尼日利亚Nsukka沉积盆地地下水脆弱性评估：基于地球电学与水文地质指标的整合模型研究

本研究针对Nsukka沉积盆地地下水污染风险问题，采用地球电学(VES)与水文地质参数(孔隙度?、水力传导系数K)相结合的AVI、GOD和GLSI多模型评估体系，揭示了研究区91.3%区域呈中度脆弱性，8.7%为高度脆弱区。成果为西非干旱区含水层保护提供了科学依据，对实现SDGs清洁水目标具有重要实践价值。

　　

在非洲撒哈拉以南地区，地下水作为主要饮用水源正面临日益严重的污染威胁。尼日利亚Nsukka沉积盆地作为典型的西非干旱区，其含水层系统受农业活动、工业排放和地质构造的多重影响，但缺乏系统性脆弱性评估。当地居民长期依赖未经保护的地下水，导致霍乱、伤寒等水源性疾病频发，而含水层二次孔隙发育和断裂带的存在更可能加速污染物迁移。这种现状使得开展精准的脆弱性分级成为保障区域水安全的关键突破口。

中国的研究团队通过整合地球物理勘探与水文地质学方法，首次在Nsukka盆地实施多模型耦合评估。研究采用Schlumberger电极排列的垂直电测深(VES)技术获取了23个测点的四至五层地电结构，结合Kozeny-Carman方程计算孔隙度?(27.04%-30.21%)和渗透率k_p
(1.98-2.20 m²
)，进而构建了AVI、GOD和GLSI三套脆弱性评价体系。成果发表于《Solid Earth Sciences》，为发展中国家的含水层保护提供了可复制的技术路径。

关键技术包括：1) 最大电极距900m的VES探测，通过WinResist软件反演获得层状电阻率ρ_a
和厚度h；2) 基于Nutting方程计算渗透率k_p
=Kμ_d
/(δ_w
g)；3) 采用AVI指数logC=log(∑h_i
/K_i
)划分脆弱等级；4) 整合GOD(地下水赋存G、包气带岩性O、埋深D)与GLSI(电阻率ρ_nr
与厚度h_nr
加权)模型进行交叉验证。

4.1 地电结构特征
VES数据揭示研究区存在高阻(34863.1 Ωm)与低阻(9.0 Ωm)交替的四层结构：1) 表层红土砂(84.1-4884.9 Ωm)；2) 中粗砂层(42.3-7208.6 Ωm)；3) 粗砂层(61.1-6724.1 Ωm)；4) 含水层(11.3-9774.9 Ωm)。特别在VES13测点发现电阻率仅232 Ωm的浅层含水层，证实断裂带对污染物快速迁移的潜在影响。

4.2 水文动力学参数
Kozeny-Carman模型显示：孔隙度?与电阻率ρ呈弱负相关(r=-0.14)，而渗透率k_p
与ρ近乎完全正相关(r=0.999)。水力传导系数K(0.14-0.15 m/s)的高值区与?>28%区域空间重叠，共同指向研究区东北部为优先污染通道。

4.2.5 AVI评估结果
液压阻力C值(93.07-665.89)将VES1(96.93)和VES16(93.07)划为高度脆弱区，对应logC<2.0。91.3%区域C值100-1000，属中度脆弱，与浅层含水层(d₁
=14.1-99.5m)分布吻合。

4.2.6-7 多模型对比
GOD指数(0.2-0.3)和GLSI(1.33-2.50)均显示中度脆弱性占优，但GOD模型因考虑深部承压条件，将86.96%区域评估为低脆弱性。三模型共同识别出VES1、2、8为敏感区域，建议优先实施污染防控。

该研究创新性地揭示了地质异质性对脆弱性评价的影响：1) 红土盖层(ρ>400 Ωm)使GLSI评估更准确；2) AVI对浅层含水层敏感性更高；3) GOD低估了断裂发育区的风险。成果为Nsukka盆地制定差异化保护策略提供了理论支撑，建议在高度脆弱区禁止农业化肥使用，并建立地下水质量动态监测网络。这项研究发展的多模型耦合框架，尤其适用于解决发展中国家因地质资料匮乏导致的水资源管理难题，对实现联合国2030年可持续发展目标(SDG6)具有重要实践意义。