Estimation of sand dune thickness using A vertical velocity profile

• Published in: Arabian journal for science and engineering. Section B, Engineering Vol. 29; no. 2A; pp. 145 - 153
• Main Author: al-Shuhayl, Abd al-Latif A.
• Format: Journal Article
• Language: Arabic; English
• Published: Dhahran, Saudi Arabia King Fahd University of Petroleum and Minerals 01.07.2004
• Subjects: Sand dunes; Seismic refraction method; Thickness measurement; أشكال الأرض; التنقيب الزلزالي; الكثبان الرملية
• ISSN: 1319-8025; 2191-4281

تشير الدراسات الحقلية و الرياضية السابقة إلى أن الكثبان الرملية قد تحتوي على مقطع سرعة عمودي (أي زيادة متصلة للسرعة مع العمق). لذلك فإن حساب سماكة الكثيب باستخدام طريقة الانكسار السيزمي التقليدية التي تفترض طبقة متوافقة عموديا من المحتمل أن تنتج أخطاء. الغرض من هذه الدراسة هو التقدير الكمي لتأثير مقطع السرعة العمودي في الكثيب الرملي على عملية تقدير السماكة باستخدام معلومات الانكسار السيزمي. أولا يتم حساب معلومات المسافة- الزمن (ف- ز) الخاص بالموجة المباشرة في الكثيب باستخدام مقطع السرعة العمودي س (ع) المشتق من نظرية هرتز- مندلين للتماسك. ثم يتم تقدير السماكة من معلومات (ف- ز) المحسوبة، الزمن الاعتراضي، و سرعة الطبقة الكاسرة للموجات في أسفل الكثيب بافتراض سرعة ثابتة للموجات في الكثيب. و يزداد الخطأ في السمك المقدر باستخدام فرضية السرعة الثابتة مع زيادة سمك و تناقص مسامية الكثيب. للكثبان الرملية ذات مساميات أعلى من 0.2 و سماكات أقل من 200 م، فإن الخطأ أقل من 15%. Previous field and mathematical studies have shown that sand dunes may have vertical velocity profiles (i.e., continuous increase of velocity with depth). Therefore, computing the dune’s thickness using conventional seismic refraction methods that assume a vertically homogeneous layer will likely produce some errors. The purpose of this study is to quantify the effect of the vertical velocity profile in a sand dune on the process of thickness estimation using seismic refraction data. First, the time-distance (T–X) data of the direct wave in the dune is calculated using a vertical velocity profile, V(z), derived from Hertz–Mindlin contact theory. Then, the thickness is estimated from the calculated T–X data, intercept time, and velocity of the refractor at the dune’s base assuming a constant velocity in the dune. The error in the estimated thickness due to the constant-velocity assumption increases with increasing thickness and decreasing porosity of the dune. For sand dunes with porosities greater than 0.2 and thicknesses less than 200 m, the error is less than 15%.