Integrated Geophysical Characterization of Weathered and Fractured Subsurface Zones for Groundwater Exploration inAbeokuta, Southwestern Nigeria

تُعد المياه شريان الحياة للاستقرار البشري، ومع ذلك، فإن العثور عليها تحت الأرض غالباً ما يكون بمثابة لعبة حظ عندما تكون الأرض مكونة من صخور صلبة. ففي أجزاء كثيرة من العالم، لا تتدفق المياه عبر الرمال أو الحصى المسامي، بل تختبئ في شقوق الصخور الصلبة أو ضمن الطبقة الرقيقة من التربة التي تفتتت من الصخور أعلاها. ولأن هذه الخزانات المخفية غير مرئية من السطح، يستخدم العلماء أدوات يمكنها استشعار الاختلافات الفيزيائية بين الصخور الجافة، والشقوق المبللة، والطين. ومن خلال إرسال موجات طاقة إلى باطن الأرض أو قياس كيفية انتقال الكهرباء عبر التربة، يستطيع الباحثون بناء صورة لما يكمن في الأسفل دون حفر حفرة واحدة. هذا النهج حيوي للمجتمعات التي تعتمد على الآبار، حيث إن الحفر العشوائي في المكان الخطأ قد يؤدي إلى فشل مكلف، بينما العثور على المكان الصحيح يمكن أن يضمن إمدادات موثوقة من المياه للشرب والزراعة.

في المنطقة الجنوبية الغربية من نيجيريا، انطلق فريق من الباحثين لرسم خرائط لمصادر المياه المخفية هذه في منطقة محددة بالقرب من أبياكوتا، وهي مدينة تقع حيث تلتقي الصخور الأساسية القديمة والصلبة مع الطبقات الرسوبية الأحدث. ركزت الدراسة على قسم من مجمع معهد ماشود أبيولا التقني في أوجيري، وهو موقع تم اختياره لاختبار مدى جودة دمج مجموعة من الطرق الجيوفيزيائية المختلفة لتحديد أفضل أماكن الحفر. لم يعتمد الفريق على تقنية واحدة، بل نسجوا معاً أربع طرق متميزة للنظر تحت الأرض: فقد قاسوا السرعة التي تنتقل بها موجات الصوت عبر الأرض، وتتبعوا سلوك الإشارات الكهرومغناطيسية، ورسموا خرائط لمدى سهولة مرور الكهرباء عبر الأرض عند أعماق ومسافات مختلفة. سمح هذا النهج المتكامل لهم برؤية ما تحت السطح بوضوح أكبر بكثير مما قد توفره أي طريقة منفردة وحدها.

بدأ الاستقصاء بالاستماع إلى الأرض. وباستخدام مطرقة ثقيلة لإحداث اهتزازات صغيرة وسلسلة من المستشعرات الموضوعة على طول الأرض، قاس الفريق السرعة التي تنتقل بها موجات الصوت. كشفت النتائج عن طبقات واضحة للأرض؛ فالطبقة العليا، التي يبلغ عمقها حوالي ثلاثة أمتار، كانت تربة مفككة. وتحتها، وجد نطاق من الصخور المحطمة جزئياً، وفي عمق أكبر، وجدت طبقة صلبة وعالية السرعة من الصخور الأساسية غير المتجوية. والأهم من ذلك، أن موجات الصوت أشارت إلى وجود منطقة محتملة من الشقوق داخل الطبقة المتجوية، وهو تفصيل غالباً ما يتم إغفاله عند النظر من السطح. وللتأكد من مكان اختباء المياه، سار الفريق في خط طويل عبر الموقع باستخدام جهاز يدوي يقيس الموصلية الكهربائية. التقطت هذه الأداة المناطق التي كانت فيها الأرض موصلة بشكل غير عادي، مما يشير غالباً إلى وجود الطين أو الشقوق المملوءة بالمياه. وقد تم تحديد هذه البقع الموصلة كأهداف محتملة لإلقاء نظرة فاحصة.

بعد ذلك، استخدم الباحثون طريقة تنشئ شريحة ثنائية الأبعاد للأرض، تشبه المقطع العرضي لرغيف الخبز. ومن خلال وضع أقطاب كهربائية على فترات منتظمة وقياس المقاومة، رسموا خرائط لكيفية تغير الخصائص الكهربائية للتربة من جانب إلى آخر. أظهرت هذه الخريطة مناطق متميزة: مناطق ذات مقاومة منخفضة تحتوي على الأرجح على الطين أو المواد المتجوية، ومناطق ذات مقاومة أعلى تتوافق مع الصخور الأحدث والأكثر صلابة. أشارت البيانات إلى امتداد محدد في خط المسح، يتراوح تقريباً بين 130 و165 متراً، حيث بدت الصخور متصدعة وقادرة محتملاً على حمل الماء. وللحصول على ملف تعريف رأسي دقيق في مواقع رئيسية، أجرى الفريق عمليات جس تفصيلية في ثلاث نقاط محددة. وأكدت هذه القياسات بنية طبقية تتكون من تربة سطحية رقيقة، وطبقة من الطين اللاتيريتي، وأجزاء أعمق من الطิน أو الطمي، وصولاً في النهاية إلى وحدة عالية المقاومة حددها التقرير بأنها حجر جيري.

رسمت عملية تجميع كل هذه البيانات صورة لبيئة تحت أرضية معقدة ولكنها واعدة. وجد الباحثون أن المناطق التي كانت فيها الأرض أكثر موصلية والمقاومة فيها هي الأدنى غالباً ما تزامنت مع الطبقات المتجوية والفترات المتصدعة التي حددتها موجات الصوت. ويشير هذا التداخل إلى أن هذه المناطق المحددة هي الأماكن الأكثر احتمالاً للعثور على المياه الجوفية. ومع ذلك، قدمت الدراسة ملاحظة تحذيرية؛ فبينما تكون هذه المناطق قادرة على حمل الماء، فإن الطبقة المتجوية في هذا الجزء من المنطقة رقيقة نسبياً. وتوحي هذه المحدودية بأنه رغم وجود الماء، إلا أن الكمية المتاحة قد تكون متواضعة، بحيث تكون مناسبة للاستخدام المنزلي ولكن ربما ليس للاحتياجات الصناعية واسعة النطاق. لم تدعِ الدراسة أنها وجدت بحيرة ضخمة تحت الأرض، بل وجدت مورداً موثوقاً، وإن كان محدوداً، يمكن الوصول إليه إذا استهدف الحفر المكان الصحيح.

في النهاية، يوضح هذا العمل أن الجمع بين أدوات جيوفيزيائية مختلفة يوفر رؤية أوضح لما تحت السطح مقارنة بالاعتماد على أداة واحدة فقط. فمن خلال الربط بين سرعة الصوت، وتدفق الكهرباء، وموصلية الأرض، استطاع الفريق التمييز بين الطين، الذي يحفظ الماء ولكنه لا يسمه بالتدفق بسهء، وبين الصخور المتصدعة، التي يمكن أن تعمل كخزان مائي منتج. وتؤكد النتائج أنه في هذه المنطقة الانتقالية بين الصخور الصلبة والرواسب، يكمن مفتاح العثور على الماء في تحديد الطبقات المتجوية الرقيقة والشقوق داخل الصخور الأساسية. وبالنسبة للمجتمع في أبياكوتا، يعني هذا أن جهود الحفر المستقبلية يمكن توجيهها بثقة أكبر، باستهداف الفترات المحددة حيث تتوافق الإشارات الجيوفيزيائية لتكشف عن المياه المخفية تحت الأرض.