地震勘探仪器前放的作用及增益参数选择

韩学义

（东方地球物理公司大港物探处仪器中心 天津 大港）

0 引言

随着地震勘探采集的规模扩大，同一个项目勘探部署的面积也逐渐增加，在同一个工区内往往存在强弱不同的干扰波，甚至同一个工区的某一个小范围内、或者不同的时间段内，都会有强弱不同的干扰。为了得到准确的地震信号，就需要灵活使用仪器采集技术，达到装备、技术和成本的高度统一，“多、快、好、省”的完成地震采集任务。

1 前置放大器及作用

由于检波器输出的信号中既有有效地震波，又有许多干扰波（如面波、微震等），经过电缆后又增加了静电干扰和工频干扰。这样的信号如果直接送到采样开关进行采样，非有效波会严重的破坏地震信号的真实性。为了提高采样开关输出信号的信噪比，设置了放大地震信号和去除干扰信号的前置放大器（以下简称前放）。

1.1 前放原理简述

通常情况下，前放包括输入保护（也称输入匹配）、放大器、滤波器等三部分，现代24位地震仪器都使用了数字滤波器，但仍可划分为三部分：

（1）protection（输入匹配）：接收检波器通过电缆送来的信号，提高整个仪器的输入阻抗，提供阻抗匹配和抑制共模干扰。

（2）pre-amp（增益）：对输入信号进行可选增益（400系列仪器有两个增益参数g1和g2）放大，是整台仪器噪音指标的关键，不同增益有不同的噪音。

（3）filter（滤波）：包括低截止滤波器和高截止滤波器，较早的仪器还包括陷波滤波器（如50Hz陷波器），用于滤除低频干扰和采样时将要产生假频的高频干扰。最后将放大的地震信号送入模数转换器。

1.2 前放的作用

（1）起到阻抗匹配的作用。

（2）滤除输入信号中的低频和高频干扰，同时消除或抑制由检波器串引入的共模干扰。

（3）对输入信号进行可选固定增益的差模线性放大，使得经过前放放大的最小信号达到采样开关可采样的最低电平。对于不同的前放增益，其电路允许输入的最大不失真信号和入口噪声是不同的，因此对于不同的前放增益有不同的动态范围。

2 前放增益的选择

以428XL为例说明前放增益的选择。428XL具有两个前放增益可供选择，分别是G1600和G400。两个增益参数对应的入口噪音、允许的最大不失真输入信号和动态范围如表1所示。

表1 428XL动态范围与噪音信号

428XL在选择增益G1600时，具有前所未有的动态范围，高达131dB；而G400尽管动态范围较低，但需要检波器的灵敏度较低（符合并联检波器串组合），拾取的检波器噪音较低，允许的入口噪音较低。所以在野外噪音较大时选择增益G1600，保证有较大的动态范围；在野外噪音较小时选择增益G400，尽管损失一点动态范围，但可以降低震源能量，节约成本。

实际上，增益选择应谨慎使用较高的增益，如428XL仪器选择G400（放大倍数等于4），因为放大器的最大输出为1.6V，则允许输入的最大信号为1.6/4＝0.4V＝400mV。此时如有更大的信号输入（如近炮点地震道或大噪音），将会使放大器过载。放大器过载则发生谐波畸变，叠加在正常的地震信号上，使地震数据的信噪比（分辨率）降低。因此大增益参数一定要慎用。

通过以上分析，笔者认为，选择仪器增益参数的最终目的是保持仪器的动态范围、尽可能的压制噪音干扰，所以仪器增益应灵活选择。

（1）在施工设计前应充分调查工区的噪音状况。因为在不同的工区，存在不同程度的噪音，在设计采集参数时，根据不同工区的噪音选择不同的仪器增益。

（2）同一个工区内，不同测线也具有不同的噪音。根据噪音所处的位置大小，选择不同的增益。

（3）在采集过程不同的时间段内，排列的噪音也不尽相同。如OBC采集时，涨潮、退潮和平潮状态下，噪音大小是不同的；在陆地采集时，天气忽然风起，噪音增加等等。同样根据噪音大小的不同，选择不同的仪器增益参数。

3 结论

理论上讲，增益参数的选择应以最大输入信号不至使放大器输出畸变为原则。同时，前放增益参数选择对资料品质和生产效益有着密切的关系。无论何时何地，都应该遵循选择前放增益的基本规律根据实际情况来确定前放参数。

如用428XL仪器采集时，排列噪音较小时，应选择G400，同时在保证目的层反射波的前提下，减少震源能量。这时既保持了信号低噪音，完成了地质任务，同时又降低了生产成本；相反，在排列噪音较大时，选择G1600，同时适当增加震源能量保证目的层反射波，同时压制干扰，保持较强的信噪比。对于428XL仪器，在不“吝啬”震源能量的情况下，应尽量选择G1600，因为在此增益参数下，仪器具有较大的动态范围。

[1]1sercel.428XL5.0User'SManual（Vol.1）.2011（资料）

[2]长春地质学院石油物探仪器教研室编.地震勘探仪器原理[M].北京：地质出版社，1985