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3.3 計算機仿真實例
為驗證小波變換方法在巖石聲波信號分析中的
有效性，確定最優小波基與分析尺度，利用本次巖
芯測試探頭對零激發信號(圖1)，采用不同類型小波
基對其進行不同尺度下的小波變換與重構，進而將
重構信號與原始信號進行誤差對比分析，最終確定
誤差最小的db4 小波為最優小波基，進行8 尺度小
波分析(詳細過程見作者[3]的研究)，分析結果如圖3
所示，由于屬高頻干擾，故圖中未列出第1，2 層小
波分量。
由圖3 可見，聲波信號通過小波變換后被分解
為不同頻帶通道的信號，彌補了傳統的Fourier 變換
時窗口大小不隨頻率變化而改變的缺陷，從而可以
分別對每個頻帶通道的信號進行獨立分析。
(a) D3(時域) (b) D3(頻域)
(c) D4(時域) (d) D4(頻域)
A
A/104
A
A/104

第 26 卷增1 俞縉，等. 基于小波變換的巖芯卸荷擾動聲學反應分析 . 3561 .

A/10 4
AA

A

(e) D5( 時域) (f) D5( 頻域)
A
A/10 4
(g) D6( 時域) (h) D6( 頻域)
A/10 4
(i) D7( 時域) (j) D7( 頻域)
A/10 4
600 200 400
f/kHz
(k) D8( 時域) (l) D8( 頻域)
圖3 超聲激發信號的小波變換
Fig.3 Wavelet transformation of acoustic exciting wave signal of transducer

表2 XND16 孔巖芯特征和測試結果
Table 2 Characters of rock cores and testing results in
borehole XND16

巖芯卸荷擾動聲學反應分析

本次研究對巖芯進行了大量的聲波信號小波分
析，現以XND16 孔(角礫巖)為例具體分析。該孔巖
芯特征與測試結果見表2。

運用db4 小波基，對各巖芯聲波信號進行8 尺
度小波分析。因結果圖數量很大，本文僅列出第5
層分析結果，如圖4 所示。

由表2、圖4 可以看出，XND16–4，XND16–7
樣品強度較低，波速與巖體測井波速相比有明顯降
低。其聲波信號的第5 層小波分量波動幅度明顯低
于其余巖芯，頻譜上只在200 kHz 上有微弱起伏，350 kHz 處之后的波動已經巖芯濾波作用衰減干凈。
觀察巖芯，XND16–4 樣品含兩組裂隙，夾角10°～
50°，微閉～微張，局部發育小溶孔；XND16–7
樣品含一組緩傾裂隙，泥質膠結。其余巖芯強度、

巖石聲波參數測試儀

HS-YS4A

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