CN210488007U - 三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其涉及地球物理勘探技术领域，装置包括：间隔预设距离的第一采集单元和第二采集单元，分别均包括：三分量重力采集装置，三分量磁场采集装置，三分量姿态采集装置；三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元，其基于三分量重力采集装置采集的三分量重力数据、三分量磁场采集装置采集的三分量磁场数据等得到井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。本申请能在井中水平地或者垂直地进行三分量重力和三分量磁场的测量，进而再进一步计算水平或垂直的重力梯度场和磁力梯度场。

Description

三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置。

背景技术

井下重力测量是指在钻井、竖井中进行重力测量，以及在矿区的坑道中进行的重力测量。在钻井和竖井中的重力测量主要研究重力垂直分量随深度的变化，该变化是由地下密度不均匀体的变化所引起的。坑道中的重力测量原理与地面重力测量相类似，可提供坑道附近横向密度变化的信息。在尺寸较大的竖井或者坑道中进行地下重力测量时，可采用常规的地面重力仪；而钻井中的地下重力测量则必须采用井中重力仪。限于井孔的直径以及环境条件，要求钻井重力仪具有直径小，可承受较高的温度及压力的变化，并能适应与铅垂线有一定偏离的条件下进行测量。

井中重力仪主要有两种类型：一种设计原理与陆上重力仪相同，经缩小改装后装在常平架上，仪器外径从100mm～150mm不等，恒温温度100℃～200℃，仪器灵敏度0.03～0.05重力单位，测量精度0.1重力单位，井斜不超过14°时，仍可保持水平。另一种为振弦井中重力仪，这类仪器测量精度近0.1重力单位。如ESS0型振弦重力仪，在实际工作中，每个测点读4次数，所需总时间约20分钟，其外径102mm，恒温温度保持在125℃。井中重力仪已向全自动读数方向发展，灵敏系统在井中的调平、定向、开闭和读数都靠微机控制。井中重力仪所测定岩层的视密度精度达到0.01g/cm3，孔隙度精度可达0.5％，已广泛应用在金属矿与油气田的勘探与开发中。井中重力测量系统一般包括地面仪器和井中仪器两部分。地面仪器主要是控制系统和能够精确控制下井深度的绞盘，受使用环境的限制较小。而井中仪器的工作环境非常复杂，井中重力仪的性能要满足井温、井压、井径、井斜等因素的严苛需求，另外测量时间因为直接影响效率也是井下重力仪的重要指标。井中重力仪的发展要滞后于地面重力仪。

井中三分量磁力仪是用于井中测量地磁场三个正交矢量沿井轴深度变化的地质仪器，由于深入到地下测量磁场，能取得地面仪器无法探测到的信息，解决更为隐蔽的地质问题。目前三分量磁力仪主要是用来验证地面磁场异常，发现钻探孔旁和孔底的磁性矿体。所谓三分量是指在不同深度点上水平面内的两个地磁场分量X、Y和一个垂直分量Z。一般采用重力方向和钻孔的倾斜方向来确定这个测量空间坐标系。但目前现有的三分量磁力仪是将磁敏元件安装在活动的框架上，当探管倾斜后，在重力作用下，靠机械系统来保持测量系统的坐标系，造成测量不准确。而且三分量磁力仪的结构复杂、可靠性低，只能进行井下定位点测。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，能够解决目前世界上正在使用的几款井中重力仪和井中磁力仪的不足，其能在钻井、竖井、斜井、矿区的巷道或水平井中水平地或者垂直地进行三分量井中重力和磁场的测量，进而再进一步获取水平或垂直的重力梯度场值和磁力梯度场值。

本实用新型实施例的具体技术方案是：

一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置包括：

间隔预设距离的第一采集单元和第二采集单元，所述第一采集单元和所述第二采集单元分别均包括：三分量重力采集装置，三分量磁场采集装置，三分量姿态采集装置；

与所述第一采集单元和所述第二采集单元中的所述三分量重力采集装置、所述三分量磁场采集装置和所述三分量姿态采集装置相电性连接的三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元，所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元基于所述第一采集单元和所述第二采集单元中的所述三分量重力采集装置采集的三分量重力数据、所述三分量磁场采集装置采集的三分量磁场数据和所述三分量姿态采集装置采集的三分量姿态和位移数据得到井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。

优选地，所述三分量重力采集装置包括用于测量重力沿X轴方向的重力加速度的X轴重力传感单元、用于测量重力沿Y轴方向的重力加速度的Y轴重力传感单元和用于测量重力沿Z轴方向的重力加速度的Z轴重力传感单元；

所述X轴重力传感单元、所述Y轴重力传感单元、所述Z轴重力传感单元为沿三轴正交布设的MEMS类型的或冷原子类型的重力传感单元；

所述三分量磁场采集装置包括用于测量沿X轴方向磁场值的X轴磁场传感单元、用于测量沿Y轴方向磁场值的Y轴磁场传感单元和用于测量沿Z轴方向磁场值的Z轴磁场传感单元；

所述X轴磁力传感单元、所述Y轴磁力传感单元、所述Z轴磁力传感单元为沿三轴正交布设的磁通门类型的或冷原子类型的磁场传感单元；

所述三分量姿态采集装置包括用于测量X轴方向的姿态和位移的X轴姿态传感单元、用于测量Y轴方向的姿态和位移的Y轴姿态传感单元和用于测量Z轴方向的姿态和位移的Z轴姿态传感单元；

所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置还包括：连接在所述第一采集单元和所述第二采集单元之间的放大器、模数转换和数据存储单元，所述放大器、模数转换和数据存储单元与所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元相连接，所述放大器、模数转换和数据存储单元用于对所述第一采集单元和所述第二采集单元输出的模拟信号进行放大、模数转换和数据存储，所述放大器、模数转换和数据存储单元能对不少于18通道的信号进行放大和32位模数转换。

优选地，所述三分量重力采集装置还包括第一基座、固定安装在所述第一基座中部的第一安装体、套设在所述第一安装体外的第一外壳，所述第一外壳与所述第一基座之间螺纹连接，所述第一安装体至少具有三个侧面，所述X轴重力传感单元、所述Y轴重力传感单元和所述Z轴重力传感单元分别安装在所述第一安装体的三个侧面上，所述X轴重力传感单元、所述Y轴重力传感单元和所述Z轴重力传感单元之间两两相互正交。

优选地，所述三分量磁场采集装置还包括第二基座、固定安装在第二基座中部的第二安装体、套设在所述第二安装体外的第二外壳，所述第二外壳与所述第二基座之间螺纹连接，所述第二安装体至少具有三个侧面，所述X轴磁场传感单元、所述Y轴磁场传感单元和所述Z轴磁场传感单元分别安装在所述第二安装体的三个侧面上，所述X轴磁场传感单元、所述Y轴磁场传感单元和所述Z轴磁场传感单元之间两两相互正交。

优选地，所述三分量姿态采集装置还包括第三基座、固定安装在第三基座中部的第三安装体、套设在所述第三安装体外的第三外壳，所述第三外壳与所述第三基座之间螺纹连接，所述第三安装体至少具有三个侧面，所述X轴姿态传感单元、所述Y轴姿态传感单元和所述Z轴姿态传感单元分别安装在所述第三安装体的三个侧面上，所述X轴姿态传感单元、所述Y轴姿态传感单元和所述Z轴姿态传感单元之间两两相互正交。

优选地，所述三分量重力采集装置、所述三分量磁场采集装置和所述三分量姿态采集装置沿一直线相连接，所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置的上端连接有铠装电缆，所述铠装电缆用于与地面仪器车相连接以传送操作指令和传输数据。

优选地，所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元包括：校正单元，所述校正单元用于将所述三分量重力采集装置采集的井下三分量重力数据、所述三分量磁场采集装置采集的井下三分量磁场数据结合所述三分量姿态和位移数据进行旋转校正，以转换成不同深度位置处的相同方位的三分量重力数据和三分量磁场数据；

重力梯度场获取装置，所述重力梯度场获取装置用于将所述不同深度位置处的相同方位的三分量重力数据根据两点之间的重力垂直或水平分量差除以两点之间的距离计算出井下重力垂直或水平梯度值，进而根据所有所述井下重力垂直或水平梯度值得到井下重力垂直梯度场和/或井下重力水平梯度场；

磁力梯度场获取装置，所述磁力梯度场获取装置用于将所述不同深度位置处的相同方位的三分量磁场数据根据两点之间的磁场垂直或水平分量差除以两点之间的垂直或水平距离计算出井下磁场垂直或水平梯度值，进而根据所有所述井下磁场垂直或水平梯度值得到井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置可以在直井中不同深度下的同一位置同步进行三分量下的重力测量、三分量下的磁场测量，进而得到垂直重力梯度分量和垂直磁场的梯度分量；也可以在水平井中水平地进行的三分量下的重力测量、三分量下的磁场测量，进而得到水平重力梯度场的两个水平梯度分量和水平磁力梯度场的两个水平梯度分量。在井中不同位置进行的三分量下的重力和磁力测量能够研究同一位置同一时刻的重力和磁力的垂直分量和水平分量在不同的深度位置(沿装置在井中移动轨迹)上的变化。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型实施例中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中三分量重力采集装置外壳透视图；

图3为本实用新型实施例中三分量重力采集装置的爆炸图；

图4为本实用新型实施例中三分量重力采集装置中不同轴重力传感单元组合结构示意图；

图5为本实用新型实施例中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置作业时的示意图；

图6为本实用新型实施例中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取方法的流程图。

以上附图的附图标记：

1、三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置；2、三分量姿态采集装置；3、三分量磁场采集装置；4、三分量重力采集装置；41、X轴重力传感单元；42、Y轴重力传感单元；43、Z轴重力传感单元；44、第一基座；45、第一安装体；46、第一外壳；5、转换和数据存储单元；6、多芯信号总线；7、铠装电缆；8、地面仪器车；10、第一采集单元；20、第二采集单元。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够解决目前世界上正在使用的几款井中重力仪和井中磁力仪的不足，能在钻井、竖井、矿区的巷道或井中水平地或者垂直地进行三分量井中重力和磁场的测量，进而再进一步获取水平或垂直的重力梯度场和磁力梯度场，在本申请的实施例中提出了一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，图1为本实用新型实施例中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置的结构示意图，如图1所示，本实施例中的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1可以包括：在竖直方向上间隔预设距离的第一采集单元10和第二采集单元20，所述第一采集单元10和所述第二采集单元20分别均包括：三分量重力采集装置4，三分量磁场采集装置3，三分量姿态采集装置2；与所述第一采集单元10和所述第二采集单元20中的所述三分量重力采集装置4、所述三分量磁场采集装置3和所述三分量姿态采集装置2相电性连接的三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元，所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元基于所述第一采集单元10和所述第二采集单元20中的所述三分量重力采集装置4采集的三分量重力数据、所述三分量磁场采集装置3采集的三分量磁场数据和所述三分量姿态采集装置2采集的三分量姿态和位移数据得到井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。

其中，所述三分量重力采集装置4包括用于测量重力沿X轴方向的重力加速度的X轴重力传感单元41、用于测量重力沿Y轴方向的重力加速度的Y轴重力传感单元42和用于测量重力沿Z轴方向的重力加速度的Z轴重力传感单元43；所述X轴重力传感单元41、所述Y轴重力传感单元42、所述Z轴重力传感单元43为沿三轴正交布设的MEMS类型的或冷原子类型的重力传感单元；

所述三分量磁场采集装置3包括用于测量沿X轴方向磁场值的X轴磁场传感单元、用于测量沿Y轴方向磁场值的Y轴磁场传感单元和用于测量沿Z轴方向磁场值的Z轴磁场传感单元。所述X轴磁力传感单元、所述Y轴磁力传感单元、所述Z轴磁力传感单元为沿三轴正交布设的磁通门类型的或冷原子类型的磁场传感单元。尤其当X轴磁力传感单元、所述Y轴磁力传感单元、所述Z轴磁力传感单元为冷原子类型的磁场传感单元时，其具有极高的灵敏度、稳定性以及潜在的高精度，其测量精度能够达到μGal量级。

所述三分量姿态采集装置2包括用于测量X轴方向的姿态和位移的X轴姿态传感单元、用于测量Y轴方向的姿态和位移的Y轴姿态传感单元和用于测量Z轴方向的姿态和位移的Z轴姿态传感单元；所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1还包括：通过多芯信号总线6依次连接在所述第一采集单元10和所述第二采集单元20之间的放大器、模数转换和数据存储单元5，所述放大器、模数转换和数据存储单元5与所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元相连接，所述放大器、模数转换和数据存储单元5用于对所述第一采集单元10和所述第二采集单元20输出的模拟信号进行放大、模数转换和数据存储，所述放大器、模数转换和数据存储单元5能对不少于18通道的模拟信号进行放大和32位模数转换。

本申请中的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1通过每一个采集单元中三分量重力采集装置4中的X轴重力传感单元41、Y轴重力传感单元42和Z轴重力传感单元43采集三分量重力数据，通过三分量磁场采集装置3中的X轴磁场传感单元、Y轴磁场传感单元和Z轴磁场传感单元采集三分量磁场数据，通过三分量姿态采集装置2中的X轴姿态传感单元、Y轴姿态传感单元和Z轴姿态传感单元采集姿态和位移数据，然后通过三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元对上述三分量重力数据、三分量磁场数据以及三分量姿态和位移数据进行分析处理，从而得到井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。

本申请的井下三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1里设置有上下两套分离独立的第一采集单元10和第二采集单元20，以及一个共用的放大器、模数转换和数据存储单元5。上述结构可以在只使用一个三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1的情况下，除了直接采集两套采集单元位置处的三分量重力、三分量磁场、三分量姿态数据外，还可以计算出两套采集单元之间的三分量重力梯度场和三分量磁力梯度场。同一个外壳里面安装两套采集单元和一套放大器、模数转换和数据存储单元5可以大大的节省仪器的成本，降低系统的功耗，优化仪器的加工制造，简化井下作业的难度。一只(级)三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1在垂直井里面作业时，可以直接测量装置中第一采集单元10和第二采集单元20位置的三分量重力、三分量磁场数据和三分量姿态数据，计算重力梯度垂直分量和磁场梯度垂直分量；在斜井或水平井里面作业，则可以直接测量装置中第一采集单元10和第二采集单元20位置的三分量重力、三分量磁场数据和三分量姿态数据，计算重力梯度垂直分量和两个水平分量，磁场梯度垂直分量两个水平分量。当在井下放入用铠装电缆7连接在一起的多只(级)第一采集单元10和第二采集单元20时，全套装置可以同时测量装置里面的第一采集单元10和第二采集单元20位置的三分量重力和三分量磁场数据，计算第一采集单元10和第二采集单元20之间的重力梯度垂直分量和两个水平分量，磁场梯度垂直分量和两个水平分量，极大的提高井中三分量重力数据及其梯度数据和三分量磁场数据及其梯度数据的采集效率，大幅度降低生产作业成本。

本申请中的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1可以在直井中不同深度下的同一位置同步进行三分量重力测量、三分量磁场测量，进而得到垂直重力梯度场和垂直磁力的梯度场；也可以在水平井中水平地进行的三分量重力测量、三分量磁场测量，进而得到水平重力梯度场和水平磁力梯度场。在井中不同位置进行的三分量重力和三分量磁力测量能够研究同一位置同一时刻的重力和磁力的垂直分量和水平分量在不同的深度位置(沿装置在井中移动轨迹)上的变化。

为了能够更好的了解本申请中的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，第一采集单元10和第二采集单元20中的三分量重力采集装置4、三分量磁场采集装置3和三分量姿态采集装置2沿一直线相连接，第一采集单元10和第二采集单元20中的三分量重力采集装置4、三分量磁场采集装置3和三分量姿态采集装置2排列顺序可以相反。三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1整体大致呈圆筒状，其上端和下端具有部分椭圆体状的导向部，如此可以便于装置下入井中。

图2为本实用新型实施例中三分量重力采集装置外壳透视图，图3为本实用新型实施例中三分量重力采集装置的爆炸图，图4为本实用新型实施例中三分量重力采集装置中不同轴重力传感单元组合结构示意图，三分量重力采集装置4包括用于测量重力沿X轴方向的重力加速度的X轴重力传感单元41、用于测量重力沿Y轴方向的重力加速度的Y轴重力传感单元42和用于测量重力沿Z轴方向的重力加速度的Z轴重力传感单元43。三分量重力采集装置4还可以包括第一基座44、固定安装在第一基座44中部的第一安装体45、套设在第一安装体45外的第一外壳46，第一外壳46与第一基座44之间螺纹连接，第一安装体45至少具有三个侧面，X轴重力传感单元41、Y轴重力传感单元42和Z轴重力传感单元43分别安装在第一安装体45的三个侧面上，X轴重力传感单元41、Y轴重力传感单元42和Z轴重力传感单元43之间两两相互正交。在本实施方式中，第一基座44可以呈圆柱状，第一基座44的底座可以开设有多个螺纹孔，该螺纹孔用于通过螺栓螺丝等固定第一安装体45。第一基座44的侧壁上具有外螺纹，第一外壳46下端的内侧壁具有内螺纹，两者之间通过螺纹相连接。第一安装体45的横截面呈正方形，其具有四个侧面，相邻侧面之间呈90度夹角，每一个侧面上具有螺纹孔，每一个侧面通过螺纹孔安装重力传感单元。X轴重力传感单元41与Y轴重力传感单元42安装在相邻的侧面上。由于第一外壳46和第一基座44使得重力传感单元均密封在内部，因此可以使得该装置下到高温高压的井里采集井中三分量重力和三分量磁场数据。

三分量重力采集装置4是一种基于深硅刻蚀技术、高精度电容位移传感技术和微弱信号检测技术的重力传感芯片为核心的三轴井中重力传感单元而组成的三分量井中重力仪。

每一个重力传感单元均为MEMS类型或冷原子类型的重力传感单元，具体而言，每一个重力传感单元包括固定在PCB板上的微机电(MEMS)重力传感芯片、弱信号检测专用集成电路(ASIC)芯片和其他元器件组成。第一外壳46的顶部具有通孔，以用于电源及信号的输入和输出。微机电(MEMS)重力传感芯片是硅基一体化弹簧-质量块系统，通过微纳加工工艺对硅晶圆进行整体高准直度深槽刻蚀形成。重力传感芯片中重力检验的质量块的大小对仪器机械热噪声的高低起决定性作用，而深硅加工工艺可以加工出更厚的硅质量块体(500μm)，相较传统表面工艺(10μm—100μm)可在同样的面积内获得更大的质量块。另外，该重力传感芯片的设计和加工充分利用硅材料比金属更加优秀的机械性能、稳定性和可大批量、高精密加工的优势，在达到与金属弹簧相对重力传感器相当性能的前提下，还可以做到更小的体积、更短的加工周期和更低的成本。重力传感芯片因重力变化产生的位移由芯片上集成的高精度变面积式阵列差分电容位移传感器感知，并经弱信号检测电路转换成电压信号。

三分量磁场采集装置3包括用于测量沿X轴方向磁场值的X轴磁场传感单元、用于测量沿Y轴方向磁场值的Y轴磁场传感单元和用于测量沿Z轴方向磁场值的Z轴磁场传感单元。磁场采集装置还可以包括第二基座、固定安装在第二基座中部的第二安装体、套设在第二安装体外的第二外壳，第二外壳与第二基座之间螺纹连接，第二安装体至少具有三个侧面，X轴磁场传感单元、Y轴磁场传感单元和Z轴磁场传感单元分别安装在第二安装体的三个侧面上，X轴磁场传感单元、Y轴磁场传感单元和Z轴磁场传感单元之间两两相互正交。第二基座、第二安装体和第二外壳的结构可以和第一基座44、第一安装体45和第一外壳46的结构相类似，在此不再赘述。三分量磁场传感单元为磁通门式高精度耐高温磁场传感器或冷原子类型的磁场传感器，由三个独立的高精度耐高温磁通门式磁场传感器或冷原子类型的磁场传感单元构成，这三个通门式磁场传感器安置固定在一个三轴结构上共同组成一个相互正交的三分量磁场传感器单元。

三分量姿态采集装置2包括用于测量X轴方向的姿态和位移的X轴姿态传感单元、用于测量Y轴方向的姿态和位移的Y轴姿态传感单元和用于测量Z轴方向的姿态和位移的Z轴姿态传感单元。三分量姿态采集装置2用于测量三分量重力采集装置4和三分量磁场采集装置3在不同位置进行采集数据时三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1的三分量姿态和位移数据，由于井下三分量重力采集装置4和三分量磁场采集装置3在测量时的姿态可能是随机的，需要把所有测点的三分量重力值和三分量磁场值转换到一个统一的坐标体系下去，因此需要知道在每个测点上井下三分量重力采集装置4和三分量磁场采集装置3在测量三分量重力值和测量三分量磁场值时的实际姿态，才能对该测点的实测三分量重力值和三分量磁场值进行转换，安置在三分量重力采集装置4和三分量磁场采集装置3之间的三分量姿态采集装置2就能提供在任意测点上三分量重力采集装置4和三分量磁场采集装置3的实际三分量姿态数据。三分量姿态采集装置2还可以包括第三基座、固定安装在第三基座中部的第三安装体、套设在第三安装体外的第三外壳，第三外壳与第三基座之间螺纹连接，第三安装体至少具有三个侧面，X轴姿态传感单元、Y轴姿态传感单元和Z轴姿态传感单元分别安装在第三安装体的三个侧面上，X轴姿态传感单元、Y轴姿态传感单元和Z轴姿态传感单元之间两两相互正交。第三基座、第三安装体和第三外壳的结构可以和第一基座44、第一安装体45和第一外壳46的结构相类似，在此不再赘述。

三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元与每一个采集单元中的三分量重力采集装置4、三分量磁场采集装置3和三分量姿态采集装置2相电性连接，三分量重力、三分量磁力梯度场计算单元可以与三分量重力采集装置4、三分量磁场采集装置3和三分量姿态采集装置2安装在一起，也可以安装在井外的地面仪器车8中。三分量重力、三分量磁力梯度场计算单元基于三分量重力采集装置4采集的三分量重力数据、三分量磁场采集装置3采集的三分量磁场数据和姿态采集装置采集的三分量姿态和位移数据得到井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。三分量重力、三分量磁力梯度场计算单元可以包括：校正单元，校正单元用于将三分量重力采集装置4采集的三分量重力数据、三分量磁场采集装置3采集的三分量磁场数据结合姿态和位移数据进行旋转校正，以转换成不同深度位置处的三分量重力数据和三分量磁场数据；重力梯度场获取装置，重力梯度场获取装置用于将不同深度位置处的三分量重力数据根据两点之间的重力垂直或水平分量差除以两点之间的垂直或水平距离计算出井下重力垂直或水平梯度值，进而根据所有井下重力垂直或水平梯度值计算井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量；磁力梯度场获取装置，磁力梯度场获取装置用于将不同垂直深度位置处的三分量磁场数据根据两点之间的磁场垂直或水平分量差除以两点之间的垂直或水平距离计算出井下磁力垂直或水平梯度值，进而根据所有井下磁力垂直或水平梯度值计算井下磁力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量。

在一种优选的实施方式中，三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元还可以包括：密度参数计算单元，密度参数计算单元用于根据不同垂直深度位置处的三分量重力数据通过正演和反演计算处理提取与地层重力性质有关的岩石或地层密度参数；磁性参数计算单元，磁性参数计算单元用于根据不同垂直深度位置处的三分量磁场数据通过正演和反演计算处理提取与地层磁性性质有关的岩石或地层磁性参数；密度值分布规律获取单元，密度值分布规律获取单元用于基于与地层重力性质有关的岩石或地层密度参数、井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量进行反演成像获取井周径向范围内的岩石或地层密度值分布规律；磁性分布规律获取单元，磁性分布规律获取单元用于基于与地层磁性性质有关的岩石或地层磁性参数、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量进行反演成像获取井周径向范围内的岩石或地层磁性分布规律。

在一种更为优选的实施方式中，三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元还可以包括：分析单元，分析单元用于根据井周径向范围内的岩石或地层密度值分布规律、井周径向范围内的岩石或地层磁性分布规律对井周围的岩石或地层含油气或高密度矿物或高磁性矿物特征进行解释或评价。

在本申请的实施例还提出了一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取方法，图6为本实用新型实施例中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取方法的流程图，该三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取方法可以包括以下步骤：

图5为本实用新型实施例中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置作业时的示意图，如图5所示，通过绞车系统将三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1下入至井中，该井可以包括直井、水平井或具有一定倾斜度的斜井，在井中的待测井段按照预设的点距规则逐点采集井中三分量重力数据、三分量磁场数据和三分量姿态和位移数据。三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置1的上端连接有铠装电缆7，铠装电缆7用于与地面仪器车8相连接以传输信号与数据，同时相邻的采集单元之间连接有铠装电缆7，以使得相邻采集单元之间保持信号数据通讯和预设距离。

预设的点距规则可以是间隔固定距离，也可以是间隔不同的距离。若三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元安装在井外的地面仪器车8中，则将数据通过铠装电缆7实时传输至地面仪器车8里的三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元中或用计算机将该数据进行记录。

将三分量重力采集装置4采集的三分量重力数据、三分量磁场采集装置3采集的三分量磁场数据结合三分量姿态和位移数据进行旋转校正，以转换成不同垂直深度位置处的相同方位的三分量重力数据和三分量磁场数据。具体可以为：根据三分量姿态和位移数据中的倾角、方位角和倾向计算重力和磁力的三分量参数。例如，根据倾角、方位角和倾向计算重力和磁力的垂直分量参数和/或水平分量参数；即将在此测量深度位置测得的三分量重力值和磁力值依据此位置三分量姿态传感器提供的倾角、方位角和倾向进行旋转处理。其中，首先把测量的三分量重力值和磁力值旋转到倾角为零度的位置，此时重力和磁力的垂直分量将变为垂直于地平面的，测量到的两个相互正交的水平重力分量和磁力分量变为平行于地平面；然后根据此测点的方位角将前述旋转后的三分量重力值和磁力值旋转到方位角为零度的位置，此时重力和磁力的两个水平分量将变为一个水平分量为南北向的，另一个水平分量为东西向的，而垂直分量仍然保持垂直于水平地面。在该步骤中通过旋转校正从而消除测点上方地层对测点位置的重力值和磁场值的影响。

将不同垂直深度位置处的相同方位的三分量重力数据根据两点之间的重力垂直或水平分量差除以两点之间的垂直或水平距离计算出井下重力垂直或水平梯度值，进而根据所有井下重力垂直或水平梯度值计算井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度的两个水平梯度分量。当下入井中的铠装电缆7上安装有两个采集单元时，将不同垂直深度位置处的三分量重力数据根据两点之间的重力垂直或水平分量差除以两个采集单元之间的垂直或水平距离计算出井下重力垂直梯度值或水平梯度值，进而根据所有井下重力垂直梯度值或水平梯度值计算井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平分量。

将不同深度位置处的相同方位的三分量磁场数据根据两点之间的磁场垂直或水平分量差除以两点之间的垂直或水平距离计算出井下磁场垂直或水平梯度值，进而根据所有井下磁场垂直或水平梯度值计算井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度的两个水平分量。

根据不同深度位置处的三分量重力数据通过正演和反演计算处理提取与地层重力性质有关的岩石或地层密度参数。

根据不同深度位置处的三分量磁场数据通过正演和反演计算处理提取与地层磁性性质有关的岩石或地层磁性参数。

基于与地层重力性质有关的岩石或地层密度参数、井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量进行反演成像获取井周径向范围内的岩石或地层密度值分布规律。井中重力测量是通过在一系列井中测点停放井中重力仪从而探测重力随深度变化(即重力垂直梯度)的一种井中地球物理方法，其目的在于研究地球质量和地球平均密度。相对于地表重力测量，井中重力仪可以深入到地球重力场源内部，因此能够检测到场源引起的微小的重力变化。近年来，随着重力测量精度与分辨率的不断提高，井中重力测量已经广泛地应用于油气勘探，储集层评价，储层监测及流体性质识别等方面。重力对密度异常体的响应特征是井中重力测量的基础问题之一，重力异常将被反演成地质数据，如岩性变化、孔隙带分布等等，这些离不开重力对引起地层密度变化的各种可能响应的充分认识，因此在井中重力资料反演工作中离不开正演工作的开展。

当三分量重力采集装置深入到地表以下，随着深度的增加将无限接近地球重力场源直至进入场源内部，此时基本重力计算公式由于存在测点与场源点距离为“0”而失效(忽略井筒效应)。井中重力测量的原理与地面高精度测量相似，都是测量重力加速度垂直分量的变化。然而，进行井中重力测量时是被限制在地面以下的垂直方向。井中重力测量不同于其它测井所采用的连续测量方法，它是通过在井中一系列测点上停放仪器进行测量、读数，获得不同深度上的重力值。仪器在井中测得的重力变化受下列因素影响：

(1)自由空气效应FZ，它使得重力值随测井深度增大而增大。

(2)中间层效应b，即横向密度均匀分布的水平层状介质引起的引力影响。

(3)异常密度分布的重力效应，它表明地壳中未构成水平均匀密度层的其它质量所引起的重力影响，称之为布格重力异常△g_a。

(4)地表或海底地形的重力效应△g_t。

(5)与井眼有关的例如井径、套管、泥浆等引起的重力效应△g_b。

综上所述，井中任意一点的重力值g均等于以下公式，即

g＝g₀+FZ+b+△g_a+△g_t+△g_b

式中：g₀表示井中重力值；重力场垂直梯度F＝0.3086Gal/m；Z表示井下重力测点深度(以井口基准面算起)；△g/△z＝F－4πGρ_Aveb＝－4πgρ_Avez表示井中间层效应；ρ_Ave＝G∑p_iz_i/∑△z表示加权平均密度；G为引力常数。

对上式求导数，并取有限量形式表示重力梯度时，可写出以下形式，即

△g/△z＝F－4πGρ_Ave+△g_a/△z+△g_t/△z+△g_b/△z

上式中最右端的三项均为很小的值，所以可以忽略不计，上述公式便可简化为：△g/△z＝F－4πGρ_Ave

由此可得：ρ_Ave＝(F－△g/△z)/4πG

上式为利用井中重力测量结果计算测点间地层密度的公式。当测点间为水平均匀地层时，上式给出的是该地层的实际密度值。在实际计算时，常采用实用公式，即

ρ_Ave＝3.68－11.926△g/△z；

式中，△g表示井中任意两个测点间的重力差值，单位为mGal；△z表示井中任意两个测点间的距离，单位为m；ρ_Ave为井中任意两个测点间的间隔密度，单位是g·cm^-3。

井中重力数据反演就是利用三分量重力采集装置在井中各点实测的重力值，在消除各种影响因素后，通过反演过程来求取出该测点附近一定厚度(△z)地层或岩层的平均密度值ρ_Ave。

其中，基于与地层重力性质有关的岩石或地层密度参数、与地层磁性性质有关的岩石矿物或地层磁性参数、井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量进行约束反演或联合反演成像获取井周径向范围内的岩石矿物或地层的密度参数和磁性参数的分布规律。对井下测量到的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，可以获得更为可靠的井周围一定范围内岩石矿物密度或岩石孔隙中流体密度和钻井周围岩石矿物的磁性的分布和变化，极大的降低单一地球物理数据处理解释结果的多解性或非唯为一性。单一地球物理参数(比如重力值或磁场强度)的测量的结果，在处理解释时都存在多解性或非唯一性。即不同埋深、不同大小、不同的物性参数(比如密度或磁化率)的地下地质体都可以在地面上产生完全一样的重力异常或磁力异常，用两种不同的物性参数去反演地下的地质体，可以大大的减少地质体解释结果的多解性或非唯一性。约束反演是指在地球物理反演过程中，对求解的参数模型提供变化范围的约束，如物性变化的上下限；或对参数模型中的部分参数赋予已知条件，如物性参数、已知点深度参数或已知地质体厚度参数等，这种有约束的反演称为约束反演。联合反演(joint inversion)是指同时对两种或两种以上的地球物理场进行反演，求取一个使所有参加反演的地球物理观测值都满足的统一的地质模型，这种方法称为联合反演。参加联合反演的不同类型的观测值要有相容的应用前提。联合反演有重磁联合反演、重力地震联合反演。用通过重力异常所确定的高密度异常体的几何尺寸和埋深来进行磁异常体的约束反演，即在固定高磁导率异常体的几何尺寸和埋深与重力异常体一样的条件下，来仅仅反演高磁性异常体的磁导率。联合反演具体是把重力异常值和磁力异常值放到同一个目标函数里，求取一个参加反演的重力和磁力观测值都满足的统一的地质异常体模型。

基于与地层磁性性质有关的岩石或地层磁性参数、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量进行反演成像获取井周径向范围内的岩石或地层磁性分布规律。与上述步骤相同，水平层状磁性地层或岩层在井中任意位置的磁场强度值可以根据解析公式准确的计算出来，井中该测点的磁场强度值是测点附近地层或岩层的磁性参数或磁化率和地层或岩层埋深与厚度的函数。井中磁场数据反演就是利用井中磁场传感器在井中各点实测的磁场值，在消除各种影响因素后，通过反演过程来求取出该测点附近一定厚度(△z)地层或岩层的平均磁性参数或磁化率。其中，基于与地层重力性质有关的岩石矿物或地层密度参数、与地层磁性性质有关的岩石矿物或地层磁性参数、井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场两个水平梯度分量进行约束反演或联合反演成像获取井周径向范围内的岩石矿物或地层的密度参数和磁性参数的分布规律。

根据井周径向范围内的岩石或地层密度值分布规律、井周径向范围内的岩石矿物或地层磁性分布规律对井周围的岩石矿物或地层含油气或高密度矿物或高磁性矿物特征进行解释或评价，并且推断处井周围含油气储层或高密度矿物或高磁性矿物的几何分布范围和体积，进而计算处含油气储层的油气总储量和高密度矿物或高磁性矿物总重量。其中，通过反演计算出井周围地层或岩层的密度的分布特征和高密度或低密度地层或岩层的几何分布范围和体积时，可以计算出地层或岩层里油气资源的饱和度，然后根据地层或岩层的孔隙度，计算出地层或岩层里总的含油或含气量，或者计算出高密度矿物的总重量。当通过反演计算出井周围地层或岩层的磁性参数或磁化率分布特征和高磁性地层或岩层的几何分布范围和体积时，可以计算出地层或岩层里高磁性矿物的总重量。

常规的重力勘探所观测、研究的是天然的地球重力场，由于地表附近直至地球深处都存在着物质密度分布的不均匀，所以重力勘探相对来说具有较为经济和勘探深度大两个优点。而井中重力测量是采用专用的井中重力仪，沿钻孔测量重力随深度的变化，在下套管或未下套管的钻孔中均可进行，其测量结果可得出钻孔周围一定范围内岩石密度的变化。重力勘探可以解决以下任务﹕1、研究地壳深部构造﹔研究区域地质构造﹐划分成矿远景区；2、掩盖区的地质填图﹐包括圈定断裂﹑断块构造﹑侵入体等；3、广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油﹑天然气﹑煤)，4、查明区域构造，确定基底起伏﹐发现盐丘﹑背斜等局部构造；5、普查与勘探金属矿床(铁﹑铬﹑铜﹑多金属及其他)，主要用于查明与成矿有关的构造和岩体，进行间接找矿；6、也常用于寻找大的﹑近地表的高密度矿体，并计算矿体的储量；工程地质调查，如探测岩溶，追索断裂破碎带等。

在井中进行的三分量重力和三分量磁力测量可以研究同一位置同一时刻的重力和磁力的垂直分量和水平分量在不同的垂直深度位置(沿装置在井中移动轨迹)上的变化，该变化是由地下密度和地下磁性不均匀体(岩石矿物或岩石孔隙中的流体)的垂向和横向位置的变化所引起的。井中三分量重力随深度的变化可以用来计算钻井周围的三分量重力场的变化，通过井中三分量重力场的变化计算推断出钻井周围一定范围内岩石矿物密度或岩石孔隙中流体密度的变化，从而用于研究区域地质构造、勘探固体矿产和油气资源、以及对进入开采期的油气田进行地下流体分布变化的长期动态监测。井中磁测是地面磁测向地下的延伸，井中三分量磁场随深度的变化可以用来计算钻井周围岩石的磁性的变化，主要用于划分磁性岩层，寻找盲矿等，其资料对地面磁测起印证和补充作用。另外，还可以了解地下岩石磁性不均匀性，进而推断地壳结构和构造、洋底生成和演化历史，以及勘查大陆边缘地区的矿产分布。

本实用新型的井中三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置及其获取方法可以探测待测井段井周围更大范围内的岩石矿物层或地层的密度和磁性分布规律，还可以提高对目标地质体的分辨能力，极大地降低地面各种人为噪音对井下三分量重力和三分量磁力测量数据的干扰，提高井下三分量重力和三分量磁力测量数据的信噪比，并能提供地层的产状和井眼偏移的信息，并实现对储层参数的综合解释与评价。另外，本申请中的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置可以下到高温高压井里采集井中三分量重力和三分量磁场数据，一举克服了目前世界上正在使用的井下重力数据采集仪器和井下磁场数据采集仪器不能在高温井里同时作业的困难。对井下测量到的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更为可靠的井周围一定范围内岩石矿物密度或岩石孔隙中流体密度和钻井周围岩石的磁性的分布和变化，极大的降低单一地球物理数据处理解释结果的多解性或非唯为一性。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置包括：

间隔预设距离的第一采集单元和第二采集单元，所述第一采集单元和所述第二采集单元分别均包括：三分量重力采集装置，三分量磁场采集装置，三分量姿态采集装置；

与所述第一采集单元和所述第二采集单元中的所述三分量重力采集装置、所述三分量磁场采集装置和所述三分量姿态采集装置相电性连接的三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元，所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元基于所述第一采集单元和所述第二采集单元中的所述三分量重力采集装置采集的三分量重力数据、所述三分量磁场采集装置采集的三分量磁场数据和所述三分量姿态采集装置采集的三分量姿态和位移数据得到井下重力垂直梯度分量和/或井下重力水平梯度场的两个水平梯度分量、井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。

2.根据权利要求1所述的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量重力采集装置包括用于测量重力沿X轴方向的重力加速度的X轴重力传感单元、用于测量重力沿Y轴方向的重力加速度的Y轴重力传感单元和用于测量重力沿Z轴方向的重力加速度的Z轴重力传感单元；

所述X轴重力传感单元、所述Y轴重力传感单元、所述Z轴重力传感单元为沿三轴正交布设的MEMS类型的或冷原子类型的重力传感单元；

所述三分量磁场采集装置包括用于测量沿X轴方向磁场值的X轴磁场传感单元、用于测量沿Y轴方向磁场值的Y轴磁场传感单元和用于测量沿Z轴方向磁场值的Z轴磁场传感单元；

所述X轴磁力传感单元、所述Y轴磁力传感单元、所述Z轴磁力传感单元为沿三轴正交布设的磁通门类型的或冷原子类型的磁场传感单元；

所述三分量姿态采集装置包括用于测量X轴方向的姿态和位移的X轴姿态传感单元、用于测量Y轴方向的姿态和位移的Y轴姿态传感单元和用于测量Z轴方向的姿态和位移的Z轴姿态传感单元；

所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置还包括：连接在所述第一采集单元和所述第二采集单元之间的放大器、模数转换和数据存储单元，所述放大器、模数转换和数据存储单元与所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元相连接，所述放大器、模数转换和数据存储单元用于对所述第一采集单元和所述第二采集单元输出的模拟信号进行放大、模数转换和数据存储，所述放大器、模数转换和数据存储单元能对不少于18通道的信号进行放大和32位模数转换。

3.根据权利要求2所述的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量重力采集装置还包括第一基座、固定安装在所述第一基座中部的第一安装体、套设在所述第一安装体外的第一外壳，所述第一外壳与所述第一基座之间螺纹连接，所述第一安装体至少具有三个侧面，所述X轴重力传感单元、所述Y轴重力传感单元和所述Z轴重力传感单元分别安装在所述第一安装体的三个侧面上，所述X轴重力传感单元、所述Y轴重力传感单元和所述Z轴重力传感单元之间两两相互正交。

4.根据权利要求2所述的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量磁场采集装置还包括第二基座、固定安装在第二基座中部的第二安装体、套设在所述第二安装体外的第二外壳，所述第二外壳与所述第二基座之间螺纹连接，所述第二安装体至少具有三个侧面，所述X轴磁场传感单元、所述Y轴磁场传感单元和所述Z轴磁场传感单元分别安装在所述第二安装体的三个侧面上，所述X轴磁场传感单元、所述Y轴磁场传感单元和所述Z轴磁场传感单元之间两两相互正交。

5.根据权利要求2所述的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量姿态采集装置还包括第三基座、固定安装在第三基座中部的第三安装体、套设在所述第三安装体外的第三外壳，所述第三外壳与所述第三基座之间螺纹连接，所述第三安装体至少具有三个侧面，所述X轴姿态传感单元、所述Y轴姿态传感单元和所述Z轴姿态传感单元分别安装在所述第三安装体的三个侧面上，所述X轴姿态传感单元、所述Y轴姿态传感单元和所述Z轴姿态传感单元之间两两相互正交。

6.根据权利要求2所述的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量重力采集装置、所述三分量磁场采集装置和所述三分量姿态采集装置沿一直线相连接，所述三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置的上端连接有铠装电缆，所述铠装电缆用于与地面仪器车相连接以传送操作指令和传输数据。

7.根据权利要求1所述的三分量重力梯度场、三分量磁力梯度场获取装置，其特征在于，所述三分量重力梯度场及三分量磁力梯度场计算单元包括：校正单元，所述校正单元用于将所述三分量重力采集装置采集的井下三分量重力数据、所述三分量磁场采集装置采集的井下三分量磁场数据结合所述三分量姿态和位移数据进行旋转校正，以转换成不同深度位置处的相同方位的三分量重力数据和三分量磁场数据；

重力梯度场获取装置，所述重力梯度场获取装置用于将所述不同深度位置处的相同方位的三分量重力数据根据两点之间的重力垂直或水平分量差除以两点之间的距离计算出井下重力垂直或水平梯度值，进而根据所有所述井下重力垂直或水平梯度值得到井下重力垂直梯度场和/或井下重力水平梯度场；

磁力梯度场获取装置，所述磁力梯度场获取装置用于将所述不同深度位置处的相同方位的三分量磁场数据根据两点之间的磁场垂直或水平分量差除以两点之间的垂直或水平距离计算出井下磁场垂直或水平梯度值，进而根据所有所述井下磁场垂直或水平梯度值得到井下磁力垂直梯度分量和/或井下磁力水平梯度场的两个水平梯度分量。

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