disba

disba：分层面波频散

使用 disba 计算 1D 各向同性分层模型的频散和灵敏度核。 它是一个正演求解器；从原始波形中提取观测频散或执行层析成像，需要单独设计处理和反演流程。

模型和周期约定

• 提供四个长度相同的一维数组：厚度单位为km， Vp/Vs 单位为km/s，密度单位为g/cm³。按行排列的分层表必须 转置一次：PhaseDispersion(*model.T)。
• 不要使用 *zip(thickness, vp, vs, rho)：对于四层模型，它会悄无声息地 交换属性；其他层数则会产生错误的参数。
• 将最后一层视为半空间，并将其厚度设为 0.0。 其他层的厚度必须为正。即使库接受非零值，最后一层的厚度也不是有限的底部边界。
• 使用有限且为正、按升序排列的周期。密度必须为正；对于以下固体模型，要求 vs > 0 且 vp**2 > (4/3) * vs**2。保留测量单位和模型来源信息。

相速度和群速度

以下完整示例使用固体分层模型。第一次调用可能需要更长时间，因为 Numba 会编译求解器。

import numpy as np
from disba import PhaseDispersion, GroupDispersion

thickness = np.array([0.5, 1.0, 2.0, 0.0])  # km
vp = np.array([1.5, 2.5, 4.0, 6.0])          # km/s
vs = np.array([0.8, 1.4, 2.3, 3.5])          # km/s
rho = np.array([1.8, 2.0, 2.3, 2.6])         # g/cm³
periods = np.linspace(0.1, 5.0, 50)          # s, increasing

phase_solver = PhaseDispersion(thickness, vp, vs, rho)
group_solver = GroupDispersion(thickness, vp, vs, rho)
rayleigh = phase_solver(periods, mode=0, wave='rayleigh')
love = phase_solver(periods, mode=0, wave='love')
group = group_solver(periods, mode=0, wave='rayleigh')
period_s, phase_km_s = rayleigh.period, rayleigh.velocity

每个结果都是一个 DispersionCurve 命名元组，而不是速度数组。 请同时使用 result.period 和 result.velocity：不可用的根可能会被省略，尤其是高阶模态。 len(result) 统计的是元组字段数，而不是计算出的周期数；请使用 result.period.size。

请阅读频散曲线，了解绘图、 相速度/群速度转换、模态跟踪和频率转换。各向同性模型中的 Love 波 取决于 Vs、密度和层厚，而 Vp 不参与 SH 问题。模态的深度灵敏度取决于模型。

灵敏度核

继续使用上面的模型。调用时，将标量周期作为 t 或第一个位置参数传入；period= 不是受支持的关键字。

from disba import PhaseSensitivity

sensitivity = PhaseSensitivity(thickness, vp, vs, rho)
kernel_vs = sensitivity(1.0, mode=0, wave='rayleigh', parameter='velocity_s')
depth_km, dc_dvs = kernel_vs.depth, kernel_vs.kernel

其他参数还有 velocity_p、density 和 thickness。这些是以模型单位表示的数值导数。 在反演问题中使用前，请用小幅有限扰动检查灵敏度核；单个灵敏度核无法确定唯一的深度分辨率。

为参数研究准备模型

请阅读速度模型准备，了解形状、 单位和物理约束检查、表格转置，以及显式的正演模型函数。请审慎提供密度和 Vp 的估算值；不要悄无声息地将 Vs 剖面转换为未经校准的密度模型。该参考文档中的固体模型验证器 不适用于水层；流体层和 Love 波的边界条件需要单独处理。

对于不完整的曲线，请记录模态、波型、返回的周期范围和 求解器设置。仅在处理根搜索失败时捕获 disba.DispersionError，并保留诊断信息。不要抑制任意异常，也不要将格式错误的输入重新标记为不存在的模态。

验证与资源

示例于 2026-09-14 使用合成固体模型，通过 disba 0.7.0 和 NumPy 1.26.4 进行了检查。检查涵盖均匀介质的 Rayleigh 极限、分层相速度/群速度曲线、数值灵敏度，以及辅助工具的 CSV/绘图输出和故障诊断。这些检查不验证实测数据反演或流体层模型。

• 官方文档
• 0.7.0 版本的频散实现
• 0.7.0 版本的灵敏度实现
• scripts/dispersion_analysis.py：计算固体模型的频散、CSV 和可选图表。输入文本以 thickness vp vs rho 开头，后接以 km、km/s、km/s 和 g/cm³ 为单位的行。 CSV 列保留请求的周期；对于不可用的根，使用 NaN； 根搜索诊断信息会单独打印。内置的梯度/LVZ 密度估算仅为示例假设，并非 Gardner 定律。