Explorando las Profundidades: Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT)

La resistividad eléctrica del subsuelo varía según el tipo de material presente, por lo cual resulta beneficioso obtener una Tomografía Eléctrica del subsuelo cuando se quiere realizar una caracterización geoeléctrica de una zona de interés, permitiendo identificar diferentes tipos de rocas, minerales y fluidos, y se convierte en una herramienta valiosa para la exploración geológica y la evaluación ambiental. Cuando no se está familiarizado con la técnica, resulta complejo interpretar lo que nos está mostrando un modelo de resistividad eléctrica. Sin embargo, tomando en consideración la información proporcionada a continuación, podemos ser capaces de comprender con mayor facilidad el resultado proveniente de una Tomografía Eléctrica.  

Qué es la Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT)

La tomografía Eléctrica es una técnica geofísica utilizada para medir la resistividad eléctrica en el subsuelo, específicamente se basa en la inyección de una corriente eléctrica en el subsuelo a través de electrodos dispuestos a lo largo de la línea de investigación, esta corriente se propaga a través del subsuelo, y se mide el voltaje en una serie de electrodos, también dispuestos sobre la misma línea de investigación. A partir del voltaje y la resistencia del terreno, se calcula la diferencia de potencial, la cual se utiliza para determinar la resistividad eléctrica del subsuelo para cada punto de medición. 

Cómo funciona la Tomografía de Resistividad Eléctrica

En primer lugar, se realiza un diseño de los perfiles de acuerdo al requerimiento y al objetivo de investigación. Una vez en el área de trabajo, se instalan los cables de tomografía eléctrica y los electrodos acoplados a la superficie terrestre, a un espaciamiento que permita la resolución deseada, cabe mencionar que la disposición de los electrodos influye en la resolución espacial y la calidad de los datos.

Posteriormente, los cables van conectados a un resistivímetro, el cual mide los valores de resistividad eléctrica y para lo cual, el equipo contiene una configuración de medición que cumpla con los principios geofísicos del método: electrodos de inyección de corriente y electrodos que miden los voltajes resultantes.

Los datos de resistividad se recopilan en diferentes profundidades a lo largo de una línea de sondeo, y estos datos conforman un perfil que muestra cómo varía la resistividad con la profundidad. Los datos recopilados se envían a gabinete, se procesan con algoritmos de inversión hasta alcanzar la mejor estimación acorde a los datos observados en terreno; y como resultado se obtiene un modelo de la distribución de los valores de resistividad del subsuelo.

Principales beneficios y características de la Tomografía Eléctrica

La tomografía eléctrica es una técnica que mapea la resistividad del subsuelo, proporcionando información valiosa para varias aplicaciones en la exploración del subsuelo, estudios geotécnicos, estudios medioambientales y caracterización geológica.

Dicho esto, y para profundizar en los beneficios de la Tomografía Eléctrica, podemos mencionar cómo la tomografía eléctrica ofrece una mayor resolución espacial que otros métodos geofísicos como la sísmica de refracción o la magnetometría, ya que depende del espaciamiento de los electrodos, y es un parámetro que varía y se me puede ajustar según el interés. Tener mayor resolución en los modelos de resistividad, permite obtener resultados más detallados del subsuelo, lo que resulta ideal para la caracterización de estructuras geológicas complejas o para la detección de objetos de pequeño tamaño.

Por otro lado, la profundidad de investigación de la tomografía eléctrica varía según el tipo de terreno y la longitud de la línea o perfil levantado en terreno, y se pueden diseñar perfiles para cumplir con la profundidad objetivo.

Como es conocido, la resistividad eléctrica del subsuelo varía según el tipo de material presente, lo cual resulta beneficioso porque permite identificar diferentes tipos de rocas, minerales y fluidos, y se convierte en una herramienta valiosa para la exploración geológica y la evaluación ambiental.

La tomografía eléctrica se puede aplicar en una amplia variedad de entornos, desde terrenos áridos hasta zonas con agua saturada. Por último, en términos económicos, el costo de la tomografía eléctrica puede variar dependiendo de muchos factores, como por ejemplo el tamaño del área a estudiar, la complejidad del terreno y la profundidad de penetración requerida. Sin embargo, en general, realizar la tomografía eléctrica es más económico en comparación con otros métodos como la perforación o la sísmica de reflexión, aunado a ello es un método no invasivo que no tiene impacto ambiental significativo que puedan generar daños al subsuelo.

Medios, condiciones y restricciones que afectan la Tomografía de Resistividad Eléctrica

Bajo la premisa que la resistividad eléctrica del subsuelo varía según el tipo de material presente, los cambios en los valores de resistividad indican diferentes tipos de rocas, minerales o fluidos. Adicionalmente, la presencia de materiales altamente resistivos, que no permitan el paso de la corriente al subsuelo, puede afectar la precisión de las mediciones.

Principalmente los factores que afectan la resistividad del suelo son los siguientes:

• Tipo de suelo: Los suelos con una alta concentración de partículas finas, como la arcilla, tienen una baja resistividad. Los suelos con una alta concentración de partículas gruesas, como la arena, tienen una alta resistividad.
• Contenido de humedad: El agua es un buen conductor de electricidad, por lo que los suelos húmedos tienen una baja resistividad. Los suelos secos tienen una alta resistividad.
• Composición química: Las sales disueltas en el agua del suelo también son buenos conductores de electricidad. Por lo tanto, los suelos con una alta concentración de sales tienen una baja resistividad.
• Compactación: Los suelos compactados tienen una menor cantidad de espacios vacíos, lo que dificulta el flujo de la corriente eléctrica. Por lo tanto, los suelos compactados tienen una alta resistividad.
• Temperatura: La resistividad del suelo aumenta con la temperatura.

Cada uno de estos factores, afectan los resultados de la Tomografía Eléctrica, por eso es importante conocer la zona de estudio para entender el comportamiento de los datos durante la medición y posteriormente tomarlos en cuenta en la interpretación de los modelos de resistividad.

Aplicaciones y usos en los campos

Si el interés es determinar la distribución de los valores de resistividad del subsuelo, la Tomografía Eléctrica es la respuesta. Tiene diversas áreas de aplicación, como en los estudios geotécnicos, la detección de agua subterránea (nivel freático), la prospección de minerales, monitoreos medioambientales, puede proporcionar información relevante sobre la presencia de capas de suelo, estructuras geológicas, anomalías hidrogeológicas, entre otros. A continuación, se mencionan algunas de sus aplicaciones:

Exploración de minerales: Se puede utilizar para mapear la distribución de minerales conductores, como sulfuros metálicos.

Estudios geotécnicos: Para identificar la distribución de los distintos materiales que componen el subsuelo, seguimiento de capas estratigráficas, o determinar la ubicación del sustrato más competente, determinar nivel freático.

Caracterizar estructuras geológicas: Permite determinar la geometría, profundidad y extensión de estructuras geológicas como fallas, acuíferos o diques.

Monitoreos ambientales: Permite observar cambios en el subsuelo a lo largo del tiempo, como el comportamiento de fluidos o la filtración de contaminantes a lo largo del tiempo. Esto es comúnmente utilizado en estudios sobre pilas de lixiviación, botadero de ripios, piscinas operacionales, TK- ácidos para la industria minera.

Instrumentos para medir la Tomografía Eléctrica

GEO-X utiliza el resistivímetro ARES I, el cual consiste en una consola con un sistema avanzado para obtención de imágenes 1D, 2D y 3D de resistividad eléctrica e IP, equipado con un receptor de 48 canales capacitado para todo tipo de estudios eléctricos. La consola es una unidad resistente a la intemperie que integra el transmisor, el receptor y la unidad de control que además cuenta con un amplio software para muchos métodos  y dispositivos electródicos de medición.

Etapas de un estudio de Tomografía eléctrica

Un estudio de tomografía eléctrica es un proceso que permite visualizar la distribución de la resistividad eléctrica en el subsuelo. Para ello, es necesario dividir la tarea en una serie de etapas que se detallan a continuación.

Planteamiento del problema y recopilación de datos

Durante esta fase, y considerando los objetivos específicos del estudio, se realiza un diseño de adquisición y se recopila toda la información existente relevante relacionada con el área de investigación.

Esto puede abarcar datos provenientes de estudios geofísicos previos, mapas geológicos y cualquier otra información pertinente que contribuya a la comprensión completa de la zona de estudio.

Programación del trabajo de campo

La planificación eficiente del trabajo de campo es de suma importancia, ya que puede optimizar el tiempo y prevenir posibles contratiempos. 

Durante esta fase, se toman decisiones cruciales, como las coordinaciones tanto internas como con el cliente, se establecen los requerimientos necesarios para la ejecución segura de los trabajos. También se define el protocolo para la medición de los datos, el protocolo  de adquisición de datos determina qué electrodos se utilizan sucesivamente como inyección de corriente y cuales miden la diferencia de potencial.

Por otra parte, se estudia la factibilidad en terreno de realizar los perfiles sobre la ubicación propuesta en el diseño de adquisición, se verifica la disponibilidad de espacio para abarcar su longitud, y, en consecuencia contar con el número de cables y número de electrodos requeridos. El espaciamiento de los electrodos cobra importancia por la resolución que se quiere obtener del modelo y la longitud del perfil, determina la profundidad máxima alcanzada.

En perfiles de gran longitud, que requieren más de una implantación y dependiendo de la disponibilidad de cables y electrodos, se emplea comúnmente la técnica “roll-along”, que facilita la cobertura de distancias extensas.

Ejecución del trabajo de campo

En el terreno, se posiciona el cable sobre la ubicación del perfil propuesto, en caso de requerirse, se  utiliza una cinta métrica para asignar el espaciamiento preestablecido de los electrodos y se insertan los electrodos a la distancia seleccionada. Luego, se establece la conexión entre los electrodos, y los cables multielectrodos.

Posteriormente se instala el resistivímetro, se conecta a una fuente de poder y se realizan pruebas de contacto de los electrodos y una vez éstas sean satisfactorias se da inicio a la medición de datos. El resistivímetro se encarga de ejecutar automáticamente todas las secuencias de medición conforme al protocolo elegido. Asimismo, resulta crucial medir las coordenadas de la posición de los electrodos del perfil, para obtener los datos de la topografía del perfil.

Durante el proceso de medición, se capturan fotografías y se registran notas acerca de la zona objeto de estudio, anotando cualquier eventualidad que pueda surgir.

Procesado de los datos

El procesamiento de los datos implica resolver el problema inverso, es decir, generar un modelo de la distribución real de las resistividades en el subsuelo a partir de los valores de resistividad aparente. 

Para este propósito, empleamos  softwares de procesamiento especializados como Res2dinv y Res3dinv para estudios en 2D y 3D, respectivamente. 

Estos programas se fundamentan en un ajuste mediante el método de diferencias finitas, que implica dividir el subsuelo en celdas con un valor inicial de la resistividad real. Luego, se obtiene para cada celda un valor de resistencia aparente, que se compara con los valores observados. 

Después se vuelven a ajustar los valores de resistividad de cada celda hasta alcanzar un error mínimo. En la inversión se puede incluir la topografía del terreno.

Interpretación de los resultados obtenidos

Para realizar la interpretación de un modelo de resistividad, se identifican los rangos de los valores de resistividad, y en aquellos valores que presentan notables discrepancias (valores muy altos o muy bajos en comparación con el entorno) comúnmente las denominamos anomalías. 

Se recomienda generar escalas gráficas adaptadas a los valores de resistividad obtenidos, en los que se puedan visualizar con mayor facilidad los resultados. En el caso de estudios 3D, se suelen crear secciones horizontales a diferentes profundidades y representaciones 3D de valores específicos que resulten de interés.

Las zonas de alta resistividad pueden indicar capas impermeables, mientras que las zonas de baja resistividad pueden sugerir la presencia de fluidos o materiales más conductivos. Es importante tener en cuenta que la interpretación de datos de tomografía eléctrica puede ser compleja y requiere experiencia geofísica. Además, siempre se debe considerar incertidumbre, y en algunos casos, puede requerirse combinar datos de tomografía eléctrica con otras técnicas geofísicas o información geológica para obtener una imagen más completa y detallada del subsuelo.

¿Por qué trabajar el servicio de Resistividad Eléctrica (ERT) con GeoX?

Nuestra atención personalizada y nuestro compromiso en realizar pronta entrega a los requerimientos solicitados nos distinguen.  En cada proyecto abordado, lo diseñamos de acuerdo a satisfacer las necesidades del cliente, utilizando el método geofísico adecuado mediante conocimiento geofísico avanzado, experiencia y profesionalismo para dar resultados confiables sobre la caracterización del subsuelo. Entendiendo, además, el compromiso adquirido en cada servicio, dado que nuestros resultados son el punto de partida en la toma de decisiones de proyectos y cumplimiento de objetivos seguros para nuestros clientes.