La Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT) constituye una técnica de prospección geofísica utilizada para generar perfiles del subsuelo a través del registro de numerosos puntos de datos, los cuales se procesan para producir secciones transversales bidimensionales o tridimensionales que representan la resistividad del terreno. Esta técnica geofísica versátil permite visualizar estructuras subterráneas a partir de mediciones de resistividad eléctrica tomadas tanto en la superficie como mediante electrodos instalados en uno o varios pozos.

El concepto básico de la ERT surge de la combinación de los métodos tradicionales de sondeo eléctrico con las modernas técnicas de inversión tomográfica de datos, cuyo desarrollo significativo en teoría y práctica se produjo principalmente durante las décadas de 1980 y 1990.

Principios Físicos Fundamentales de la ERT

Resistividad Eléctrica y Conductivida

La resistividad eléctrica (ρ) es una propiedad intrínseca de un material que cuantifica su oposición al flujo de corriente eléctrica, siendo la conductividad eléctrica su inversa. Los materiales geológicos exhiben una amplia gama de valores de resistividad, la cual, en suelos y rocas, está determinada principalmente por la cantidad y resistividad del agua presente en los poros, así como por la disposición de estos. Aunque los granos minerales que componen suelos y rocas generalmente no son conductores, con la excepción de algunos materiales específicos como los minerales metálicos, es crucial destacar que la resistividad de un material puede variar considerablemente en función de factores como el nivel de saturación, la concentración de iones, la presencia de fluidos orgánicos, la existencia de fracturas y el grado de meteorización; por ejemplo, la arcilla tiende a presentar una resistividad baja, mientras que la roca seca suele tener una resistividad alta.

La ERT resulta eficaz para distinguir capas de roca en función de sus resistividades relativas, siendo el contraste más significativo el que se observa entre unidades geológicas que contienen agua y aquellas que no la contienen. La dependencia de la resistividad de múltiples factores convierte a la ERT en una herramienta valiosa para inferir diversas propiedades del subsuelo más allá de la simple litología, y el contraste en la resistividad entre diferentes elementos del subsuelo, como la diferencia entre arcilla y arena o entre agua dulce y agua salada, es crucial para el éxito de los estudios de ERT, ya que cuanto mayor sea este contraste, más fácil será delimitar estas características en las imágenes resultantes.

Ley de Ohm en el Subsuelo

La ERT se basa en la ley de Ohm, que establece que las diferencias de potencial son el resultado de corrientes generadas artificialmente en el suelo, donde la ley de Ohm (V=IR) define la relación fundamental entre el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R). 

Para un cuerpo de suelo simple y homogéneo, la resistividad (ρ) se define como ρ = R(A/L), donde A representa el área de la sección transversal y L la longitud del material, mientras que la resistencia (R) de un cuerpo cilíndrico se define mediante la relación R = V/I. Si bien la ley de Ohm proporciona la relación fundamental, la naturaleza compleja y heterogénea del subsuelo implica que la «resistencia» medida en ERT es un valor integrado sobre un volumen de material, y la «resistividad» inferida es una «resistividad aparente» que requiere un procesamiento adicional para representar la distribución real de la resistividad del subsuelo, considerando que, aunque la ley de Ohm es una relación puntual, en ERT se trabaja con un medio distribuido, y las mediciones obtenidas en la superficie reflejan el efecto acumulativo del flujo de corriente a través de un gran volumen del subsuelo.

Adquisición de Datos en ERT

Inyección de Corriente Eléctrica a través de Electrodos

La ERT implica la inyección de corriente eléctrica en el subsuelo mediante electrodos de corriente, utilizando típicamente una fuente de alimentación con batería para la inyección de corriente continua y empleando electrodos metálicos para lograr un acoplamiento galvánico con el terreno, donde en ocasiones se utiliza agua o una solución salina para aumentar la continuidad eléctrica entre los electrodos y el suelo. La eficiencia de la inyección de corriente depende de la resistencia de contacto entre los electrodos y el terreno, y una alta resistencia de contacto puede afectar la precisión de las mediciones, especialmente en regiones áridas o congeladas, ya que para que la corriente fluya eficazmente hacia el subsuelo, es necesario un buen contacto eléctrico, y el terreno seco o altamente resistivo puede dificultar este flujo, lo que lleva a señales débiles y lecturas de resistividad potencialmente inexactas.

Medición de la Diferencia de Potencial entre Electrodos

La diferencia de potencial resultante (voltaje) se mide entre dos electrodos de potencial (M y N) que no transportan corriente, registrando un medidor de resistividad (amperímetro-voltímetro) la corriente transmitida y el voltaje inducido, cuya salida a menudo se muestra como la relación entre el voltaje y la corriente (resistencia). La elección de la ubicación de los electrodos de potencial y la sensibilidad del instrumento de medición son cruciales para capturar con precisión las diferencias de potencial, que pueden ser pequeñas dependiendo de la resistividad del subsuelo y la distancia desde los electrodos de corriente, considerando que el voltaje medido en los electrodos de potencial es una consecuencia de la corriente que fluye a través del subsuelo resistivo, y su magnitud depende de la resistividad de los materiales entre los electrodos de corriente y potencial, siendo la medición precisa de este voltaje esencial para calcular la resistencia y, posteriormente, la resistividad aparente.

Diferencia entre Resistividad Aparente y Resistividad Real

La resistividad aparente es una medida global de la resistividad del material en toda el área donde se realizó la medición, representando un promedio ponderado de los efectos producidos sobre un gran volumen, donde las porciones más cercanas contribuyen de manera más significativa, mientras que la resistividad real del subsuelo varía espacialmente debido a cambios en la litología, el contenido de fluidos, etc. Si bien la resistividad aparente proporciona una indicación inicial de la resistividad del subsuelo, no representa la distribución real de la resistividad con la profundidad y la extensión lateral, por lo que el proceso de inversión es necesario para transformar los datos de resistividad aparente en una imagen más precisa de la estructura de resistividad real, ya que, debido a que la corriente fluye a través de un volumen de material y el subsuelo es heterogéneo, la resistividad aparente es una representación simplificada, similar a tomar un promedio de una distribución no uniforme, y para comprender los detalles de esta distribución, se necesitan técnicas más sofisticadas como la inversión.

Obtención de Información de la Distribución de Resistividad

Uso de Múltiples Configuraciones de Electrodos

Los estudios de ERT típicamente emplean múltiples pares de electrodos en diversas configuraciones (geometrías espaciales) seleccionadas en función de los parámetros del sitio y los objetivos del estudio, incluyendo configuraciones comunes como Wenner, Schlumberger, dipolo-dipolo, polo-dipolo, gradiente y combinaciones de estas, las cuales presentan diferentes sensibilidades a las variaciones verticales y horizontales de la resistividad, así como diferentes profundidades de investigación (DOI), que generalmente varían con la geometría de la configuración de los electrodos. 

Por ejemplo, las configuraciones Wenner y Schlumberger son sensibles a las variaciones verticales, mientras que la configuración dipolo-dipolo es más sensible a los cambios horizontales, y al modificar las posiciones y distancias de los electrodos, la ERT puede medir la resistividad aparente en diferentes ubicaciones y profundidades, donde en general, aumentar el espaciamiento entre los electrodos conduce a una mayor profundidad de investigación. El uso de múltiples configuraciones de electrodos y el espaciamiento variable entre ellos es crucial para obtener un conjunto de datos completo que contenga información sobre la distribución de la resistividad del subsuelo a diferentes profundidades y con diferentes sensibilidades a las variaciones laterales y verticales, lo que ayuda a restringir mejor el proceso de inversión, ya que cada configuración y espaciamiento de electrodos proporciona una «vista» diferente de la resistividad del subsuelo, y al combinar datos de varias configuraciones, se obtiene una imagen más completa del subsuelo, de manera similar a cómo múltiples ángulos en una tomografía computarizada médica permiten una reconstrucción tridimensional, estando diferentes configuraciones optimizadas para detectar diferentes tipos de características del subsuelo o para resolver la resistividad a diferentes profundidades.

Sensibilidad a Diferentes Profundidades y Direcciones

La profundidad de investigación (DOI) varía con la geometría y el espaciamiento de la configuración de los electrodos; por ejemplo, en un medio uniforme, las configuraciones Wenner, dipolo-dipolo y Schlumberger tienen DOI aproximadamente proporcionales a la separación de sus electrodos de corriente, y los estudios pueden realizarse en modo de sondeo (variando el espaciamiento entre los electrodos para obtener información sobre la profundidad) o en modo de perfil (moviendo toda la configuración para obtener variaciones laterales), o incluso ambos. 

La capacidad de controlar la profundidad de investigación ajustando el espaciamiento entre los electrodos y el uso de diferentes modos de estudio permiten adaptar la ERT a objetivos de investigación específicos y profundidades deseadas, de manera que, si estamos interesados en características superficiales del subsuelo, podemos utilizar espaciamientos de electrodos más pequeños, mientras que para investigaciones más profundas, necesitamos aumentar el espaciamiento; de manera similar, si queremos mapear cambios laterales, utilizamos el modo de perfil, y para comprender las variaciones verticales, utilizamos el modo de sondeo, lo que hace que la ERT sea aplicable a una amplia gama de problemas geológicos y ambientales.

Conclusión

otorga a la ERT numerosas aplicaciones en estudios ambientales, investigaciones geotécnicas, arqueología, hidrogeología, agricultura y más. 

La ERT es una valiosa herramienta no invasiva para investigar el subsuelo, proporcionando información distribuida espacialmente sobre la resistividad eléctrica, que luego puede relacionarse con una amplia gama de características y procesos geológicos, hidrológicos, ambientales e incluso arqueológicos, convirtiendo su versatilidad y capacidad para generar imágenes del subsuelo en una técnica poderosa para diversas aplicaciones.