Использование георадара при диагностике археологических памятников. Опыт применения
В. Г. Бездудный
Донское Археологическое Общество, г. Ростов-на-Дону
Возможности одного из радиолокационных приборов подповерхностного зондирования (далее - георадара), георадарного комплекса "ГЕОРАД-2" позволяют применять его для решения археологических задач.
Понимание областей применения, а главное - границ возможностей применения георадара на памятниках археологии важно для полевого исследователя. Ниже приведены некоторые результаты использования георадара, методы проведения георадарной съемки и дешифровки полученных результатов, а также проблемы, возникающие при этом и требующие дальнейших исследований.
"ГЕОРАД-2" - георадар с антенной 500 МГц, в зависимости от электрофизических характеристик грунтов (их диэлектрической проницаемости), позволяет проводить съемку и фиксацию объектов с линейными размерами от 0,15 м на глубинах их залегания от 0,1/0,15 м до 1,8/2 м. Антенна 750 МГц георадара позволяет проводить съемку и фиксацию объектов с линейными размерами от 0,1 м на глубинах их залегания от 0,1/0,15 м до 1/1,2 м. Использование двух разночастотных антенн дает возможность перепроверять полученные результаты, хотя более высокочастотная антенна имеет меньшую глубину зондирования. Рабочий момент использования "ГЕОРАД-2" представлен на рис. 1 и 2.
Георадарное обследование в зоне проектируемого строительства газовой скважины № 51 газового месторождения "Марковское" у ст. Митякинской Тарасовского района Ростовской области. Работы проводились при организационной и финансовой поддержке "Донского Археологического Общества". Для проведения георадарной съемки применялся георадар "ГЕОРАД-2". Рабочая частота использовавшейся антенны радара - 500 МГц.
Задачей исследования было выяснить наличие в зоне будущего строительства скважины заглубленных объектов для выбора места закладки шурфов. Участок № 2.1 находится южнее грунтовой лесной дороги, на относительно ровной поверхности, в районе предполагаемого строительства скважины № 51. Обочина дороги на момент проведения съемки была несильно задернована, это позволило разбить участок размерами 50 х 2 м, ориентированный по линии В-З. Часть поверхности участка была повреждена старыми и свежими колеями тяжелой техники, что потребовало их засыпки или сглаживания.
Почвенный покров - гумусированные супеси; подпочвенные отложения - пески. Грунт достаточно увлажненный, это затруднило точную привязку отображенных на радарограммах объектов по глубине их залегания с помощью радарного метода.
К З от предполагаемого строительства скважины № 51 находится многослойное поселение эпохи бронзы и средневековья, на котором проводились исследования. Можно было предположить наличие археологических объектов на участке планируемого строительства. Однако между участком № 2.1 и раскопом шурфа, давшего малочисленный археологический материал, на участке предполагаемого исследования отсутствовал подъемный материал; кроме того, здесь местность понижается к ЮВ. Все это не позволяло с уверенностью утверждать, что на территории размеченного участка № 2.1 существует археологический памятник.
Расположение участка № 2.1 (50 х 2 м, вытянутого с В на З по небольшому понижению) было обусловлено задачей охватить георадарной съемкой протяженный участок понижения и выявить на нем объекты.
Исходя из вышеперечисленного, была выбрана методика параллельных проходов георадара с расстоянием между проходами 0,3 м с В на З. Для уточнения месторасположения и характера аномалий производилось дублирование каждого профиля. По дешифровке аномалий и нанесения их на план участка № 2.1 можно сделать некоторые выводы (рис. 3).
На выбранном участке наблюдается большое скопление приповерхностных аномальных зон, вероятно, вызванных как старыми колеями, нивелированными при подготовке участка № 2.1, так и, возможно, остатками ям после раскорчевки леса по краю грунтовой лесной дороги. На полосе участка в районе 25 м наблюдается устойчивая аномалия.
Определить характер ее происхождения, антропогенный или природный, не представлялось возможным без проведения шурфовки.
Георадарное обследование грунтового могильника Геройское 5 в Калинградской области. Георадарное археологическое обследование в зоне грунтового могильника Геройское 5 проводилось в мае 2005 г. (рис. 4, 5). Для проведения георадарной съемки применялся георадар "ГЕОРАД-2". Рабочая частота использовавшихся антенн радара - 500 и 750 МГц.
Грунтовый могильник Геройское 5 (Калинградская область) расположен на вершине и южном склоне моренной гряды. Для участка проведения раскопок 2003-2004 гг. характерны песчаные и супесчаные грунты. В результате полевых исследований отряда Деснинской экспедиции Института археологии РАН под руководством Н. В. Зубарева определено время существования могильника. Он использовался на протяжении всего I и начала II тыс. н.э. Основной массив погребений принадлежит к последнему этапу развития прусской культуры XI-XII вв.
Задача данного исследования состояла в определении границы частично раскопанного могильника и динамики распространения его плотности на В и на С от вскрытого и зачищенного по материку участка № 1 размерами 10 х 10 м.
Было разбито две площадки обследования: участок № 2 размерами 10 х 20 м к В от участка № 1, уходящий с понижением вниз по склону моренной гряды, и участок № 3 размерами 30 х 9 м к С от участка № 1, расположенный вверх по склону моренной гряды.
Поверхность исследуемых участков: участок № 1 был зачищен по материку на глубине 0,25 м от дневной поверхности, выявлены пятна погребений. Грунт представляет собой супесь, на месте пятен погребений он слабо гумусирован, на момент проведения георадарной съемки был просохший. Участок № 2 и участок № 3 были не сильно задернованы, располагались на старой пахоте. По всей территории могильника в грунте наблюдалось наличие моренных валунов различного размера, как на поверхности, передвинутые вспашкой, так и в пятнах погребений. На месте раскопанных участков могильника отмечалось их скопление в погребальных ямах. При анализе радарограмм, сигнал, отраженный от гранитного валуна, достаточно четкий и косвенно маркирует наличие погребения.
Исходя из вышеперечисленного, была выбрана методика параллельных проходов георадара, с расстоянием между проходами 0,5 м с З на В на участке № 2, и аналогично с Ю на С на участке № 3. Использовалась антенна 500 МГц. Для участка № 1 делались параллельные проходы сеткой 0,5 м по линии С-Ю и В-З. Использовались антенны 500 и 750 МГц. Иллюстрациями выявленных объектов могут служить радарограммы на рис. 10.
Читаемые на радарограммах границы объектов переносились на план участка в виде отрезков (линейных проекций на профиль прохода радара). Объединение их в пятна производилось по наличию скоплений таких проекций с учетом наложения перпендикулярных проходов. Для уточнения границ объекта и отражения его на плане проводилось объединение проекций, для чего сравнивались изображения объекта на радарограммах, сделанных на соседних проходах радара. Совокупность погрешностей, возникающих при неровностях площади исследования, разметке участка, нелинейности реального движении антенн радара по участку, а также погрешности датчика расстояния, составляет в среднем 0,1/0,2 м. Возникает сложность отождествления границ выявленного объекта с точками на плане участка. При относительно небольшой плотности объектов на участке объединение проекций на плане не представляет проблемы. Однако при расстоянии между объектами менее 1/2 их минимального линейного размера, а также с учетом размера ячейки сетки профилей проходов радара (в данном случае 0,5 м), возникают сложности в их оконтуривании - на плане близко расположенные объекты могут дать единую границу.
По дешифровке радарограмм и нанесению проекций на сводный план участков можно сделать некоторые выводы (рис. 6).
Участок № 1, чрезвычайно насыщен объектами. Отображенные объекты частично совпадают с визуально видимыми пятнами погребений; контуры объектов, не прослеженные пятнами на материке, могут быть объяснены характером заполнения ям погребений, визуально не читаемых. Это наблюдалось на этапе предыдущих работ на этом могильнике в виде различия грунта по плотности, которое фиксировалось при зачистках. Высокая плотность аномалий на участке № 1 и величина погрешности работы датчика расстояния не позволили с высокой точностью очертить на плане участка границы погребений. При анализе радарограмм не стояло задачи классифицировать аномалии по глубинам, хотя это могло дать дополнительную возможность для выделения отдельных близко расположенных объектов.
Участок № 2 менее насыщен аномалиями, что может свидетельствовать о снижении плотности погребений на В от участка № 1. Данное предположение высказывалось археологами в процессе постановки задачи георадарного обследования. Участок № 3, напротив, сильно насыщен аномалиями. Это подтверждает предположение о наличии погребений могильника вверх по склону моренной гряды.
Георадарное обследование грунтовых могильников Кашхатау 2 и 3, Кабардино-Балкарская республика. Георадарные исследования проводились на территории Черекского района Кабардино-Балкарской республики в зоне строительства напорного трубопровода (катакомбный могильник Кашхатау 2 II-IX вв. н.э.) и бассейна суточного регулирования (могильник Кашхатау 3 III тыс. до н.э. - III в. н.э.) 1-го каскада Нижне-Черекской ГЭС. В данном районе работает археологическая экспедиция ООО "Институт археологии Кавказа" под руководством Б. Х. Атабиева.
Задачей георадарного обследования была апробация метода нанесения на план контуров археологических объектов (погребений) на данном типе памятников. Для исследования в районе могильника Кашхатау 3, был размечен участок 6 х 20 м. На площади выбранного участка с помощью землеройной техники был снят плодородный слой до материковой поверхности. Под ним лежал суглинок. На поверхности участка наблюдались пятна погребений. Они характеризовались различием цвета грунтов заполнения и наличием камней в заполнении, предположительно закладов (рис. 7). Для исследования была выбрана методика параллельных проходов георадара, с расстоянием между проходами 0,5 м. Проводилось дублирование съемки каждого прохода георадара: было проведено 2 варианта съемки с различием в усилении сигнала антенн. Для сопоставления результатов обработка каждого варианта проводилась отдельно. Путем визуального подбора был найден наиболее оптимальный режим обработки радарограмм в каждом варианте съемки. В этих режимах обрабатывался с сохранением весь пакет радарограмм.
Радарограмма отображает вертикальный разрез. Если вырезать из нее полоску на глубине, на которой наиболее четко проявляется рассматриваемый объект, и расположить эту полоску горизонтально на план прохода радара, можно, с определенным допуском, рассматривать полученную картину как отображение объекта на плане участка в цветном виде. При соединении таких полосок и наложении их на план участка, визуализируются цветовые пятна, отображающие объекты (рис. 8). Дальнейшее оконтуривание пятен и сопоставление контуров, полученных при различных вариантах обработки радарограмм, позволяет дать общее представление о наличии и конфигурации объектов в грунте. После обработки вариантов георадарной съемки № 1 и № 2 и оконтуривания каждого можно сравнить результаты (рис. 9). Отображается 11 объектов, из них объект № 3 расположен близко к поверхности, возможно, состоит из двух отдельных объектов; № 6, № 5, № 9 также возможно состоят из нескольких объектов; № 11 выделен в качестве объекта предположительно. Границы объектов достаточно условны: надо иметь ввиду, что расстояние между профилями 0,5 м, и при высокой плотности расположения отдельных объектов они могут сливаться.
Примером отображения катакомбы могильника Кашхатау 2 на радарограмме может служить рис. 11. По аналогии с этим рисунком можно делать вывод о наличии или отсутствии объектов на исследуемых участках. Исследование могильника Кашхатау 2 проводилось на участке 6 х 20 м, плодородный слой снят до материка. Под ним также лежал суглинок, на поверхности которого наблюдались пятна погребений. Для исследования также была выбрана методика параллельных проходов георадара с расстоянием между проходами 0,5 м. Техника обработки радарограмм аналогична описанной выше. Варианты визуализации цветовых пятен при различных режимах обработки приведены на рис. 12. Предположительно на данном участке находится более десятка объектов, но провести относительно четкие их границы не представляется возможным.
Заключение. Описанный способ обработки георадарных данных применим для получения предварительного результата обследования, при котором можно лишь констатировать наличие и примерное расположение объектов. В дальнейшем для уточнения границ объектов и их отделения друг от друга, а также для более точной привязки на план необходимо повторное обследование этого же участка.
Для дальнейшего усовершенствования георадарной съемки аналогичных по плотности археологических памятников необходимо уменьшить погрешность датчика расстояния радара и увеличить точность разбивки проходов. Также для радарной съемки следует использовать площадки с минимальным количеством неровностей, что по понятным причинам не всегда возможно. При анализе радарограмм необходимо отсортировывать объекты по глубинам, что позволит более качественно интерпретировать радарограммы и с большей точностью наносить их на план. В целом, показанные примеры использования георадара при исследовании могильников подтверждают возможность использования этих приборов для предварительной, до раскопок, диагностики памятников археологии.
В заключение хочется выразить большую благодарность всем археологам и специалистам, принимавшим участие и помогавшим в проведении георадарных обследований.