DOI: https://doi.org/10.11648/j.sr.20261402.14
تاريخ النشر: 2026-03-23
المؤلف: Augustine Daniel
الموضوع الرئيسي: طرق الجيوفيزياء والجيوكهربائية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة موارد المياه الجوفية في مجمع القاعدة البلورية في نيجيريا، مع التركيز على موقع في أسوكورو، أبوجا. باستخدام نهج جيوفيزيائي متكامل يجمع بين طريقة القياس الكهربائي العمودي (VES) وطرق الكهرومغناطيسية في مجال التردد (FEM)، تحدد البحث مناطق المياه الجوفية وتحدد موقع حفر بئر مثالي. كشفت بيانات VES عن ثلاث تسلسلات جيوكهربائية متميزة: منحنى من نوع QHK ثلاثي الطبقات في VES 1 يشير إلى ملف تآكل عميق ومياه جوفية متصدعة، ومنحنى من نوع AA غير مواتٍ في VES 2 يشير إلى صخور قاعدية غير قابلة للاختراق، ومنحنى واعد من نوع HKH في VES 3 يشير إلى منطقة تصدع مشبعة بالمياه. أكدت دراسة EM هذه النتائج، حيث حددت شذوذ مقاومة منخفضة عند أعماق تتراوح بين 120-150 م، مما يدل على منطقة تصدع مشبعة.
تسلط الاستنتاجات المستخلصة من التحقيق الضوء على الجيولوجيا تحت السطحية التي تتكون من 3-4 طبقات جيوكهربائية، مما يؤدي إلى نظام مياه جوفية متصدع مع إمكانات مياه جوفية متغيرة. من الجدير بالذكر أن VES 1 و VES 3 تظهران ظروفًا مواتية، بينما VES 2 أقل وعدًا. تقع منطقة المياه الجوفية الأكثر قابلية للاستغلال على عمق حوالي 140-150 مترًا، متوافقة مع الشذوذ المنخفض المقاومة الذي لوحظ في ملف EM. من المتوقع أن تكون غلة المياه الجوفية منخفضة بشكل معتدل، تعتمد على ترابط الشبكة المتصدعة وديناميات إعادة الشحن. توصي الدراسة بحفر بئر إنتاج في موقع VES 1 إلى عمق 140-150 مترًا باستخدام طريقة المطرقة الهوائية، مع إجراء اختبارات ضخ لاحقة ضرورية لتحديد الغلة المستدامة للبئر.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للمياه الجوفية كمصدر رئيسي للمياه الصالحة للشرب لأكثر من 60% من سكان نيجيريا، خاصة في سياق الاحتياجات المنزلية والزراعية والصناعية. نظرًا للتحديات التي تطرحها مصادر المياه السطحية المتغيرة موسميًا والملوثة، فإن تطوير المياه الجوفية المستدام يتطلب تحقيقات جيوفيزيائية مفصلة لتحديد المياه الجوفية القابلة للاستغلال، خاصة داخل صخور القاعدة البلورية النيجيرية من العصر ما قبل الكمبري. تقدم هذه التضاريس تحديات فريدة بسبب أنظمتها المعقدة من المياه الجوفية، التي تتميز بالمسامية الثانوية الناتجة عن التآكل والتصدع، مما يعقد التقييمات الهيدروجيولوجية.
تركز هذه الدراسة على منطقة أسوكورو في أبوجا، وتهدف إلى تصنيف الطبقات الجيوكهربائية تحت السطحية من خلال طرق جيوفيزيائية متكاملة، وتحديدًا طريقة القياس الكهربائي العمودي (VES) وتقنيات الكهرومغناطيسية في مجال التردد (FDEM). تشمل الأهداف تحديد مواقع وأعماق حفر البئر المثلى، وتوصية بأساليب الحفر المناسبة، وتصنيف الغلة المتوقعة بناءً على التوقيعات الجيوفيزيائية. النهج المتكامل ضروري في هذه التضاريس شبه القابلة للاختراق، حيث غالبًا ما تفشل المسوحات ذات الطريقة الواحدة في التقاط التباين اللازم. بالإضافة إلى ذلك، تتناول الدراسة آثار التحضر السريع وظروف إعادة الشحن المتغيرة على تجديد المياه الجوفية، فضلاً عن تعرض خزانات المياه الجوفية في مجمع القاعدة للتلوث. في النهاية، تسهم هذه الأبحاث في تطوير موارد المياه المستدامة في بيئة حضرية سريعة التغير من خلال توفير تقييم جيوفيزيائي محدث لإمكانات المياه الجوفية في أسوكورو.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام نهج جيوفيزيائي متكامل لتحقيق أهداف البحث. تضمنت هذه المنهجية دمج تقنيات جيوفيزيائية متنوعة، تم تطبيقها بشكل منهجي لجمع بيانات شاملة ذات صلة بأهداف الدراسة. تشمل الطرق المحددة المستخدمة، على الرغم من عدم تفصيلها في النص المقدم، تقنيات مثل المسوحات الزلزالية، والمغناطيسية، أو مقاومة الكهرباء، والتي تُستخدم عادةً في التحقيقات الجيوفيزيائية لتحليل الظروف تحت السطحية.
يسمح دمج هذه الطرق بتفسير أكثر قوة للبيانات الجيوفيزيائية، مما يسهل فهمًا أفضل للميزات والعمليات الجيولوجية قيد التحقيق. لا يعزز هذا النهج دقة النتائج فحسب، بل يوفر أيضًا منظورًا متعدد الأبعاد حول الظواهر الجيوفيزيائية المدروسة.
النتائج
كشفت المسوحات الجيوفيزيائية المتكاملة التي أجريت في منطقة الدراسة عن تباينات ملحوظة تحت السطح، كما يتضح من النتائج من ثلاث نقاط قياس كهربائي عمودي (VES) وملف كهرومغناطيسي (EM) واحد. أنتجت دراسة EM ملفًا ثلاثي الأبعاد مستمرًا لمقاومة تحت السطح، مما يبرز خصائص متميزة عند أعماق مختلفة.
عند أعماق ضحلة (0-50 م)، لوحظت قيم مقاومة عالية تتراوح بين 3.6 إلى 4.7 Ωm، مما يشير إلى وجود طبقة فوقية لاحقة وصخور قاعدية جديدة، مما يشير إلى إمكانات مياه جوفية محدودة. في نطاق العمق المتوسط من 60-120 م، تم الكشف عن قيم مقاومة معتدلة (2.0-2.8 Ωm)، مما يدل على صخور قاعدية متآكلة ومتصدعة. من الجدير بالذكر أنه تم تحديد شذوذ مقاومة منخفضة كبير (حوالي 1.6-2.0 Ωm) عند العمق المستهدف من 120-150 م، مما يشير إلى منطقة مياه جوفية متصدعة مشبعة. علاوة على ذلك، عند أعماق أعمق (160-200 م)، تم العثور على جيوب مقاومة منخفضة إضافية (0.8-2.0 Ωm)، مما يشير إلى وجود تكوينات تحمل المياه الجوفية أعمق. لم تؤكد نتائج EM النتائج من VES فحسب، بل لعبت أيضًا دورًا حاسمًا في تحديد الاستمرارية الجانبية للمياه الجوفية المحددة في VES 1، مؤكدة الهدف الأكثر وعدًا للمياه الجوفية عند أعماق تتراوح بين 140 و150 مترًا.
المناقشة
تدرس الدراسة الخصائص الهيدروجيولوجية لمنطقة أسوكورو في أبوجا، نيجيريا، مع التركيز على نظام المياه الجوفية في مجمع القاعدة. تشهد المنطقة موسمًا رطبًا وجافًا متميزًا، مع هطول أمطار سنوي يتراوح بين 1,100 إلى 1,400 مم، مما يؤثر بشكل كبير على إعادة شحن المياه الجوفية. يتكون الإعداد الجيولوجي من ميغمايت، وجنايس، وجرانيت، حيث توجد المياه الجوفية بشكل أساسي في الطبقة السطحية المتآكلة والمناطق المتصدعة في القاعدة. تسلط الأبحاث الضوء على التحديات التي تطرحها الطبيعة غير المتجانسة للمياه الجوفية، حيث يمكن أن تؤدي التغيرات الصغيرة في الميزات الجيولوجية إلى اختلافات كبيرة في غلة المياه والترابط.
باستخدام نهج متكامل يجمع بين القياس الكهربائي العمودي (VES) ودراسات الكهرومغناطيسية (EM)، تحدد الدراسة إمكانات المياه الجوفية المتغيرة عبر مواقع مختلفة. تشير نتائج VES إلى ظروف مواتية في VES 1 و VES 3، تتميز بمناطق تصدع متطورة جيدًا، بينما تكشف VES 2 عن ظروف غير مواتية مع صخور قاعدية غير قابلة للاختراق. تكمل دراسة EM هذه النتائج من خلال رسم الاستمرارية الجانبية وتأكيد العمق ومدى مناطق المياه الجوفية المحددة. يتم تقييم الإمكانات العامة للمياه الجوفية على أنها منخفضة بشكل معتدل، تعتمد على ترابط التصدعات وديناميات إعادة الشحن. توصي الدراسة بحفر بئر إنتاج في VES 1 لتحسين استخراج المياه، مع التأكيد على الحاجة إلى اختبارات ضخ لاحقة لتقييم الغلة المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.11648/j.sr.20261402.14
Publication Date: 2026-03-23
Author(s): Augustine Daniel
Primary Topic: Geophysical and Geoelectrical Methods
Overview
This study investigates groundwater resources in Nigeria’s crystalline basement complex, focusing on a site in Asokoro, Abuja. Utilizing an integrated geophysical approach that combines Vertical Electrical Sounding (VES) and Frequency-Domain Electromagnetic (FEM) methods, the research delineates aquifer zones and identifies an optimal borehole drilling site. The VES data revealed three distinct geoelectric sequences: a favorable three-layer QHK-type curve at VES 1 indicating a deep weathering profile and fractured aquifer, an unfavorable AA-type curve at VES 2 suggesting impermeable bedrock, and a promising HKH-type curve at VES 3 indicating a well-developed, water-saturated fracture zone. An EM survey corroborated these findings, identifying a low resistivity anomaly at depths of 120-150 m, indicative of a saturated fractured zone.
The conclusions drawn from the investigation highlight the subsurface geology as comprising 3-4 geoelectric layers, culminating in a fractured basement aquifer system with variable groundwater potential. Notably, VES 1 and VES 3 exhibit favorable conditions, while VES 2 is less promising. The most viable aquifer zone is located at a depth of approximately 140-150 meters, aligned with the low-resistivity anomaly observed in the EM profile. The anticipated groundwater yield is moderately low, contingent on the connectivity of the fractured network and recharge dynamics. The study recommends drilling a production borehole at the VES 1 location to a depth of 140-150 meters using an air hammer method, with subsequent pump tests necessary to ascertain the sustainable yield of the borehole.
Introduction
The introduction highlights the critical role of groundwater as the primary source of potable water for over 60% of Nigeria’s population, particularly in the context of domestic, agricultural, and industrial needs. Given the challenges posed by seasonally variable and polluted surface water sources, sustainable groundwater development necessitates detailed geophysical investigations to identify viable aquifers, especially within Nigeria’s Precambrian crystalline basement rocks. These terrains present unique challenges due to their complex aquifer systems, characterized by secondary porosity from weathering and fracturing, which complicates hydrogeological assessments.
This study focuses on the Asokoro area in Abuja, aiming to characterize subsurface geoelectric layers through integrated geophysical methods, specifically Vertical Electrical Sounding (VES) and Frequency-Domain Electromagnetic (FDEM) techniques. The objectives include determining optimal borehole locations and depths, recommending suitable drilling methodologies, and classifying anticipated yield based on geophysical signatures. The integrated approach is essential in these nearly impermeable terrains, where single-method surveys often fail to capture the necessary heterogeneity. Additionally, the study addresses the implications of rapid urbanization and altered recharge conditions on groundwater replenishment, as well as the vulnerability of basement complex aquifers to contamination. Ultimately, this research contributes to sustainable water resource development in a rapidly urbanizing environment by providing an updated geophysical assessment of groundwater potential in Asokoro.
Methods
In this study, an integrated geophysical approach was utilized to meet the research objectives. This methodology involved the combination of various geophysical techniques, which were systematically applied to gather comprehensive data relevant to the study’s aims. The specific methods employed, although not detailed in the provided text, likely included techniques such as seismic, magnetic, or electrical resistivity surveys, which are commonly used in geophysical investigations to analyze subsurface conditions.
The integration of these methods allows for a more robust interpretation of geophysical data, facilitating a better understanding of the geological features and processes under investigation. This approach not only enhances the accuracy of the findings but also provides a multi-faceted perspective on the geophysical phenomena being studied.
Results
The integrated geophysical survey conducted in the study area revealed notable subsurface variations, as evidenced by the results from three Vertical Electrical Sounding (VES) points and one Electromagnetic (EM) profile. The EM survey produced a continuous 3D profile of subsurface resistivity, highlighting distinct characteristics at varying depths.
At shallow depths (0-50 m), high resistivity values ranging from 3.6 to 4.7 Ωm were observed, indicating the presence of lateritic overburden and fresh bedrock, which suggests limited groundwater potential. In the intermediate depth range of 60-120 m, moderate resistivity values (2.0-2.8 Ωm) were detected, indicative of weathered and fractured basement rocks. Notably, a significant low resistivity anomaly (approximately 1.6-2.0 Ωm) was identified at the target depth of 120-150 m, suggesting a saturated fractured aquifer zone. Furthermore, at deeper depths (160-200 m), additional low resistivity pockets (0.8-2.0 Ωm) were found, indicating the presence of deeper groundwater-bearing formations. The EM results not only corroborated the findings from the VES but also played a critical role in delineating the lateral continuity of the aquifer identified at VES 1, confirming the most promising groundwater target at depths between 140 and 150 meters.
Discussion
The study investigates the hydrogeological characteristics of the Asokoro district in Abuja, Nigeria, focusing on the basement complex aquifer system. The region experiences a distinct wet and dry season, with annual rainfall between 1,100 to 1,400 mm, significantly influencing aquifer recharge. The geological setting comprises migmatites, gneisses, and granites, with groundwater primarily found in the weathered overburden and fractured basement zones. The research highlights the challenges posed by the heterogeneous nature of the aquifer, where small variations in geological features can lead to significant differences in water yield and connectivity.
Utilizing an integrated approach combining Vertical Electrical Sounding (VES) and Electromagnetic (EM) surveys, the study identifies varying aquifer potentials across different locations. VES results indicate favorable conditions at VES 1 and VES 3, characterized by well-developed fractured zones, while VES 2 reveals unfavorable conditions with impermeable bedrock. The EM survey complements these findings by mapping lateral continuity and confirming the depth and extent of the identified aquifer zones. The overall groundwater potential is assessed as moderately low, contingent on the connectivity of fractures and recharge dynamics. The study recommends drilling a production borehole at VES 1 to optimize water extraction, emphasizing the need for subsequent pump tests to evaluate sustainable yield.