Multi-electrode resistivity survey for groundwater exploration in the Harare greenstone belt, Zimbabwe

Abstract

A multi-electrode resistivity survey, carried out over metasedimentary strata and metavolcanics in the Harare greenstone belt in northeastern Zimbabwe as part of a groundwater resources investigation, illustrates the ability of this technique to produce high-resolution images of the subsurface, which are useful for groundwater resources assessment. The resistivity results provide a clear view of the thickness of the weathered regolith and of the distribution of the various lithological units. Using a combination of apparent formation resistivity and inferred depth of weathering, it is possible to characterize the various lithologies on the geophysical profiles. These assigned lithologies show excellent correlation with the mapped geology, and the main lithologies, metabasalt, meta-arenite, granodiorite and banded iron formation can be clearly identified. The banded iron formation is characterized by low resistivity values, while a combination of the depth of weathering and resistivity values are used to distinguish between the meta-arenite on one hand and the metabasalt and granodiorite on the other. The multi-electrode method is successful in identifying potentially favourable zones for obtaining groundwater, such as areas with a maximum depth of weathered regolith, zones of fracturing and faulting, and high porosity and permeability zones associated with lithological contacts.

Résumé

La prospection électrique par la méthode de multiélectrodes, effectuée pour l’investigation des eaux souterraines cantonnés dans des roches métamorphiques d’origine sédimentaire et volcanique de la ceinture de Harare-Zimbabwe a mis en évidence les possibilités de cette technique de réaliser des images à grande résolution du sous-sol qui sont très utiles pour l’évaluation de la ressource en eaux souterraines. D’après la distribution de la résistance il résulte une image très claire de l’épaisseur des regolithes altérés ainsi que de la distribution des différentes unités lithologiques. D’après les profiles géophysiques on peut caractériser les différents lithologies en utilisant les résistivités apparentes de la formation respective et les informations sur la profondeur de la zone altérée. Les lithologies ainsi déterminées montrent une excellente corrélation avec les cartes géologiques et on peut très bien identifier les lithologies principales comme les metabasaltes et les meta-arenites, les granodiorites et les formations de fer rubanées. Cettes dernières sont caractérisées par des faibles valeurs de la résistivité, tandis que en utilisant les résistivité et la profondeur de la zone altérée on peut distinguer les meta-arenites de granodiorites et des metabasaltes. La méthode des multiélectrodes est donc capable d’identifier des formations favorables à l’accumulation en eau comme les zones de faille et des fractures, ainsi que les zones à grande porosité et perméabilité, associées aux contactes lithologiques.

Resumen

Un estudio de resistividad multi-electrodo que se llevó a cabo en estratos meta sedimentarios y metavolcánicos en el cinturón de rocas verdes de Harare, en la parte noreste de Zimbabwe, como parte de una investigación de recursos de agua subterránea, ilustra la capacidad de esta técnica para producir imágenes de alta resolución de la subsuperficie, las cuales son útiles para la evaluación de los recursos da agua subterránea. Los resultados de resistividad suministran una visión clara el espesor del regolito meteorizado y de la distribución de varias unidades litológicas. Mediante el uso de una combinación de resistividad aparente de formación y de una profundidad inferida de meteorización, es posible caracterizar las diferentes litologías en los perfiles geofísicos. Estas litologías asignadas muestran una excelente correlación con la cartografía geológica y se pueden identificar las litologías predominantes como metabasalto, meta-arenita, granodiorita y formación de hierro bandeado. Esta última se caracteriza por valores bajos de resistividad, mientras que se utiliza una combinación de profundidad de meteorización y valores de resistividad, para distinguir entre meta-arenita por un lado y metabasalto y granodiorita por el otro. El método multi-electrodo es exitoso para identificar zonas potencialmente favorables para captar agua subterránea, las cuales pueden ser áreas con una profundidad máxima de regolito meteorizado, o bien zonas de fracturamiento y fallamiento, o también zonas de porosidad y permeabilidad altas asociadas con contactos litológicos.