COMPARATIVE EVALUATION OF SHEAR WAVE VELOCITY PROFILING USING MASW AND SEISMIC TOMOGRAPHY IN EASTERN SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Final submission of Thesis) Thesis_ALI_ALMUALLIM_g200335970_FINAL_GS_Academics.pdf Restricted to Repository staff only until 10 May 2027. Download (21MB)

Arabic Abstract

يُعد القياس الدقيق لسرعة الموجات القصية (VS) في الطبقات السطحية عنصرا أساسيا في الدراسات الجيوتقنية وتقييم المواقع في كيفية استجابتها للموجات الزلزالية كما يمثل ركيزة أساسية في تصميم المنشآت الهندسية بصورة آمنة لا سيما في البيئات السبخية ذات التركيب الجيولوجي المعقد كما في المنطقة الشرقية من المملكة العربية السعودية. هذه الدراسة تهدف إلى إجراء مقارنة تطبيقية منهجية بين تقنيتين زلزاليتين مختلفتين هما: تحليل الموجات السطحية ذو القنوات المتعددة (MASW) والطريقة الأخرى هي التصوير المقطعي الزلزالي أو ما يسمى بالتوموغرافي وذلك باستخدام الموجات القصية. وهذه الدراسة نُفذت على امتداد مقطع طولي بطول 200 متر في منطقة تقع بالقرب من مطار الملك فهد الدولي بمدينة الدمام. ولضمان موضوعية المقارنة، طُبِّقت الطريقتان باستخدام نفس التوزيع الهندسي للمجسات الثلاثية تحت الظروف الميدانية ذاتها. في طريقة MASW تم توليد نموذج السرعة القصّية من خلال تحليل منحنيات التشتت المستخلصة من العلاقة بين التردد والطول الموجي، بينما أُنشئ نموذج التصوير المقطعي بالاعتماد الوصول الأول للموجات القصية وإجراء عملية انعكاس زمني لإعادة بناء توزيع السرعات في باطن الأرض. أظهرت النتائج توافقًا واضحًا بين النموذجين، حيث تم تحديد طبقة سطحية منخفضة السرعة تقل فيها قيم (VS) عن 400 م/ث وبسماكة تقارب 10–12 مترًا، تليها زيادة ملحوظة ومتقاربة في السرعة عند أعماق تتراوح بين 20 و25 مترًا. وقد تميزت طريقة MASW بقدرتها على إظهار التفاصيل الدقيقة للطبقات الضحلة حتى عمق يقارب 25–30 مترًا، في حين وفّر التصوير المقطعي نموذجًا يمتد إلى أعماق أكبر، مما أتاح تمثيلًا أوسع لنموذج السرعة تحت السطح. درجة التوافق بين النموذجين تعزز الثقة في النتائج المستخلصة بحيث تم تحديد السرعة على طول الطبقات الرئيسية بدقة على طول المقطع المدروس. وتؤكد نتائج هذه الدراسة أن كلًا من MASW والتصوير المقطعي بالموجات القصّية يقدّم منظورًا تكامليًا لفهم الطبقات القريبة من السطح، وأن الجمع بين الطريقتين يقدم تقييما دقيقا للطبقات في البيئات السبخية، بما يسهم في تحسين الدراسات الجيوتقنية وتقييم المخاطر الزلزالية في المنطقة الشرقية من المملكة العربية السعودية.

English Abstract

Accurate characterization of near-surface shear-wave velocity (VS) is essential for geotechnical evaluation, seismic site response assessment, and the safe design of infrastructure, particularly in the geologically complex sabkha environments of Eastern Saudi Arabia. This study presents a comparative investigation of two noninvasive seismic techniques—Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) and S-wave first-arrival refraction tomography—conducted along a 200-m profile near King Fahd International Airport. Both methods were applied using the same 3-component geophone array and field configuration to ensure consistency in evaluating their performance under identical conditions. MASW data provided dispersion information used to construct a shallow VS model, while tomography data were inverted to generate an S-wave velocity model suitable for comparison with MASW results. Both methods consistently identified a low-velocity near-surface layer with VS values below 400 m/s and an approximate thickness of 10–12 m, followed by a marked increase in velocity at depths of about 20–25 m. MASW resolved the shallow structure with high clarity within roughly the upper 25–30 m, whereas tomography contributed a broader velocity representation that extended deeper, allowing both models to be examined together for consistency of major subsurface features. The agreement between the two techniques strengthens confidence in the primary velocity boundaries observed along the profile. Overall, this comparative study demonstrates that MASW and S-wave tomography provide complementary perspectives on near-surface stiffness variations, and their combined interpretation enhances the reliability of subsurface characterization in sabkha terrains, supporting improved geotechnical and seismic hazard assessments in Eastern Saudi Arabia.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Thesis Advisor:	Abdullatif Al-shuhail,
Thesis Committee Members:	Ayman Al-lehyani, Sherif Mahmoud,
Depositing User:	ALI AL MUALLEM (g200335970)
Date Deposited:	11 May 2026 10:06
Last Modified:	11 May 2026 10:06
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144211