Equipo basado en un método innovador en la geofísica cerca de la superficie. La principal característica distintiva del GPR Loza es la acumulación de energía en un único impulso de alta tensión transmitido en vez de la síntesis de la señal recibida mediante el procesamiento estroboscópico repetitivo.

1. Sergio Marchenko.Abril2018
Radar de penetración terrestre de la serie Loza.
Equipo basado en un método innovador en la
geofísica cerca de la superficie.
Durante el proceso de estudio geofísico con el radar de penetración terrestre Loza-N en Australia.
Operador del equipo tiene en las manos la consola, donde se almacenan los datos y se realiza la
gestion del estudio, cambio de ajustes. Consola conectada con receptor por un cable. El receptor
esta conectado directo a la antena. En la foto dos antenas de 6 metros están ubicadas una tras otra
en una linea.
Introducción

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Últimamente métodos geofísicos se expanden cada vez más hacia distintas áreas fuera del
rubro de la minería. Algunos métodos tienen una historia larga, tales como magnetometría
o estudios sísmicos, otros se están desarrollando en el dia de hoy. Métodos
electromagnéticos, son métodos donde últimamente fueron desarrollados muchos
equipos geofísicos más móviles y económicamente más accesibles que los equipos
geofísicos tradicionales. Obviamente detrás de esa movilidad y economía hay ciertos
restricciones y uno de los más notables es baja profundidad de estudio del subsuelo. Sin
embargo, como muestra la práctica, hay un campo muy amplio, donde estos equipos son
muy solicitados y además se desempeñan mucho mejor que los equipos tradicionales
desarrollados para los estudios muy profundos.
El desarrollo del radar subsuperficial Loza comenzó en el centro científico IZMIRAN en
relación con la misión espacial planificada Marte 94 (no realizada). Desafío principal:
profundidad máxima de penetración, limitaciones estrictas en tamaño y peso. Un principio
de la construcción novedosa aumentó el rango dinámico del radar por el factor de
alrededor de 10000 y profundidad de penetración hasta 100-200 m. Ahora el GPR Loza-V y
el Loza-N de "alta" y "baja frecuencia" están fabricados por la empresa VNIISMI (Rusia) y
son ampliamente utilizados en geología, arqueología y trabajos industriales.
Los GPR (inglés: Ground Penetrating Radar) convencionales no se usan ampliamente para
la exploración geológica. Debido a la baja potencia de transmisión típica de los GPR
convencionales, la "profundidad de sondeo" en suelos de textura ligera se limita a los 10
metros superiores. En la exploración, estas profundidades son de poco interés para los
geólogos.
Al desarrollar el radar de penetración terrestre profunda "Loza", se realizaron grandes
esfuerzos para que la profundidad de sondeo del dispositivo sería atractiva para geólogos
y geofísicos. El radar de penetración profunda Loza tiene las siguientes características:
potencia ultra alta, concentración de energía de señal en el área del espectro de baja
frecuencia, gran rango dinámico de grabación de señal reflejada, lo que permite aplicar el

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GPR en la exploración de estructuras subterráneas a profundidades de 100-150 metros en
suelos de baja resistividad y hasta 200-300 metros en suelos de alta resistividad.
Puntos claves y características principales
La principal característica distintiva del GPR Loza es la acumulación de energía en un único
impulso de alta tensión transmitido en vez de la síntesis de la señal recibida mediante el
procesamiento estroboscópico repetitivo.
Transmisor: la potencia máxima alcanza el límite práctico permitido por propiedades
aislantes de la materia circundante. El pulso de sondeo es generado por un condensador
cargado gradualmente, descargando rápidamente a través de una clave de hidrógeno de
alto voltaje. Su duración y forma depende de los parámetros de la antena. Hablando
generalizado, el transmisor determina la energía de un pulso de emisión única, sin
embargo los ingenieros prácticos prefieren hablar de su "potencia" que asciende a 5, 10, 15
o 21 kV establecido para GPR Loza-N . Esos transmisores pueden funcionar prácticamente
en todas las condiciones climáticas y no producen interferencia ni para la radio tampoco
para la TV, debido a una duración de pulso muy corta. El acuerdo con la compatibilidad
electromagnética europea y la salud requisitos ha sido confirmado por Engineering Test
Institute y Center of Labor Hygiene de la República Checa. (Certificados E-31-00531-07 y
2633/2011). En condiciones especiale, pueden ser utilizado transmisores experimentales
con mayor voltaje de pulso.

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Esquema del GPR de frecuencia alta Loza-V.
Las antenas no son resonantes (transmisor y receptor, en para evitar el "timbre" espurio).
Principio carga resistiva Wu-King: disipación de energía aumentando gradualmente las
resistencias entre elementos de antena lineales.
Esquema del GPR de frecuencia baja Loza-N.
Banda de frecuencia: para alcanzar la profundidad máxima, el espectro de pulso en Loza-N
GPR se desplaza a la parte inferior de la banda de frecuencia del receptor: 1-50 MHz. El

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equipo Loza-N contiene antenas de 50 MHz (3 m de largo), 25 MHz (6 m), 15 MHz (10 m) y
10 MHz (15 m) cargadas resistivamente.
A diferencia de otros métodos geofísicos terrestres con los GPR de la serie Loza los datos
se están recolectando muy rápido. Velocidad depende de la topografía y de la vegetación.
Como ejemplo, desplazando por un pasto en la superficie relativamente plana la velocidad
de recolección de los datos es prácticamente idéntica a una caminata de 2 km/h.
Digitalización de la señal: consola de Loza-N registra los niveles de amplitud con un
conjunto paralelo de comparadores de alta velocidad (frecuencia: 0,5-1 GHz). Repitiendo
las mediciones con atenuación de entrada cambiando en escala cuasi logarítmica, el
procesador Loza obtiene una representación de señal de 256 bits en un rango dinámico de
120 dB.
Forma de onda de pulso: debido a la carga resistiva, la radiación de la antena del GPR Loza
se acerca a la ráfaga EM idealmente no oscilante. Su bajo factor Q se compensa con una
alta energía la de corriente del pulso.
Forma de pulso del GPR Loza.

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El enfoque natural de la onda hacia la subsuperficie se produce debido al buen contacto
entre el suelo y las antenas flexibles.
Fuente de corriente en la interfaz aire-tierra, función de Green del dominio del tiempo. ct = 1m, ε = 4
Gráficos angulares de amplitud máxima para r = 2, 4, 12 m y patrón de radiación de campo lejano. fc
= 150 MHz, ε = 4.

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Surge una pregunta inmediata sobre la naturaleza de los pulsos monopolares prolongados
procedentes de profundidades ~ 100 m.
Sima kárstica (Loza-N, República Checa, 2013). B-scan y A-scan seleccionados
La evaluación cuantitativa de las reflexiones débiles en un rango dinámico de 120 dB de
Loza-N GPR presenta dificultades para los enfoques puramente computacionales.
La teoría analítica de la propagación de ondas cuasi-1D, basada en la versión de dominio de
tiempo de la aproximación WKB acoplada, explica baja dispersión reversa desde la
subsuperficie suavemente estratificada:

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Significado físico: el pulso inicial f (s) viaja desde la superficie de la tierra de acuerdo con las
leyes de la óptica geométrica, se refleja desde el gradiente luego vuelve,
cubriendo el camino óptico:
Para simplificar, despreciamos las pérdidas eléctricas y divergencia de onda.
Casos de estudios.
Todos los principios antes mencionados han sido implementados en el hardware y la
metodología del GPR Loza-N. Como un resultado, primeros cientos de metros bajo la
superficie ahora son fácilmente accesibles para estudios geofísicos con el GPR Loza.
Aguas subterráneas
Dentro de todos los trabajos realizados últimamente se destacan numerosos proyectos de
estudios de recursos hídricos. A continuación le mostramos varios ejemplos.
Radargrama de una valle seca en Altiplano del desierto de Atacama. Se ve perfectamente una forma
del lecho del río antiguo. Paleocanal. Chile, 2012. Profundidad de estudio 200 m.
En este proyecto realizado en la región de Atacama en Chile el desafío principal fue
encontrar el mejor lugar para perforar el pozo de agua con el fin de alimentar con agua

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una pequeña mina de cobre. Para eso fueron realizados varios perfiles geofísicos. En uno
de los perfiles fue detectado una estructura de paleocanal. El pozo recomendado fue
perforado en la parte más profunda del paleocanal y resultó ser muy productivo con varios
niveles de acuíferos.
Radargrama del estudio de recursos hídricos en Zambia. Con los pozos sobrepuestos en la imagen.
Profundidad de estudio 100 m.
Segundo ejemplo está representado por un estudio realizado en Zambia. El objetivo de
este trabajo fue encontrar lugar con mayor espesor de la capa de caliza fracturada, la que
contiene el acuífero principal en la zona de estudio. El la imagen caliza fracturada
representada por colores verdes y azulados en el rango de profundidades 18-40 metros,
mientras las capas “aislantes” de dolomita representadas por los colores rojos y
anaranjados. En total en la zona fueron recomendados 12 pozos basados en los datos
recibidos con el GPR Loza, 10 de cuales tenían caudal entre 10 y 17 litros por segundo, los 2
pozos fueron menos exitosos, con caudal de 3-4 litros por segundo.
Kimberlita
Nuestro equipo realizó numerosos proyectos en el continente africano y una gran parte de
esos proyectos fueron estudios detallados de las anomalías magnéticas, para corroborar si

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la anomalía efectivamente está relacionada con la chimenea de kimberlita. Equipo GPR
Loza permite ver ese tipo de estructuras geológicas bastante claro. A continuación veremos
un ejemplo.
Radargrama del estudio de la chimenea de kimberlita en Botswana. La chimenea de kimberlita está
en el centro de la imagen. Profundidad de estudio 230 m.
El estudio de la chimenea de kimberlita está realizado en Botswana. El objetivo de este
estudio fue corroborar si la anomalía magnética tiene algunos “raíces” hacia la
profundidad. En la imagen claramente se ve un cambio estructural que ocupa un tercio en
la parte central de la imagen. Luego esa estructura fue confirmada con perforación de
sondaje como la chimenea de kimberlita.
Oro

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En el dia de hoy aproximadamente un tercio de los estudios que nuestro equipo ha sido
realizado son los estudios para exploración de oro. Hemos tenido excelentes resultados en
numerosos proyectos en África, Australia, India, Colombia, Honduras, Chile. Veremos
ejemplo de un estudio realizado en Colombia.
Radargrama de un estudio de yacimiento polimetálico en Colombia. Colores azulados representan
zonas de alta mineralización. Pozo perforado a traves de una zona de mineralización confirmó la ley
alta de oro. Profundidad de estudio 200 m.
Este estudio realizado en Colombia fue un buen ejemplo de las ventajas que tiene GPR
Loza. Ya que nuestro equipo pudo cubrir una superficie de 7 km por 1 km de la selva muy
densa con una grilla de perfiles geofísicos muy detallada en 4 días. Yacimiento polimetálico
esta representado por las fallas rellenas con el material alterado por los procesos
hidrotermales. Componente metálico representado principalmente por cobre, con alta
presencia de oro y plata. Durante cada día de estudios geofísicos pudimos detectar
objetivos para la campaña de perforación prácticamente en el tiempo real, realizando
interpretación preliminar después de cada perfil terminado. Luego la campaña de

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perforación confirmó todos los objetivos recomendados. Lo que demostró que GPR Loza
puede ser utilizado como herramienta de evaluación rápida y fiable de potencial de áreas
en la etapa de “greenfield exploration”.
Referencias
Los materiales gráficos utilizados en este artículo pertenecen a señores P. Morozov, A.
Berkut, V. Kopeikin, L. Krinitsky.
Además fueron utilizados siguientes materiales:
A. Popov, A. Berkut, D. Edemsky, V. Kopeikin, P. Morozov, I.Prokopovich.Deep Penetration
Subsurface Radar: Hardware, Results,Interpretation. 9th Internat. Workshop on Advanced
Ground Penetrating Radar, pp. 117-122. Edinbourgh, UK, 2017.
V.V. Kopeikin, D.E. Edemsky, V.A. Garbatsevich, A.V. Popov, A.E. Reznikov, A.Yu. Schekotov,
“Enhanced Power Ground Penetrating Radars,” Proc. 6th Internat. Conf. on GPR, Sendai,
Japan, pp. 152-154, 1996.
V.V. Kopeikin, I.V. Krasheninnikov, P.A. Morozov, A.V. Popov, Fang Guangyou, Liu Xiaojun,
Zhou Bin, “Experimental verification of LOZA-V GPR penetration depth and signal quality,”
Proc. 4th Internat. Workshop on Advanced GPR, Naples, Italy, pp. 230-233, 2007.
S. Maiti, S. K. Patra, A. Bhattacharya. “GPR modeling for rapid characterization of layered
media”, Progress in Electromagn. Research B, vol. 63, pp. 217-232, 2015.