Integrated Geophysical Assessment of Aquifer Geometry and Groundwater Potential in a Basement Complex Terrain, Southwestern Nigeria: Combining Vertical Electrical Sounding, Self-Potential, and Pumping Tests

Resumo Técnico: Avaliação Geofísica Integrada da Geometria de Aquíferos e Potencial de Águas Subterrâneas em um Terreno de Complexo de Embasamento, Sudoeste da Nigéria

Problema
A exploração de águas subterrâneas em terrenos de embasamento cristalino, como os encontrados no sudoeste da Nigéria, apresenta desafios significativos devido à ausência de porosidade primária. Nesses ambientes, a ocorrência de água subterrânea é restrita a características de porosidade secundária, especificamente zonas intemperizadas (saprolito) e redes de fraturas, que são frequentemente descontínuas e heterogêneas. Embora a Sondagem Elétrica Vertical (SEV) seja amplamente utilizada para delinear camadas subsuperficiais e identificar zonas intemperizadas, ela possui uma limitação crítica: não consegue distinguir de forma confiável entre água armazenada (capacidade de armazenamento) e água em fluxo (permeabilidade). Consequentemente, o posicionamento de furos baseando-se apenas na resistividade gera resultados inconsistentes. Este estudo aborda a lacuna de conhecimento no campus da Universidade Estadual de Osun (UNIOSUN), onde avaliações geofísicas anteriores foram conduzidas de forma independente, sem integração com dados de rendimento de aquíferos, limitando a tomada de decisão informada para a gestão de recursos hídricos.

Metodologia
O estudo empregou uma abordagem geofísica e hidrogeológica integrada em seis locais ao longo do campus da UNIOSUN. A metodologia consistiu em três componentes principais:

1. Sondagem Elétrica Vertical (SEV): Seis levantamentos de SEV foram realizados utilizando o arranjo Schlumberger com espaçamentos de eletrodos de meia corrente (AB/2) variando de 1 a 100 m. Os dados foram invertidos usando um algoritmo de otimização iterativo (software RESIST) para determinar os parâmetros geoeletricos das camadas (resistividade e espessura) com erros de Quadrado Médio (RMS) abaixo de 5%.
2. Levantamento de Autopotencial (AP): Seis perfis de AP (transversais de 100 m) foram realizados nos mesmos locais utilizando eletrodos de Cu-CuSO₄ não polarizáveis. As medições foram feitas em intervalos de 5 m para identificar diferenças de voltagem naturais associadas ao fluxo de água subterrânea. Os dados de AP foram analisados para distinguir entre zonas de fluxo ativo (anomalias positivas) e zonas de baixa permeabilidade ou ricas em argila (anomalias negativas).
3. Testes de Bombeamento: Testes de bombeamento de vazão constante (120 minutos) foram realizados nos seis furos para avaliar o rendimento do aquífero. A capacidade específica (Q/s) e a transmissividade (T) foram calculadas utilizando o método de reta do Cooper-Jacob.

O estudo integrou esses conjuntos de dados dentro de uma estrutura GIS e realizou uma análise de correlação para estabelecer relações empíricas entre parâmetros geofísicos (resistividade, anomalias de AP) e parâmetros hidráulicos (capacidade específica, transmissividade).

Principais Resultados

• Estratigrafia Geoeétrica: Os dados de SEV revelaram 3-4 camadas geoeletricas através da área de estudo: solo superficial, argila laterítica, embasamento intemperizado (zona aquífera) e embasamento sã/fraturado. A espessura do aquífero variou significamente, indo de 3,8 m a 23,3 m, com valores de resistividade entre 30 e 171 Ωm.
• Geometria e Potencial do Aquífero:
  • Prédio de Engenharia (VES 4): Identificado como a zona de maior potencial, apresentando uma camada intemperizada saturada, espessa (15,7 m) e altamente condutiva (30 Ωm), subjacente ao embasamento fraturado.
  • Prédio de Pesquisa Multidisciplinar (VES 2): Mostrou alto potencial com uma zona intemperizada saturada e espessa (21,9 m; 109 Ωm).
  • Atrás do Ponto de Venda de ATM (VES 5): Apesar de possuir a zona intemperizada mais espessa (23,3 m), exibiu maior resistividade (145 Ωm) e anomalias de AP inteiramente negativas, indicando baixa permeabilidade e rendimento limitado.
  • Escritório do Staff (VES 6) e Complexo de Anatomia (VES 3): Caracterizados por curvas do tipo K e camadas intemperizadas finas, indicando potencial baixo a moderado.
• Anomalias de Autopotencial: As anomalias de AP variaram de -180 mV a +700 mV. O Prédio de Engenharia exibiu uma anomalia positiva extrema (+705 mV), indicativa de um aquífero pressurizado com forte movimento de água. Inversamente, a área atrás do Ponto de Venda de ATM mostrou valores consistentemente negativos, correlacionando-se com fluxo restrito.
• Parâmetros Hidráulicos: As capacidades específicas variaram de 6,02 a 7,93 L/min/m, e os valores de transmissividade variaram de 9,4 a 12,4 m²/dia. O Complexo Multiuso registrou a maior capacidade específica (7,93 L/min/m), enquanto o Escritório do Staff registrou a menor (6,02 L/min/m).
• Análise de Correlação: Uma forte correlação positiva (r = 0,71, p < 0,05) foi estabelecida entre a magnitude da anomalia de AP e a capacidade específica. Isso confirma que as respostas de AP refletem o movimento ativo da água subterrânea e não apenas condições de saturação. Em contraste, a resistividade do aquífero mostrou apenas uma correlação fraca com a capacidade específica.

Principais Contribuições e Significância
A principal contribuição deste estudo é a validação de uma estrutura integrada VES-AP para a exploração de águas subterrâneas em terrenos de embasamento cristalino. O artigo demonstra que, embora a SEV seja eficaz para delinear a capacidade de armazenamento (espessura da zona intemperizada e saturação), o AP é essencial para identificar a permeabilidade e os caminhos de fluxo ativo. Os autores afirmam que esta abordagem combinada é mais confiável do que o uso de qualquer um dos métodos isoladamente.

Especificamente, o estudo fornece uma estrutura de baixo custo para melhorar as taxas de sucesso no posicionamento de furos. Ao visar zonas com camadas intemperidas espessas e de baixa resistividade (> 10 m) e fortes anomalias positivas de AP (≥ +100 mV), o estudo sugere que os riscos de exploração podem ser significativamente reduzidos. Os achados oferecem uma metodologia replicável para terrenos de embasamento semelhantes na África Ocidental e outras regiões tropicais, enfatizando que o desenvolvimento bem-sucedido de águas subterrâneas depende da delineação precisa tanto da porosidade secundária (armazenamento) quanto da conectividade de fraturas (fluxo).

Limitações e Escopo
Os autores reconhecem que o estudo é limitado pela amostragem espacial grosseira de apenas seis estações sobre uma área de 2 km² e pelo uso de testes de bombeamento de curta duração (120 minutos). Eles observam que os levantamentos geofísicos foram realizados durante a estação seca, podendo perder variações sazonais nos padrões de fluxo. Além disso, o estudo foca na quantidade e rendimento da água subterrânea, adiando a avaliação abrangente da qualidade da água para pesquisas futuras. O artigo conclui que, embora a abordagem integrada seja robusta, trabalhos futuros devem incorporar tomografia de resistividade elétrica (TRE) 2D/3D e testes de bombeamento de longa duração para uma caracterização de maior resolução.