Una técnica geofísica para obtener imágenes de estructuras subterráneas
Inversión de resistividad 2D de datos ERTDespliegue de un perfil de tomografía de resistividad eléctrica permanente en una sección longitudinal de un deslizamiento activo.
La tomografía de resistividad eléctrica ( ERT ) o imágenes de resistividad eléctrica ( ERI ) es una técnica geofísica para obtener imágenes de estructuras subterráneas a partir de mediciones de resistividad eléctrica realizadas en la superficie o mediante electrodos en uno o más pozos . Si los electrodos están suspendidos en los pozos, se pueden investigar secciones más profundas. Está estrechamente relacionada con la técnica de imágenes médicas tomografía de impedancia eléctrica (EIT), y matemáticamente es el mismo problema inverso . Sin embargo, a diferencia de la EIT médica, la ERT es esencialmente un método de corriente continua. Un método geofísico relacionado, la polarización inducida (o polarización inducida espectral ), mide la respuesta transitoria y tiene como objetivo determinar las propiedades de cargabilidad del subsuelo.
Las mediciones de resistividad eléctrica se pueden utilizar para la identificación y cuantificación de la profundidad del agua subterránea, la detección de arcillas y la medición de la conductividad del agua subterránea. [1]
Historia
La técnica evolucionó a partir de técnicas de prospección eléctrica anteriores a las computadoras digitales, en las que se buscaban capas o anomalías en lugar de imágenes. Los primeros trabajos sobre el problema matemático en la década de 1930 asumieron un medio estratificado (véase, por ejemplo, Langer, Slichter). Andrey Nikolayevich Tikhonov , que es más conocido por su trabajo sobre la regularización de problemas inversos, también trabajó en este problema. Explica en detalle cómo resolver el problema ERT en un caso simple de medio de 2 capas. Durante la década de 1940, colaboró con geofísicos y, sin la ayuda de computadoras, descubrieron grandes depósitos de cobre. Como resultado, recibieron un Premio Estatal de la Unión Soviética.
Andrey Nikolayevich Tikhonov, el "padre de la ERT"
Cuando se generalizó la disponibilidad de ordenadores, el problema inverso de la ERT se pudo resolver numéricamente. El trabajo de Loke y Barker en la Universidad de Birmingham fue una de las primeras soluciones de este tipo y su método todavía se utiliza ampliamente.
Con el avance en el campo de la tomografía de resistividad eléctrica (ERT) de 1D a 2D y, actualmente, 3D, la ERT ha explorado muchos campos. Las aplicaciones de la ERT incluyen la investigación de fallas, la investigación del nivel freático, la determinación del contenido de humedad del suelo y muchas otras. En la obtención de imágenes de procesos industriales, la ERT se puede utilizar de manera similar a la EIT médica, para obtener imágenes de la distribución de la conductividad en recipientes y tuberías de mezcla. En este contexto, generalmente se la denomina tomografía de resistencia eléctrica , haciendo hincapié en la cantidad que se mide en lugar de la que se obtiene en imágenes.
Procedimiento operativo
La resistividad del suelo, medida en ohmios-centímetros (Ω⋅cm), varía con el contenido de humedad y los cambios de temperatura. En general, un aumento de la humedad del suelo produce una reducción de la resistividad del suelo. El fluido intersticial proporciona la única vía eléctrica en las arenas, mientras que tanto el fluido intersticial como las partículas cargadas superficialmente proporcionan vías eléctricas en las arcillas. Las resistividades de los suelos húmedos de grano fino son generalmente mucho más bajas que las de los suelos húmedos de grano grueso. La diferencia de resistividad entre un suelo seco y uno saturado puede ser de varios órdenes de magnitud. [2]
El método para medir la resistividad del subsuelo consiste en colocar cuatro electrodos en el suelo en una línea con la misma distancia entre ellos, aplicar una corriente alterna medida a los dos electrodos externos y medir el voltaje alternado entre los dos electrodos internos. La resistencia medida se calcula dividiendo el voltaje medido por la corriente medida. Luego, esta resistencia se multiplica por un factor geométrico que incluye la distancia entre cada electrodo para determinar la resistividad aparente.
Los espaciamientos entre electrodos de 0,75, 1,5, 3,0, 6,0 y 12,0 m se utilizan normalmente para investigaciones a poca profundidad (<10 m). Los espaciamientos entre electrodos mayores de 1,5, 3,0, 6,0, 15,0, 30,0, 100,0 y 150,0 m se utilizan normalmente para investigaciones más profundas. La profundidad de la investigación suele ser inferior al espaciado máximo entre electrodos. Se introduce agua en los orificios de los electrodos a medida que estos se introducen en el suelo para mejorar el contacto eléctrico.
Encuesta ERT
Aplicaciones
La ERT se utiliza para crear imágenes de diversos tipos de condiciones y estructuras del subsuelo. Tiene aplicaciones en diversos campos, entre ellos:
Estudios ambientales:
Exploración de aguas subterráneas: ERT ayuda a localizar acuíferos subterráneos y evaluar la calidad del agua.
Mapeo de contaminantes: ERT se utiliza para monitorear y delinear la propagación de contaminantes en el suelo y las aguas subterráneas.
Monitoreo de vertederos: ERT monitorea las condiciones de los vertederos, la generación y migración de gases [3] y las vías de lixiviación. [4]
Ingeniería Geotécnica:
Investigación del sitio: ERT se utiliza para inspeccionar las propiedades del suelo y las rocas y la infraestructura subterránea existente en proyectos de construcción. [5]
Evaluación de cimientos: ERT puede evaluar el estado de los cimientos, detectar huecos y evaluar la capacidad de carga.
Detección de sumideros: ERT puede identificar huecos subterráneos que pueden dar lugar a sumideros.
Arqueología y Patrimonio Cultural:
Características arqueológicas enterradas: ERT puede detectar estructuras enterradas, artefactos y sitios arqueológicos.
Integridad estructural de los monumentos: ERT ayuda a evaluar el estado de los edificios y estructuras históricas. [6]
Minería y exploración de minerales:
Depósitos minerales: ERT puede delinear los límites y características de los cuerpos minerales.
Detección de cuevas: ERT se utiliza para localizar cuevas y características kársticas en áreas mineras.
Hidrogeología:
Mapeo de acuíferos: ERT se utiliza para crear mapas detallados de los acuíferos subterráneos y sus propiedades.
Monitoreo de intrusión de agua salada: ERT ayuda a detectar y monitorear la invasión de agua salada en los acuíferos de agua dulce.
Ingeniería e Infraestructura:
Evaluación de túneles y presas: ERT evalúa la integridad estructural de túneles y presas. [7]
Estudios de rutas de tuberías y cables: ayudan a identificar servicios subterráneos y peligros potenciales. [8]
Evaluación del riesgo de deslizamientos de tierra: ERT puede detectar planos de deslizamiento subterráneos y pendientes inestables.
Evaluación de diques y terraplenes: evalúa la integridad estructural de diques y terraplenes.
Inspecciones de salud de edificios: las ERT se utilizan para examinar el estado de los cimientos y otras partes subterráneas de los edificios para orientar el mantenimiento y las renovaciones. [9]
Exploración de petróleo y gas:
Caracterización de yacimientos: ERT ayuda a comprender las propiedades del yacimiento subterráneo.
Monitoreo de la migración de fluidos: ERT se utiliza para rastrear el movimiento de fluidos en el subsuelo durante la perforación y la producción.
Agricultura:
Mapeo de la humedad del suelo: ERT ayuda a evaluar el contenido de humedad del suelo para la agricultura de precisión.
Imágenes de la zona radicular: la ERT se utiliza para visualizar las estructuras de las raíces de las plantas y las interacciones suelo-raíz.
^ Budhu, M. (2011) Mecánica de suelos y cimentación. 3.ª edición, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. Véase el capítulo 3.5.1 Métodos de exploración de suelos.
^ Budhu, M. (2011) Mecánica de suelos y cimentación. 3.ª edición, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. Véase el capítulo 3.5.1 Métodos de exploración de suelos.
^ Deep Scan Tech (2022): Deep Scan Tech ayuda a los vertederos a proteger el medio ambiente con un proyecto de demostración en Ucrania.
^ Deep Scan Tech (2022): Deep Scan Tech ayuda a los vertederos a proteger el medio ambiente con un proyecto de demostración en Ucrania.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech descubre estructuras ocultas en el sitio del edificio más alto de Dinamarca.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech está descubriendo los secretos ocultos del histórico dique seco de Suomenlinna.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech está resolviendo la cuestión de los 130 billones de euros de la infraestructura crítica.
^ Deep Scan Tech (2022): Deep Scan Tech ayuda a proteger la infraestructura crítica de alcantarillado contra desbordes.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech lanza un nuevo proyecto de I+D para reducir la huella de carbono en el entorno construido.
Langer, RE (1933-10-01). "Un problema inverso en ecuaciones diferenciales". Boletín de la American Mathematical Society . 39 (10). American Mathematical Society (AMS): 814–821. doi : 10.1090/s0002-9904-1933-05752-x . ISSN 0002-9904.
Slichter, LB (1933). "La interpretación del método de prospección de resistividad para estructuras horizontales". Física . Vol. 4, núm. 9. AIP Publishing. págs. 307–322. doi :10.1063/1.1745198. ISSN 0148-6349.
Langer, RE (1936-10-01). "Sobre la determinación de la conductividad terrestre a partir de potenciales superficiales observados" (PDF) . Boletín de la American Mathematical Society . 42 (10). American Mathematical Society (AMS): 747–755. doi : 10.1090/s0002-9904-1936-06420-7 . ISSN 0002-9904.
Tikhonov, AN (1949). О единственности решения задачи электроразведки. Doklady Akademii Nauk SSSR (en ruso). 69 (6): 797–800.
AP Calderón, Sobre un problema de valor de contorno inverso, en Seminario sobre análisis numérico y sus aplicaciones a la física del medio continuo, Río de Janeiro. 1980. Copia escaneada del artículo
Loke, MH (2004). Tutorial: estudios de imágenes eléctricas en 2D y 3D (PDF) . Consultado el 11 de junio de 2007 .
Loke, MH; Barker, RD (1996). "Inversión rápida de mínimos cuadrados de pseudosecciones de resistividad aparente mediante un método cuasi-Newton". Prospección geofísica . 44 (1). Wiley: 131–152. Código Bibliográfico :1996GeopP..44..131L. doi :10.1111/j.1365-2478.1996.tb00142.x. ISSN 0016-8025.
Loke, MH; Barker, RD (1996). "Técnicas prácticas para estudios de resistividad 3D e inversión de datos". Prospección geofísica . 44 (3). Wiley: 499–523. Código Bibliográfico :1996GeopP..44..499L. doi :10.1111/j.1365-2478.1996.tb00162.x. ISSN 0016-8025.
