作者：Uwezo Frank Mao、Benatus Norbert Mvile、Mahamuda Abu、Emmanuel Sulungu
单位：坦桑尼亚多科马大学自然与数学科学学院物理系，邮政信箱259，多科马
摘要
坦桑尼亚中部的多科马地区属于半干旱气候区，其地表下主要为结晶基底岩石。与其他半干旱地区类似，由于降雨量不稳定以及人口增长和工业化导致的过度开采，该地区面临严重的地下水短缺问题。本研究采用综合地球物理和地质方法来划定地下水资源并评估影响其分布的地质结构因素。通过结合航空重力和磁力数据与地质测绘及钻孔信息，识别出了断层、裂缝、剪切带和岩脉等关键的含水构造。在东南部和中部地区，低密度和低磁异常区与地质结构变形区相吻合，这些区域具有较高的孔隙度和渗透性。地形低洼区和断层交汇处也有利于地下水的补给。研究结果证实，多学科方法能够提高结晶岩地层中含水层特征的可靠性。这种方法为半干旱地区的地下水勘探提供了实用且经济高效的解决方案，有助于在需求不断增长的情况下实现可持续的水资源管理。
引言
地下水是干旱和半干旱地区的重要资源，尤其是在地表水因降雨不规律和蒸发量高而稀缺的情况下。在撒哈拉以南非洲，长期的水资源短缺加剧了对地下水的依赖。坦桑尼亚中部的多科马地区就是一个典型例子，该地区气候半干旱，降雨量少，人口增长迅速（Abu等人，2021年）。随着多科马逐渐发展成为主要城市中心，不断增长的水资源需求将对本已有限的地下水资源造成额外压力（Ally等人，2024年）。解决这一问题需要先进的勘探技术和可持续的管理策略。
多科马地区的年降雨量不足550毫米，而潜在蒸发量超过2000毫米，导致严重的水资源负平衡（Ally等人，2024年）。季节性地表水资源的不可靠性使得地下水成为家庭、农业和工业用水的主要来源。然而，该地区复杂的地下地质条件（包括断裂的基底岩石和有限的补给区）给地下水的有效勘探和管理带来了挑战（Nkotagu，1996年）。综合地质和地球物理方法是准确划分含水层的关键。
多科马地区的地下水主要储存在风化且断裂的前寒武纪结晶基底岩石中，这些岩石具有高度异质性、低孔隙度和不稳定的出水量（Makonyo & Msabi，2021年）。地下水的流动主要受风化、断裂和断层作用形成的次生孔隙度控制。因此，识别地质构造特征对于理解地下水补给和流动机制至关重要。
地球物理方法，尤其是重力和磁力勘探，与地质测绘和水文地质数据结合使用时能提供宝贵信息。重力勘探可以检测到地下密度变化，而磁力方法则能显示岩石磁化的差异（Jamal & Singh，2018年）。这些技术有助于识别影响地下水分布的地质构造，如断层、裂缝和岩性边界（Gaafar & Ali，2015年）。
在传统钻探成本过高或地质数据缺乏的情况下，还可以使用电阻率和地震勘探等补充技术（Aboud等人，2015年）。结合重力和磁力数据可以增强对地下结构的解释能力：重力方法有助于定位可能阻碍地下水储存的致密岩层，而磁力勘探则更敏感于促进地下水流动的裂缝（Eyankware等人，2021年）。
其他干旱地区的研究也证明了这些综合技术的有效性（Nouradine等人，2024年）。例如，在约旦河谷，重力和电阻率方法成功划分了含水层（Tarawneh等人，2019年）；在沙特阿拉伯，重力和磁力勘探揭示了火山地带的含水层（Aboud等人，2015年）。这些例子表明地球物理方法适用于各种地质环境。
多科马的地下环境由前寒武纪基底岩石、火山侵入体和冲积沉积物组成，需要采用全面综合的研究方法。尽管之前的研究利用遥感技术绘制了浅层含水层的地图，但深层地下水系统仍未能得到充分探索。本研究通过结合重力和磁力勘探与地质测绘及钻孔数据，对深层含水层进行了研究（Ally等人，2024年；Kisiki等人，2023年；Nkotagu，1996年）。本研究的具体目标包括：（i）描述和绘制研究区域内影响地下水分布的地质构造和特征；（ii）识别与地下水储存和流动相关的地下结构及物理性质；（iii）整合地球物理和地质数据，以提高地下水资源的勘探效率。
地质背景
坦桑尼亚中部的多科马地区面积约为41,311平方公里，属于半干旱气候区，年降雨量低（约550毫米），蒸发量高（超过2000毫米），这严重限制了水资源的可用性和补给量。从地质上看，该地区位于坦桑尼亚克拉通内，主要由花岗岩、片麻岩和云母岩等结晶基底岩石构成（图1）。这些岩石经历了广泛的风化作用。
地质测绘
本研究的地质测绘使用了坦桑尼亚地质调查局（GST）提供的数据。详细地质图用于识别关键地质特征，包括岩石类型、断层线和地质构造（图1）。野外工作使用GPS设备记录了这些特征的坐标和高程信息，包括钻孔位置（表1）。主要绘制的地质单元包括太古代花岗岩、片麻岩和云母岩，以及较新的沉积物。
地质构造与地下水分布
多科马地区位于坦桑尼亚克拉通内，地表下为前寒武纪结晶基底岩石，包括花岗岩、片麻岩和云母岩（图4）。长期的构造变形形成了断层、剪切带和裂缝网络，这些构造控制着地下水的分布、流动和储存（Nkotagu，1996年）。断层（包括正断层、逆断层和走滑断层）增强了原本不透水的岩石的孔隙度和渗透性，为地下水流动提供了通道。
结论
本研究强调了在多科马等半干旱地区利用综合地质和地球物理方法划定地下水资源的重要性。通过结合重力和磁力勘探结果、体素成像及野外地质测绘，有效识别了受地质构造控制的含水层系统。钻孔数据进一步验证了地质构造与地下水潜力之间的关系。研究结果证实，某些地质构造对地下水分布具有重要影响。
利益冲突声明
作者们不存在任何利益冲突。
作者贡献声明
Emmanuel Sulungu： 撰写、审稿与编辑、数据可视化、项目监督。
Uwezo Frank Mao： 撰写初稿、方法设计、数据分析、概念构建。
Mahamuda Abu： 撰写、审稿与编辑、结果验证、项目监督、软件应用。
Benatus Norbert Mvile： 撰写、审稿与编辑、数据可视化、项目监督。
未引用的参考文献
Godfray and Tembo, 2022.
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