尼日利亚阿夸伊博姆州北部含水层保护性、地下水潜力及流动动力学的地球物理评估：对可持续淡水管理的启示

研究人员针对尼日利亚阿夸伊博姆州北部地区淡水可持续供应的挑战，通过垂直电测深(VES)和电阻率层析成像(ERT)技术，评估了含水层保护能力(APC)、地下水潜力及流动特性。研究发现含水层保护能力普遍较差(96%为差级)，但地下水潜力极高(85%为极高等级)，并通过离散岩石分类(DRT)和地层修正洛伦兹图(SMLP)划分出5个水力流动单元(HFU)，揭示了含水层高度异质性。该研究为政策制定者提供了保护地下水资源的科学依据，相关回归方程可推广至类似地质区域。

　　

淡水资源的可持续供应已成为全球性挑战，尤其在快速城市化的非洲地区。尼日利亚阿夸伊博姆州北部作为典型的低洼沿海平原，其地下水系统面临污染物渗透和过度开采的双重威胁。传统含水层评估方法成本高且具有侵入性，而地表水污染加剧了当地居民对地下水的依赖。如何科学评估含水层防护能力、量化地下水潜力并解析其流动特性，成为实现可持续管理的核心问题。

尼日利亚的研究团队采用地球物理勘探技术，在该区域55个点位实施垂直电测深(VES)和20个点位的电阻率层析成像(ERT)，构建了地下1D和2D电阻率模型。通过计算纵向电导率(LC)、横向电阻(TR)等参数，结合Kozeny-Carmen-Bear模型和Archie方程推导含水层水力特性，并创新性应用离散岩石分类(DRT)与地层修正洛伦兹图(SMLP)技术划分流动单元。

4.1 电阻率探测结果
模型显示研究区存在3-4个电性层，顶部为多孔人工填土(电阻率73.7-2801.7 Ωm)，其下为含薄黏土夹层的砂砾层。含水层埋深1.0-47.8米，厚度18.6-102.7米，有效孔隙度(Ф_eff)与电阻率呈显著负相关(R2=0.87)，建立的回归方程Ф_eff = -0.04ln(ρ_b) + 0.31可直接通过地表数据预测孔隙度。

4.2 含水层特性
纵向电导率分析表明，96%区域含水层保护能力为"差"级(LC<0.1 mhos)，仅4%达"弱"级。但地下水潜力指数(GWPYI)显示85%区域为"极高"潜力(>30,000 Ωm2)，主要得益于含水层厚度(平均64.7米)和高渗透率(平均1553.6 mD)。水力传导系数(K_h)与孔隙度的线性关系(K_h=2×10^-4Ф_eff-3×10^-6)为资源评估提供了便捷工具。

5. 分析与讨论
DRT技术将含水层划分为两类水力单元：含黏土砂层(DRT=13)和纯净砂砾层(DRT=14)。SMLP分析进一步识别出5个流动单元，其中96%属于"导体"(斜率0.77-2.93)，4%为"超导体"，与DRT分类高度一致。Dykstra-Parsons系数(DP_C=1)证实了含水层的极端非均质性，这解释了为何相同地质单元会出现差异化的流动效率。

该研究创新性地将石油工业的DRT和SMLP技术应用于水文地质领域，建立的9个回归方程(如K_h=0.15Ф_eff³)显著降低了含水层参数获取成本。尽管保护能力薄弱的问题亟待解决，但极高的地下水潜力为当地提供了可靠的供水基础。研究成果对热带三角洲地区的水资源管理具有范式意义，尤其为政策制定者划定优先保护区提供了量化依据。未来需结合水质监测数据，进一步完善污染风险评估体系。