DOI: https://doi.org/10.18280/ijdne.210114
تاريخ النشر: 2026-01-31
المؤلف: Simon Kim Hui Law وآخرون
الموضوع الرئيسي: طرق الجيوفيزياء والجيوكهربائية
نظرة عامة
تتناول ورقة البحث التحديات المتعلقة بتوصيف الطبقات تحت السطحية في المناطق الكارستية، المعروفة بظروفها الجيوتقنية غير المتوقعة بسبب ميزات مثل التجاويف والحفر. غالبًا ما تفشل طرق التحقيق التقليدية في هذه البيئات. يقترح المؤلفون نهجًا جيوفيزيائيًا متكاملًا يجمع بين التصوير بالمقاومة الكهربائية (ERT)، وتحليل الموجات السطحية متعدد القنوات (MASW)، وتصوير الانكسار الزلزالي (SRT) مع بيانات الآبار لتعزيز فهم الظروف تحت السطحية. تركز الدراسة على تكوين الحجر الجيري في باو في ساراواك، ماليزيا، وتقيّم فعالية كل تقنية جيوفيزيائية في تحديد الميزات المرتبطة بعدم استقرار الكارست.
تشير النتائج الرئيسية إلى أن ERT بارع بشكل خاص في الكشف عن الشذوذات ذات المقاومة المنخفضة المرتبطة بمناطق الطين المشبعة والمناطق ذات المقاومة العالية التي تشير إلى التجاويف القريبة من السطح. يحدد SRT بفعالية هندسة رأس الصخر، كاشفًا عن تباين كبير في التموج والعمق، بينما يوفر MASW معلومات قيمة حول توزيع الصلابة ولكنه يفتقر إلى الدقة لتوصيف التجاويف بفعالية مثل ERT. يبرز دمج هذه الطرق، المدعوم بالتحقق من الآبار، التباين الشديد الجانبي للطبقات تحت السطحية، مع اختلافات ملحوظة في عمق رأس الصخر على مسافات قصيرة. تدعو الدراسة إلى سير عمل منظم للتحقيق في الموقع يستخدم التوصيف الجيوفيزيائي لتحديد مناطق عدم الاستقرار المحتملة، تليها تحقق مستهدف من الآبار، مما يحسن تصميم الأساسات واختيار الركائز في الأراضي الكارستية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التعقيدات المرتبطة بالأراضي الكارستية، التي تتميز بذوبان الصخور القابلة للذوبان مثل الحجر الجيري والدولوميت، مما يؤدي إلى تشكيل ميزات مثل الحفر والكهوف. تقدم هذه التكوينات الجيولوجية تحديات كبيرة للهندسة بسبب تباينها المكاني وإمكانية وجود تجاويف تحت السطح غير المكتشفة، مما يمكن أن يؤدي إلى فشل كارثي للبنية التحتية. غالبًا ما تفشل طرق التحقيق التقليدية، التي تعتمد بشكل أساسي على الآبار، في التقاط التوزيع غير المنتظم لميزات الكارست، مما يستلزم تطوير تقنيات كشف أكثر فعالية.
أظهرت التطورات الأخيرة في الطرق الجيوفيزيائية، بما في ذلك التصوير بالمقاومة الكهربائية (ERT)، وتصوير الانكسار الزلزالي (SRT)، وتحليل الموجات السطحية متعدد القنوات (MASW)، وعدًا في تحسين توصيف الطبقات تحت السطحية. ومع ذلك، يمكن أن تكون فعالية هذه الطرق تعتمد على الموقع، وقد تم الإشارة إلى قيودها عند استخدامها بشكل منفصل في الأدبيات. تهدف هذه الدراسة إلى دمج هذه التقنيات الجيوفيزيائية مع بيانات الآبار لتحسين تقييم الظروف تحت السطحية في منطقة الكارست في باو، كوتشينغ، ساراواك، ماليزيا. من خلال تقييم قدرات ERT وSRT وMASW بالتزامن مع الطرق التقليدية، تسعى البحث إلى تقليل المخاطر المرتبطة بالمخاطر المتعلقة بالكارست وتقديم نهج شامل لتوصيف الموقع يمكن تطبيقه في بيئات مماثلة على مستوى العالم.
طرق
تقيّم قسم المنهجية في الدراسة فعالية الطرق الجيوفيزيائية المتكاملة—التصوير بالمقاومة الكهربائية (ERT)، وتصوير الانكسار الزلزالي (SRT)، وتحليل الموجات السطحية متعدد القنوات (MASW)—في الكشف عن ميزات الكارست. تشير النتائج إلى أن ERT بارع بشكل خاص في تحديد مناطق الانزلاق المحتملة والميزات المتأثرة بالماء أو الطين داخل الطبقة السطحية، مع ارتباط جيد للمناطق ذات المقاومة المنخفضة مع الآبار الاستكشافية BH3 وBH4. يدعم هذا الفكرة القائلة بأن ERT تقنية موثوقة لرسم خرائط الاضطرابات المرتبطة بالكارست، خاصة حيث يوجد تباين كهربائي كبير بين مواد التعبئة والتربة المحيطة.
من ناحية أخرى، أظهر SRT قيودًا في الكشف عن التجاويف الصغيرة بسبب قيود الطول الموجي ولكنه كان فعالًا في تحديد واجهة الصخور الصلبة والطبقة السطحية الرخوة. يتماشى هذا مع الأبحاث السابقة التي تبرز التحديات المتعلقة بالعمق والدقة المرتبطة بالطرق المعتمدة على الانكسار. قدم MASW رؤى قيمة حول تباين الصلابة القريبة من السطح ولكنه كان الأكثر فعالية عند استخدامه بالتزامن مع ERT وSRT، بدلاً من كونه أداة مستقلة للكشف عن التجاويف. بشكل عام، تؤكد الدراسة على القوة التكميلية لهذه الطرق في توصيف الكارست، مع الإشارة أيضًا إلى تأثير ظروف الطبقة السطحية المحلية على فعالية الكشف.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسين في مقاييس الأداء، مثل الدقة والكفاءة، مقارنة بالنماذج الأساسية. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره 92%، متفوقًا على المعايير السابقة. تؤكد هذه النتائج فعالية النهج المقترح في معالجة مشكلة البحث وتساهم برؤى قيمة في هذا المجال.
مناقشة
تركز الدراسة على منطقة باو في ساراواك، ماليزيا، التي تتميز بتكوينات كارستية كبيرة نتيجة لذوبان الحجر الجيري. تشمل الإعدادات الجيولوجية تكوين الحجر الجيري في باو من العصر الجوراسي المتأخر إلى العصر الطباشيري المتأخر، والذي يتداخل مع الرمال الكلسية والخرسانة. المنطقة عرضة للهبوط بسبب ميزاتها الجيولوجية وقد انتقلت من الاستخدام الزراعي إلى التنمية الحضرية، مما يستلزم تحقيقات شاملة للموقع لأغراض البناء. استخدمت البحث ثلاث طرق جيوفيزيائية—التصوير بالمقاومة الكهربائية (ERT)، وتصوير الانكسار الزلزالي (SRT)، وتحليل الموجات السطحية متعدد القنوات (MASW)—بالإضافة إلى أخذ عينات من الآبار لتقييم الظروف تحت السطحية.
تكشف النتائج الرئيسية عن تباين جانبي كبير في الطبقات تحت السطحية، مع اختلافات بين التنبؤات الجيوفيزيائية والملاحظات من الآبار تُعزى إلى انحراف الآبار عن خطوط المسح. على سبيل المثال، توقع SRT عمق الصخور الصلبة بمقدار 12 مترًا بينما أشارت بيانات الآبار إلى 9 أمتار، مما يعكس تدرجًا حادًا يبلغ حوالي 21.4%. يبرز هذا التباين أهمية دمج الطرق الجيوفيزيائية مع أخذ عينات من الآبار التقليدية لتعزيز توصيف ميزات الكارست وتحسين تصميم الأساسات. تدعو الدراسة إلى هذا النهج المتكامل لتقليل خطر تجاهل المخاطر الضيقة المرتبطة بالكارست، مما يوفر أساسًا أكثر موثوقية للقرارات الهندسية في الأراضي الكارستية.
القيود
في هذا القسم، يناقش المؤلفون القيود الموجودة في الطرق الجيوفيزيائية المستخدمة في دراستهم. بينما أثبت دمج هذه الطرق فعاليته، فإن لكل طريقة قيودها الخاصة. بشكل ملحوظ، أظهرت طريقة تحليل الموجات السطحية متعدد القنوات (MASW) دقة منخفضة بعد عمق حوالي 10 أمتار، على الأرجح بسبب تضعيف الإشارة في المواد غير المتجانسة. تشير هذه القيود إلى أن MASW مناسب بشكل خاص للعمق الضحل.
لمعالجة التحديات المرتبطة بـ MASW، يقترح المؤلفون أن تتضمن الأبحاث المستقبلية تقنيات MASW عبر الثقوب، والتي قد تعزز الدقة. بالإضافة إلى ذلك، يبرزون أن طريقة تصوير الانكسار الزلزالي (SRT) أظهرت موثوقية أكبر في تحديد عمق الصخور الصلبة، مما يشير إلى علاقة تكاملية بين الطريقتين في التحقيقات الجيوفيزيائية.
DOI: https://doi.org/10.18280/ijdne.210114
Publication Date: 2026-01-31
Author(s): Simon Kim Hui Law et al.
Primary Topic: Geophysical and Geoelectrical Methods
Overview
The research paper addresses the challenges of subsurface characterization in karst regions, which are known for their unpredictable geotechnical conditions due to features like cavities and sinkholes. Traditional site investigation methods often fall short in these environments. The authors propose an integrated geophysical approach that combines Electrical Resistivity Tomography (ERT), Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW), and Seismic Refraction Tomography (SRT) with borehole data to enhance the understanding of subsurface conditions. The study focuses on the Bau limestone formation in Sarawak, Malaysia, and evaluates the effectiveness of each geophysical technique in identifying features associated with karst instability.
Key findings indicate that ERT is particularly adept at detecting low resistivity anomalies linked to saturated clay zones and high resistivity areas indicative of near-surface cavities. SRT effectively delineates the geometry of the rockhead, revealing significant undulation and depth variability, while MASW provides valuable information on stiffness distribution but lacks the resolution to characterize cavities as effectively as ERT. The integration of these methods, supported by borehole verification, highlights the extreme lateral heterogeneity of the subsurface, with notable variations in rockhead depth over short distances. The study advocates for a structured site investigation workflow that utilizes geophysical profiling to identify potential instability zones, followed by targeted borehole verification, thereby improving foundation design and pile selection in karst terrains.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the complexities associated with karst terrains, characterized by the dissolution of soluble rocks such as limestone and dolomite, leading to the formation of features like sinkholes and caverns. These geological formations present significant challenges for engineering due to their spatial variability and the potential for undetected subsurface cavities, which can result in catastrophic failures of infrastructure. Traditional site investigation methods, primarily reliant on boreholes, often fail to adequately capture the irregular distribution of karst features, necessitating the development of more effective detection techniques.
Recent advancements in geophysical methods, including Electrical Resistivity Tomography (ERT), Seismic Refraction Tomography (SRT), and Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW), have shown promise in enhancing subsurface characterization. However, the effectiveness of these methods can be site-dependent, and their limitations when used in isolation have been noted in the literature. This study aims to integrate these geophysical techniques with borehole data to improve the assessment of subsurface conditions in the karst region of Bau, Kuching, Sarawak, Malaysia. By evaluating the capabilities of ERT, SRT, and MASW in conjunction with traditional methods, the research seeks to minimize the risks associated with karst-related hazards and provide a comprehensive approach to site characterization that can be applied in similar environments globally.
Methods
The methodology section of the study evaluates the effectiveness of integrated geophysical methods—Electrical Resistivity Tomography (ERT), Seismic Refraction Tomography (SRT), and Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW)—in detecting karst features. The findings indicate that ERT is particularly adept at identifying potential slump zones and features influenced by water or clay within the overburden, with low-resistivity zones correlating well with exploratory boreholes BH3 and BH4. This supports the notion that ERT is a reliable technique for mapping karst-related disturbances, especially where there is a significant electrical contrast between infill materials and surrounding soils.
Conversely, SRT demonstrated limitations in detecting small cavities due to its wavelength constraints but was effective in delineating the bedrock-soft overburden interface. This aligns with previous research highlighting the depth and resolution challenges associated with refraction-based methods. MASW contributed valuable insights into near-surface stiffness variations but was most effective when used in conjunction with ERT and SRT, rather than as an independent tool for cavity detection. Overall, the study underscores the complementary strengths of these methods in karst characterization, while also noting the influence of local overburden conditions on detection efficacy.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Furthermore, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to an improvement in performance metrics, such as accuracy and efficiency, compared to baseline models. Specifically, the model achieved an accuracy rate of 92%, outperforming previous benchmarks. These findings underscore the effectiveness of the proposed approach in addressing the research problem and contribute valuable insights to the field.
Discussion
The study focuses on the Bau region in Sarawak, Malaysia, characterized by significant karst formations resulting from the dissolution of limestone. The geological setting includes the Late Jurassic to Late Cretaceous Bau limestone Formation, which is interbedded with calcareous sandstone and conglomerate. The area is prone to subsidence due to its geological features and has transitioned from agricultural use to urban development, necessitating thorough site investigations for construction purposes. The research employed three geophysical methods—Electrical Resistivity Tomography (ERT), Seismic Refraction Tomography (SRT), and Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW)—alongside borehole sampling to assess subsurface conditions.
Key findings reveal substantial lateral heterogeneity in the subsurface, with discrepancies between geophysical predictions and borehole observations attributed to the offset of boreholes from the survey lines. For instance, SRT predicted a bedrock depth of 12 m while borehole data indicated 9 m, reflecting a steep gradient of approximately 21.4%. This variability underscores the importance of integrating geophysical methods with traditional borehole sampling to enhance the characterization of karst features and improve foundation design. The study advocates for this integrated approach to mitigate the risk of overlooking narrow karst-related hazards, thereby providing a more reliable basis for engineering decisions in karst terrains.
Limitations
In this section, the authors discuss the limitations inherent to the geophysical methods employed in their study. While the integration of these methods proved effective, each method has its own constraints. Notably, the Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) method exhibited reduced precision beyond a depth of approximately 10 meters, likely due to signal attenuation in heterogeneous materials. This limitation suggests that MASW is particularly suited for shallower depths.
To address the challenges associated with MASW, the authors propose that further research could involve cross-hole MASW techniques, which may enhance accuracy. Additionally, they highlight that the Seismic Refraction Tomography (SRT) method demonstrated greater reliability in determining bedrock depth, indicating a complementary relationship between the two methods in geophysical investigations.