Detection of Contamination Levels Under Controlled Laboratory Conditions Using Ground Penetrating Radar and Miniature Electrical Resistivity Tomography. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Omar-Mrabet-Thesis-Report-202393850.pdf Restricted to Repository staff only until 10 June 2027. Download (11MB)

Arabic Abstract

يشكل تسرب الهيدروكربونات في البيئات الرملية مخاطر بيئية كبيرة، ويعتمد اكتشافه على خصائص الملوثات وظروف الطبقات الجوفية على حد سواء. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم فعالية الرادار المخترق لألرض والتصوير المقطعي بالمقاومة الكهربائية في الكشف عن السوائل الخفيفة غير المائية في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة. وقد تم تنفيذ نظامين تجريبيين. تضمنت الطريقة األولى استخدام أكياس رمل مشبعة بالديزل بدرجات تشبع متفاوتة، تم ترتيبها حول مصدر أنبوبي لمحاكاة عمود التلوث، باستخدام رادار اختراق األرض والتصوير المقطعي بالمقاومة الكهربائية. وفي حين نجح رادار اختراق األرض في الكشف عن الهياكل ًء محدودًا تحت السطحية، إال أنه فشل في التمييز بين مستويات التلوث، كما أظهر التصوير المقطعي بالمقاومة الكهربائية أدا بسبب التباين الكهربائي المنخفض داخل الوسط الرملي المبلل بمياه الصنبور. ثم تم تطوير نهج مح ّسن باستخدام الحقن المباشر للهيدروكربونات في الرمل غير المشبع بالماء المالح، حيث تم استخدام التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية بفاصل زمني لمراقبة تطور عمود التلوث. وأظهرت النتائج أن التصوير المقطعي بالمقاومة الكهربائية تتبع بشكل فعال انتقال الهيدروكربونات، وال سيما الديزل، الذي أنتج انحرافات قوية ومتسقة في المقاومة. وفي المقابل، أظهر البنزين استجابات أضعف بسبب حركته العالية وتقلبه. وأكدت اختبارات إضافية أن قابلية الكشف تتحكم فيها كل من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدروكربونات وظروف سوائل المسام، حيث تلعب الملوحة دو ًرا رئيسيًا في تعزيز التباين الكهربائي. بشكل عام، أثبت التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية بفاصل زمني فعاليته كطريقة لرصد التلوث بالهيدروكربونات في ظل الظروف المحددة لهذه الدراسة، بينما كان الرادار المخترق لألرض بمثابة أداة تكميلية لتصوير الطبقات الجوفية

English Abstract

Hydrocarbon leakage in sandy environments poses significant environmental risks, and its detection depends on both contaminant properties and subsurface conditions. This study aims to evaluate the effectiveness of Ground Penetrating Radar (GPR) and Electrical Resistivity Tomography (ERT) for detecting Light Non-Aqueous Phase Liquids (LNAPLs) under controlled laboratory conditions. Two experimental setups were developed and implemented. The first setup used diesel-saturated sandbags with varying saturation levels arranged around a pipe source to simulate a contamination plume, which was investigated using both GPR and ERT. While GPR successfully detected subsurface structures, it failed to distinguish among contamination levels, and ERT performed poorly due to the low electrical contrast within the sand medium wetted with tap water. A refined setup using direct hydrocarbon injection into saline-unsaturated sand was then developed, where time-lapse ERT was used to monitor plume evolution. The results showed that ERT effectively tracked hydrocarbon migration, particularly for diesel, which produced strong and coherent resistivity anomalies. In contrast, gasoline exhibited weaker responses due to its higher mobility and volatility. Additional tests confirmed that detectability is governed by both hydrocarbon physicochemical properties and pore fluid conditions, with salinity playing a key role in enhancing electrical contrast. Overall, time-lapse ERT proved effective method for monitoring hydrocarbon contamination under the specific conditions of this study, while GPR served as a complementary tool for subsurface imaging.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Thesis Advisor:	Sherif Mahmoud,
Thesis Committee Members:	Bassam Al-tawabini, Theis Solling,
Depositing User:	OMAR MRABET
Date Deposited:	11 Jun 2026 06:01
Last Modified:	11 Jun 2026 06:01
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144566