合地球物理数据采集系统，包括：井下多分量仪器外壳，三分量重力传感器和三分量磁场传感器；光纤惯导定位定向系统安装在三分量重力传感器和三分量磁场传感器之间。

与地面多通道控制和数据采集子系统通信连接的井下多分量地球物理测量仪器为多级阵列式综合地球物理数据采集系统，包括若干个单级阵列式综合地球物理数据采集系统，所述若干个单级阵列式综合地球物理数据采集系统串联。

所述光纤惯导定位定向系统为干涉型光纤陀螺仪构成的惯导系统、谐振式光纤陀螺仪构成的惯导系统、受激布里渊散射光纤陀螺仪构成的惯导系统、光纤陀螺捷联惯导系统、光纤光栅捷联惯导系统、光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统中的一种。

本发明采用的另一技术方案为：一种井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向数据处理方法，包括：

s1、根据光纤惯导定位定向系统测量得到的井下多分量地球物理测量仪器的多分量传感器的倾角、方位角和倾向，对相应的多分量地球物理数据进行旋转处理；

s2、根据步骤s1旋转处理后的多分量地球物理数据，提取与弹性性质有关的井中岩石或地层的三分量地震波速度数据、衰减系数和各向异性系数，提取与电磁特性有关的岩石或地层的三分量电阻率数据，提取与重力性质有关的岩石或地层的三分量重力值、密度参数，提取与地层磁性性质有关的岩石或地层的三分量磁性参数；

s3、根据步骤s2提取的三分量地震波速度数据、三分量电阻率数据、三分量重力值、三分量磁场值进行反演成像，获取测点位置一定距离范围内的岩石或地层的弹性参数、电性参数、密度值和磁场强度的分布规律。

步骤s1具体为：

s11、把测量的三分量地球物理数据值旋转到倾角为零度的位置；

s12、根据此测点的方位角将步骤s11旋转后的三分量地球物理数据值旋转到方位角为零度的位置；

s13、如果需要把三分量地球物理数据旋转到已知地质体的走向或既定剖面方向，则在进行水平分量的旋转处理时，只需将平行于地面的水平分量旋转到其中一个水平分量的方位角与地质体的走向或既定剖面的方向的夹角为零的位置。

本发明的有益效果：本发明的系统提供了两种方案解决井下测量的实时定向定位问题，当有铠装光电复合缆连接井下多分量地球物理测量仪器与地面多通道控制和数据采集子系统通信时，通过将采集到的多分量地球物理数据与光纤惯导定位定向系统的实时位置、速度和姿态信息，经铠装光电复合缆实时传输至地面多通道控制和数据采集子系统，实现对多分量地球物理测量仪器的实时定向定位；当随钻多分量地球物理测量仪器没有铠装光电复合缆连接至地面多通道控制和数据采集子系统通信时，通过将采集到的多分量地球物理数据与光纤惯导定位定向系统的实时位置、速度和姿态信息，并对光纤惯导定位定向系统实时位置、速度和姿态信息进行授时，一并进行处理后存储在井下多分量地球物理测量仪器中的存储器里，实现对多分量地球物理测量仪器的实时定向定位；本发明具备以下优点：

1、可以使井下三分量电磁测井仪器、多极或三分量声波测井仪器、三分量磁场测井仪器、三分量井中重力仪器、三分量井中地震数据采集仪器、随钻三分量电磁或三分量声波或三分量地震仪器等在井下数据采集作业时实时记录每个三分量传感器的实时方位和位置坐标信息，便于后续数据处理与解释工作；

2、井下三分量电磁发射和阵列式三分量磁场与垂直电场分量同步采集；

3、根据实测的定位定向数据对不同深度位置采集的多分量数据进行旋转投影处理；

4、对测量到的井中三分量地震数据、三分量和可控源电磁数据、三分量重力数据和三分量磁场数据进行相互约束反演或联合反演，可以获得测点位置一定范围内地质构造、岩石速度、电阻率、密度和磁性矿物或岩石孔隙中流体类型的更为可靠的分布和变化，极大降低单一地球物理数据处理解释结果的非唯一性；

5、在多分量地球物理测量仪器没有铠装光电复合缆连接至地面多通道控制和数据采集子系统通信时，采用了芯片原子钟或高精度恒温晶振为光纤惯导数据和采集的多分量数据进行实时授时。

附图说明

图1本发明的井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器结构示意图；

图2为本发明的井下单级综合地球物理数据采集系统结构示意图；

图3为本发明的井下多级阵列式井中电磁或综合地球物理数据采集系统结构示意图；

图4本发明的井下多级阵列式井中电磁或综合地球物理数据采集系统和地面偶极电流源布设示意图；

图5本发明的井下多级阵列式井中电磁或综合地球物理数据采集系统和地面回线电流源布设示意图；

图6本发明的井下单级综合地球物理梯度数据采集系统结构示意图；

图7本发明的井下三分量发射三分量接收随钻感应测井仪器结构示意图；

图8本发明的井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器和地面控制激发与数据接收系统原理框图。

附图标记说明：1为地面测井仪器车；2为驱动地面大回线发射线圈的地面发射车；3为光纤惯导定位定向系统；4为耐高温高精度恒温晶振或原子钟芯片；5为连接井下多分量仪器的铠装光电复合缆；6为连接光纤惯导传感器装置的32位模数转换电路和存储器；7为钻井；11为三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器外壳；12为阵列感应测井仪器的三分量电磁发射线圈；14为阵列感应测井仪器的三分量电磁接收线圈；15为阵列感应测井仪器的垂直电场分量接收用不极化电极；16为地面大电流源控制激发单元；17为地面多通道控制和数据接收单元；21为单级综合地球物理数据采集系统外壳；27为三分量重力传感器；28为三分量磁场传感器；31为光电转换模块；41为地面偶极电流源发射天线；51为地面大回线发射线圈；61为单级综合地球物理梯度数据采集系统外壳；67为三分量重力传感器；68为三分量磁场传感器；70为随钻测井仪器外壳；71为随钻测井仪器内传感器固定支架；72、随钻测井仪器内部钻井泥浆通道；73为随钻测井仪器的牙轮钻头；74为垂直磁场分量发射线圈；75为水平磁场分量发射线圈；76为水平磁场分量发射线圈；77为垂直磁场分量接收线圈；78为水平磁场分量接收线圈；79为水平磁场分量接收线圈。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

本发明的井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向系统，包括：地面控制和数据采集处理子系统、井筒数据传输通讯子系统、井下多分量地球物理测量仪器、井下耐高温高精度光纤惯性导航子系统四部分组成。耐高温高精度光纤惯性导航子系统测量出井下多分量地球物理测量仪器运动时的加速度和角速度，通过惯性系统进行解算，得到井下多分量地球物理测量仪器的加速度和角速度信息，通过连接井下多分量地球物理测量仪器的光电复合缆将数据上传至地面控制和数据采集处理子系统，经由地面控制和数据采集处理子系统对光纤惯性导航子系统上传的信息进行处理，得到井下多分量地球物理测量仪器在数据采集作业时的实时的位置、速度和姿态信息。本发明充分利用了耐高温高精度光纤惯性导航传感技术，其具备：抗干扰能力强，可靠性高，测量精度高，实时性高，误差较小，不受井筒深度，井筒内状况，井下含磁性钢质套管、含磁性钢质钻铤、提升钢丝绳或铠装光电复合缆打滑、弹性伸长、蠕动等的影响等优点。

本实施例给出了井下多分量地球物理测量仪器的五种实现形式：分别如图1所示的井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器结构，如图2所示的井下单级综合地球物理数据采集系统，如图3所示的多级阵列式综合地球物理数据采集系统，如图6所示的单级综合地球物理梯度数据采集系统，如图7所示的三分量发射三分量接收随钻感应测井仪器。

如图1所示为本发明的井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器结构示意图，包括：井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器外壳11，阵列感应测井仪器的三分量电磁发射线圈12，光纤惯导定位定向系统3，阵列感应测井仪器的三分量电磁接收线圈14，阵列感应测井仪器的垂直电场分量接收用不极化电极15，连接井下多分量仪器的铠装光电复合缆5。

光纤惯导定位定向系统3安装在三分量电磁发射线圈12和阵列三分量电磁接收线圈14之间，用于实时测量记录井下该三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器在作业过程中的所有测点的实时方位和位置坐标信息，并通过铠装光电复合缆5把该三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器测量到的井下三分量感应电磁数据一起实时上传到井口的测井仪器车1里的计算机里存储起来，便于在后续的数据处理。

如图2所示，本发明的井下单级综合地球物理数据采集系统，包括：井下单级综合地球物理数据采集系统外壳21，光纤惯导定位定向系统3，连接井下多分量仪器的铠装光电复合缆5，三分量重力传感器27和三分量磁场传感器28。

光纤惯导定位定向系统3安装在单级综合地球物理数据采集系统的三分量重力传感器27和三分量磁场传感器28之间，用于实时测量记录井下单级综合地球物理数据采集系统在作业过程中的所有测点的实时方位和位置坐标信息，并通过铠装光电复合缆5把阵列感应测井仪器测量到的井下三分量电磁感应数据一起实时上传到井口的测井仪器车1里的计算机里存储起来，便于后续的数据处理。

如图3所示，本发明的多级阵列式综合地球物理数据采集系统，至少包括2个单级综合地球物理数据采集系统，多个单级综合地球物理数据采集系统串联。

图1、2、3所示的测井仪器还包括：32位模数转换电路和存储器6、光电转换模块31，通过32位模数转换电路将采集到的信号转换成数字信号并同步存储在存储器里面，同时将转换后的数字信号通过光电转换模块31转变成光信号，然后利用铠装光电复合缆5将转换后的光信号传输到地面的多通道控制和数据接收单元17进行质量监控。

本实施例中提供多级阵列式综合地球物理数据采集系统的两种地偶极电流源布设方式，分别为：如图4所示的地面偶极电流源发射天线41，与如图5所示的地面大回线发射线圈51；当地面布设的偶极电流源发射天线41或地面布设的大回线发射线圈51工作时，实时测量记录井下多级阵列式三分量重力和三分量磁场复合地球物理数据采集仪器在作业过程中的所有测点的实时方位和位置坐标信息，并通过铠装光电复合缆5把多级阵列式综合地球物理数据采集系统测量到的井下三分量重力和三分量电磁感应数据一起实时上传到井口的测井仪器车1里的计算机里存储起来，便于后续的数据处理。地面布设的大回线发射线圈51通过地面发射车2驱动。

针对地球物理梯度数据采集，本发明以单级综合地球物理数据采集系统为例，如图6所示为本发明的井下单级综合地球物理梯度数据采集系统，包括：单级综合地球物理梯度数据采集系统外壳61，光纤惯导定位定向系统3，连接井下多分量仪器的铠装光电复合缆5，三分量重力传感器67和三分量磁场传感器68。光纤惯导定位定向系统3安装在井下综合地球物理梯度数据采集系统里的三分量重力传感器67和三分量磁场传感器68之间，用于实时测量记录单级综合地球物理梯度数据采集系统在作业过程中的所有测点的实时方位和位置坐标信息，并通过铠装光电复合缆5把井下单级综合地球物理梯度数据采集系统测量到的井下三分量重力梯度和三分量磁场梯度数据一起实时上传到井口的测井仪器车1里的计算机里存储起来，便于后续的数据处理。

如图7所示，本发明的井下三分量发射三分量接收随钻感应测井仪器，包括：随钻测井仪器外壳70，随钻测井仪器内传感器固定支架71，随钻测井仪器内部钻井泥浆通道72，随钻测井仪器的牙轮钻头73，光纤惯导定位定向系统3，连接光纤惯导传感器装置的32位模数转换电路和存储器6，耐高温高精度恒温晶振或芯片级原子钟4，垂直磁场分量发射线圈74，第一水平磁场分量发射线圈75，第二水平磁场分量发射线圈76，垂直磁场分量接收线圈77，第一水平磁场分量接收线圈78，第二水平磁场分量接收线圈79。

光纤惯导定位定向系统3安装在三分量随钻感应测井仪器里的三分量磁场分量发射线圈74、75、76和三分量磁场接收线圈77、78、79之间，耐高温高精度恒温晶振或芯片级原子钟4安装在光纤惯导定位定向系统3下方。光纤惯导定位定向系统3用于实时测量记录三分量随钻感应测井仪器在钻井作业过程中的所有测点的实时方位和位置坐标信息，连接光纤惯导传感器装置的32位模数转换电路和存储器6将实测的井下多分量地球物理数据和测量仪器里的多分量传感器的实时位置、速度和姿态信息通过模数转换电路转换成数字信号后存储在存储器里，高精度的恒温晶振或芯片级原子钟给其记录的实时位置、速度和姿态信息进行授时。

随钻仪器从井筒里取出来后，把存储在随钻多分量地球物理测量仪器里面的井下实测的多分量地球物理数据、多分量传感器的实时位置、速度和姿态信息传输到地面控制和数据采集处理子系统里，便于后续的数据处理。

本发明通过井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器为例，对本发明的测井仪器工作原理进行说明；如图8所示是本发明的井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器和地面控制激发与数据接收系统原理框图。包括：光纤惯导定位定向系统3，连接井下多分量仪器的铠装光电复合缆5，为阵列感应测井仪器的三分量电磁发射线圈12，阵列感应测井仪器的三分量电磁接收线圈14，阵列感应测井仪器的垂直电场分量接收用不极化电极15，地面大电流源控制激发单元16，地面多通道控制和数据接收单元17，光电转换模块31以及多通道32位模数转换电路和存储器6；其工作原理如下：当井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器下到井底可以开始采集数据时，安装在仪器中部的光纤惯导定位定向系统3同步开始测量并记录井下仪器此时的实时方位、位置和倾角并实时传输到地面多通道控制和数据接收单元17。地面大电流源控制激发单元16通过铠装光电复合缆5开始向井下三分量发射三分量阵列接收感应测井仪器的三分量电磁发射线圈12发送预先设置好的激励电流，使发射线圈产生三分量激励磁场，同时阵列感应测井仪器的三分量电磁接收线圈14开始同步接收三分量发射线圈发射的激励电流所产生的三分量一次(激励)磁场信号，此时地层在三分量激励磁场信号下产生的二次感应电流，二次感应电流在三分量接收线圈里产生二次感应磁场。同时阵列感应测井仪器的垂直电场分量接收用不极化电极对15测量三分量发射线圈发射的激励磁场所产生的一次垂直电场信号，以及地层在三分量激励磁场信号下产生的二次感应电流场的信号。三分量磁场传感器(线圈)和垂直电场分量传感器(不极化电极对)采集到的电磁信号通过多通道32位模数转换电路和存储器6转换成数字信号并同步存储在存储器里面，同时将转换后的数字信号通过光电转换模块31转变成光信号，然后利用铠装光电复合缆5将转换后的光信号传输到地面的多通道控制和数据接收单元17进行质量监控(qc)和存储以便于后期的处理。

本实施例中的多分量地球物理数据可以是三分量可控源电场数据、三分量可控源磁场数据、三分量电阻率数据、三分量极化率数据、三分量重力数据、三分量磁场数据、三分量声波数据、三分量地震数据等。

所述耐高温高精度光纤惯性导航装置可以是干涉型光纤陀螺仪(i—fog)构成的惯导系统、谐振式光纤陀螺仪(r-fog)构成的惯导系统、受激布里渊散射光纤陀螺仪(b-fog)、构成的惯导系统光纤陀螺捷联惯导系统、光纤光栅捷联惯导系统、光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统中的一种。

本发明通过对井下每个测点进行多分量地球物理数据的采集并在同侧量点位置的使用高精度光纤惯性导航装置采集惯性导航数据。随后操作人员将井下多分量地球物理测量仪器移动到下一个预先设计好的测点位置进行数据采集作业直至完成井内所有测点的数据采集工作。

本发明的定位定向系统可以实现多每一个传感器的位置进行实时定位，在后续数据处理时根据实测的定位定向数据对不同深度位置采集的多分量数据进行旋转投影处理；具体数据处理过程如下：

s1、根据光纤惯导定位定向系统测量得到的井下多分量地球物理测量仪器的多分量传感器的倾角、方位角和倾向，对相应的多分量地球物理数据进行旋转处理；

对井下采集的所有多分量地球物理数据逐一进行旋转处理，使三分量地球物理数据的垂直分量垂直于水平地面，两个水平分量将变为一个水平分量为南北向，另一个水平分量为东西向。或者通过旋转处理使一个水平分量平行于地质体走向或既定剖面方向，另一个水平分量则垂直于地质体走向或剖面方向且与地面平行。

s2、根据步骤s1旋转处理后的多分量地球物理数据，提取与弹性性质有关的井中岩石或地层的三分量地震波速度数据、衰减系数和各向异性系数，提取与电磁特性有关的岩石或地层的三分量电阻率数据，提取与重力性质有关的岩石或地层的三分量重力值、密度参数，提取与地层磁性性质有关的岩石或地层的三分量磁性参数；

通过正演模拟和反演计算等步骤处理经过投影和旋转后的井中三分量可控源电场数据、三分量可控源磁场数据、三分量电阻率数据、三分量极化率数据、三分量重力数据、三分量磁场数据、三分量声波数据、三分量地震数据等，可以提取与弹性性质有关的井中岩石或地层的三分量地震波速度数据、衰减系数和各向异性系数，与电磁特性有关的岩石或地层的三分量电阻率数据，与重力性质有关的岩石或地层三分量重力数据、密度参数和与地层磁性性质有关的岩石或地层的三分量磁性参数。

s3、根据步骤s2提取的三分量地震波速度数据、三分量电阻率数据、三分量重力值、三分量磁场值进行反演成像，获取测点位置一定距离范围内的岩石或地层的弹性参数、电性参数、密度值和磁场强度的分布规律。

将井下各测点位置的三分量地震波速度值、三分量电阻率值、三分量重力值、三分量磁场值进行反演成像，获取测点位置一定距离范围内的岩石或地层的弹性参数、电性参数、密度值和磁场强度的分布规律。

根据得到的岩石或地层的速度值、电阻率值、密度值的分布规律，实现对测点位置一定范围内地质构造、岩石或地层含油气或高密度矿物分布特征和规律的解释与评价。根据得到的岩石或地层的磁场强度的分布规律，实现对测点位置一定范围内岩石或地层磁性矿物分布特征和规律的解释与评价。

利用本发明的井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向系统和数据处理方法，可以使井下多分量地球物理测量仪器探测测点位置下方更大范围内的地质构造、岩层或地层的速度、电阻率、密度和磁性矿物的分布规律，还可以提高对目标地质体的分辨能力，极大地降低各种人为噪音对综合地球物理测量数据的干扰，提高综合地球物理测量数据的信噪比，并能提供地层的产状信息，了解高密度或高磁性地质体的空间分布状态，并实现对储层或矿物的速度、电阻率、密度与磁性参数的综合解释与评价。对测量到的井中三分量地震数据、三分量和可控源电磁数据、三分量重力数据和三分量磁场数据进行相互约束反演或联合反演，可以获得测点位置一定范围内地质构造、岩石速度、电阻率、密度和磁性矿物或岩石孔隙中流体类型的更为可靠的分布和变化，极大降低单一地球物理数据处理解释结果的非唯一性。

利用本发明的井下多分量地球物理测量仪器的光纤惯导定位定向系统和数据处理方法，可以使井下多分量地球物理测量仪器探测测点位置下方更大范围内的地质构造、岩层或地层的速度、电阻率、密度和磁性矿物的分布规律，还可以提高对目标地质体的分辨能力，极大地降低各种人为噪音对综合地球物理测量数据的干扰，提高综合地球物理测量数据的信噪比，并能提供地层的产状信息，了解高密度或高磁性地质体的空间分布状态，并实现对储层或矿物的速度、电阻率、密度与磁性参数的综合解释与评价。对测量到的井中三分量地震数据、三分量和可控源电磁数据、三分量重力数据和三分量磁场数据进行相互约束反演或联合反演，可以获得测点位置一定范围内地质构造、岩石速度、电阻率、密度和磁性矿物或岩石孔隙中流体类型的更为可靠的分布和变化，极大地降低单一地球物理数据处理解释结果的非唯一性。

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