INTEGRATED ACTIVE AND PASSIVE SEISMIC IMAGING FOR SUBSURFACE CHARACTERIZATION OF JANA ISLAND, ARABIAN GULF, AND ASSESSMENT OF GROUNDWATER POTENTIAL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Omar_s_Thesis_desertation_FINAL.pdf Restricted to Repository staff only until 14 January 2027. Download (19MB)

Arabic Abstract

تُعد جزيرة جنا جزيرةً مرجانيةً صغيرة تقع قبالة الساحل في شمال الخليج العربي، حيث كشفت القياسات الهيدروغرافية الحديثة عن وجود كتلة مائية منخفضة الملوحة على نحو غير معتاد مقارنة بالظروف فائقة الملوحة السائدة في المنطقة. وتشير هذه الملاحظة إلى احتمال وجود تأثير لمياه عذبة تحت سطحية، في حين لا تتوفر أي بيانات جيولوجية أو جيوفيزيائية سابقة عن الجزيرة. تهدف هذه الرسالة إلى سد هذه الفجوة المعرفية من خلال تطبيق تكامل بين الطرق الزلزالية الفعالة والزلزالية الساكنة لتوصيف البنية تحت السطحية الضحلة لجزيرة جنا، وتقييم مدى قابلية هذه البنية لدعم تخزين المياه الجوفية أو انتقالها. تم تنفيذ مقطعين من الانكسار الزلزالي باستخدام مصدر فعال، ومعالجتهما من خلال قلب أزمنة الوصول الأولى لاشتقاق نماذج ثنائية الأبعاد لسرعات الموجات الأولية (P) في الطبقات العليا حتى أعماق عشرات الأمتار. وبالتوازي، جرى تحليل تسجيلات زلزالية سكونية استمرت 24 يومًا باستخدام تقنية التداخل بالضوضاء المحيطة لاستخراج تشتت موجات رايلي وبناء نموذج ثنائي الأبعاد لسرعات موجات القص (Vs) يمتد إلى أعماق تصل إلى عدة مئات من الأمتار. وتم تقييم موثوقية النماذج من خلال اختبارات التماثل، واختبارات الدقة، وتحليل فروق أزمنة الوصول المحسوبة والملاحظة. تُظهر نتائج الزلازل الفعالة بنيةً تحت سطحيةً ضحلةً متسقة تتكون من طبقة سطحية منخفضة السرعة تُفسَّر على أنها رواسب ضعيفة التماسك ويرجح تشبعها بالمياه، تعلوها طبقة متوسطة السرعة متوافقة مع مواد كربوناتية متشققة، يليها وحدات أعمق عالية السرعة تمثل حجرًا جيريًا أكثر تماسكًا. كما تشير الانخفاضات الموضعية في السرعة والمتوافقة مع مناطق التشقق إلى وجود تغاير بنيوي قد يعزز النفاذية تحت السطحية. أما نموذج سرعات موجات القص، والذي يتركز تفسيره بشكل رئيسي تحت عمق يقارب 100 متر بسبب حدود الدقة المرتبطة بالتردد، فيُظهر تنظيمًا جانبيًا للسرعات يتمثل في نطاق مركزي منخفض الصلابة تحيط به مناطق أعلى صلابة، مع ميل طفيف يتوافق مع الإطار الإقليمي للأحواض المائية المائلة باتجاه الخليج العربي. وعلى الرغم من أن هذه الدراسة لا تهدف إلى تأكيد وجود تصريف مباشر للمياه الجوفية إلى البحر، فإن النتائج الزلزالية المتكاملة تشير إلى توفر ظروف بنيوية وميكانيكية تحت سطحية تتوافق مع إمكانية تخزين المياه الجوفية وانتقالها. وعند ربط هذه النتائج بمشاهدات CTD التي توثق انخفاضًا موضعيًا في ملوحة المياه المحيطة بجزيرة جنا، توفر النماذج الزلزالية إطارًا جيوفيزيائيًا معقولًا لتفسير التأثير المحتمل للمياه العذبة تحت السطحية. وتمثل هذه الدراسة أول تحقيق جيوفيزيائي لجزيرة جنا، كما تضع أساسًا لدراسات مستقبلية هيدروجيولوجية وجيوفيزيائية في بيئات الجزر البحرية بالخليج العربي.

English Abstract

Jana Island is a small offshore coral cay in the northern Arabian Gulf where recent hydrographic measurements identified an anomalously low-salinity water mass that contrasts with the region’s typically hypersaline conditions. This observation suggests a possible subsurface freshwater influence, yet no prior geological or geophysical data exist for the island. This thesis addresses this gap by applying integrated active and passive seismic methods to characterize the shallow subsurface of Jana Island and assess whether its structure could plausibly support groundwater storage or transmission. Two active-source seismic refraction profiles were acquired and inverted using first-arrival traveltime tomography to produce two-dimensional P-wave velocity models of the upper tens of meters. In parallel, a 24-day passive seismic deployment was analyzed using ambient-noise interferometry to extract Rayleigh-wave dispersion and construct a two-dimensional shear-wave velocity (Vs) model extending to several hundred meters depth. Model reliability was evaluated through reciprocity checks, resolution tests, and traveltime misfit analysis. The active seismic results define a consistent shallow structure composed of a low-velocity near-surface layer interpreted as weakly consolidated, likely water-saturated sediments, underlain by an intermediate-velocity zone compatible with fractured carbonate material and deeper high-velocity limestone units. Localized low-velocity features aligned with interpreted fracture zones indicate structural heterogeneity that may enhance subsurface permeability. The passive Vs model, interpreted primarily below ~100 m depth due to resolution limits, reveals a laterally organized structure with a central low-stiffness zone flanked by higher-stiffness regions, gently inclined in a manner consistent with the regional basinward-dipping aquifer framework. Although this study does not directly confirm submarine groundwater discharge, the integrated seismic results indicate subsurface conditions compatible with groundwater storage and transmission. When considered alongside CTD observations documenting localized low-salinity waters around Jana Island, the seismic models provide a plausible geophysical context for subsurface freshwater influence. This work represents the first geophysical investigation of Jana Island and establishes a foundation for future hydrogeological and geophysical studies in offshore island settings of the Arabian Gulf.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Hanafy, sherif
Committee Members:	Al-Shuhail, Abdullatif and Ayranci, Korhan
Depositing User:	OMAR MAHMO ABDELTWAB (g202319890)
Date Deposited:	14 Jan 2026 12:18
Last Modified:	14 Jan 2026 12:18
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144027