DETECTION OF SHALLOW SUBSURFACE CAVITIES USING 2D & 3D ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY ALONG THE RED SEA COAST, DUBA REGION, TABUK-SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF E-prints_Final_Complete_Thesis_Haroon.pdf Download (16MB) | Preview

Arabic Abstract

تربة صخرية ضعيفة و فراغات جوفية وجدت خلال تنفيذ اختبارات للتربة، حيث سيتم إنشاء مبنى على ساحل البحر الأحمر، منطقة ضبا- تبوك – المملكة العربية السعودية. بسبب ذلك، تولدت شكوك عن سلامة الصخورأسفل مستوى القواعد للمبنى المذكور. حالة التربة الباطنية على طول ساحل البحر الأحمر في المملكة العربية السعودية, هي تربة معقدة بسبب وجود طبقة جيرية مرجانية تعود باصلها لآخر العصور الجيولوجية. وجود مثل هذه الفراغات الجوفية والكهوف الطبيعية في الطبقة الجيرية يشكل خطرا شديدا للأعمال المتعلقة بالهندسة المدنية. وبما أن تحديد مدى حجم و امتداد الفراغات الجوفية المتواجدة في طبقة التربة القريبة من السطح، هو أمر يستنزف الكثيرمن المال و الوقت، تقرر تجميد البدء بأعمال الإنشاءات و الشروع بتنفيد دراسة جيوفيزيائية لفهم جيد لهذه التربة الغير متجانسة, وتحديد الأماكن التي من الممكن ان تكون عرضة لهبوطات أرضية في حال حدوث إنهيارات في الكهوف الجوفية أسفل قواعد المبنى المذكور. لذلك, تم الشروع بتنفيذ عملية مسح للتربة باستخدام تقنية قياس المقاومة الكهربائية لمساحة تقدر ب 4500 مترمربع، بهدف الحصول على صور بالأبعاد الثلاثية تظهرخصائص التربة الكهربائية لعمق يصل الى 15-20 متر، و لأجل ذلك تم أخذ القراءات من الموقع عبر نصب خطوط 2D متوازية و متساوية البعد بقدر 3.36 مترو بعدد اثنا عشر خط, بالإضافة لخطين 3D بشكل الحرف C على طول حدود المنطقة المذكورة. حيث تمت المحافظة على تباعد ثابت للأقطاب الكهربائية بقدر 1.6 متر لخطوط ال 2D و 2.5 متر لخطوط ال 3D , بهدف الحصول على صور عالية الدقة للتربة. بعد ذلك تمت معالجة وتحويل القراءات بإستخدام لوغاريتمات تحويل2D و 3D خاصة تقوم على البرمجة المسماة smoothness constrained least squares optimization routines ، بهدف تحويل ارقام المقاومة الظاهرية (pseudo-sections) الى أنموزج للتربة التحت- سطحية يحاكي الواقع ويمثل توزع متكامل ومتواصل لقيم المقاومة الكهربائية التي تمت معالجتها. قدمت قراءات المقاومة الكهربائية المعالجة صورة واضحة تظهر التربة المتفككة/المتفتتة و توزع المناطق الضعيفة بالاضافة لمستوى المياه الجوفية. بالمقارنة مع نتائج فحوصات الثقوب فإن المناطق المتفككة/المتفتتة تم تأكيدها من خلال الحصول على نتئج غير طبيعية وضعيفة لقيم ال RQD التي تم الحصول عليها خلال تنفيذ الثقوب (Boreholes). عدة مناطق ذات قيم مقاومة كهربائية ضعيفة وجدت و تم الحفرفيها لاحقا مما كشف عن عدة مناطق ضعيفة و sediment filled underground cavities تم اسقاط نتائج قياس المقاومة الكهربائية على الصور الجوية مما أظهر تطابق جيد مع المعالم الطوبوغرافية والتغييرات الحاصلة في جيولوجيا السطح. ان النتيجة التي تماستخلاصها من خلال عملية فحص التربة باستخدام تقنية قياس المقاومة الكهربائية اظهرت انها تقنية دقيقة و تتسم بالكفاءة في تحديد الفراغات الجوفية القريبة من السطح و عدم التجانس في التربة، و يجب اخذها بعين الإعتبار عند استكشاف مواقع ذات طبيعة جيولوجية معقدة.

English Abstract

Poor rock quality and subsurface voids were encountered during a geotechnical investigation for a building construction along the Red Sea coast, in Duba Region, Tabuk, Saudi Arabia. Because of this, there were concerns about the integrity of the rock formation beneath the foundations of the proposed building. The subsoil conditions along the Red Sea coast in Saudi Arabia are complex due to existence of coralline limestone beds of Quaternary Age. The existence of natural voids and cavities in subsurface limestone poses severe hazard for civil engineering activities. To determine the extent of shallow voids through drilling was costly and time intensive. The construction project was thus halted and a geophysical investigation was undertaken to understand such heterogeneity, and detect the areas prone to ground subsidence through the collapse of cavities beneath the footprint of the proposed construction site. The electrical resistivity survey was carried out for a rectangular area of approximately 4,500 m2, to obtain a 3D image of the electrical characteristics of the subsurface in the top 15-20 m. The field data set consisted of twelve equidistant parallel 2D transects spaced at 3.36 m and two C-shaped 3D electric profiles along the periphery of the investigated area. The electrode spacing was kept at 1.6 m for 2D and 2.5 m for 3D profiles, ensuring to capture high resolution image of the subsurface. The acquired data was processed and inverted using 2D and 3D inversion algorithms utilizing smoothness constrained least squares optimization routines, to convert the apparent resistivity pseudo-sections into a true resistivity model representing continuous distribution of calculated electrical resistivity in the subsurface. The inverted resistivity data provided a clear image of weathered soils, the distribution of weak zones and the water table. Several low resistivity areas were identified and drilling of such anomalous areas subsequently led to the discovery of several weak zones or sediment-filled underground cavities. The electrical resistivity imaging result proved precise and efficient in delineating shallow subsurface voids and soil heterogeneity and thus recommend to carry out electrical resistivity investigation for complex geological sites.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Construction Earth Sciences Physics
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Kaka, SannLin Ismail
Committee Members:	Al-Shuhail, Abdullatif and Al-Ramadan, Khalid
Depositing User:	MUHAMMAD H TAYYAB (g201301230)
Date Deposited:	27 Dec 2017 10:34
Last Modified:	31 Dec 2020 06:00
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140547