Подводные археологические исследования с помощью георадара "ЛОЗА" в морских и пресноводных водоемах
А.Г.Васильев (1), В.В.Копейкин (2), П.А.Морозов (2), П.В. Хлебопашев (3), П.Л. Воровский (4)
1) Фонд подводных археологических исследований им. В.Д.Блаватского
2) ВНИИСМИ, ИЗМИРАН
3) ВНИИСМИ, Институт океанологии РАН
4) ВНИИСМИ, Институт археологии РАНИстория создания морской версии георадара "Лоза" начинается с экспериментов в Таманской археологической экспедиции сезона 2000 года [Васильев и др., 2002; Абрамов и др., 2003; Abramov et als., 2004]. Многие археологические объекты в районе Таманского залива находятся под водой на малых глубинах (0,5-1,0м) под слоем илистых песков, ракушечника и ила мощностью до 2 метров. Такое расположение объектов делает невозможным их обнаружение с помощью гидролокационных методов или визуального осмотра аквалангистами.
Проведение георадарного зондирования в условиях морской воды связано с проблемой значительного затухания электромагнитного сигнала в морской воде и морских донных отложениях на частотах 50-500 МГц, что делает невозможным получение значимой амплитуды отраженного сигнала при мощности излучаемого сигнала 50-100 Вт (характерной для большинства моделей георадаров). Мощность передатчиков георадаров "Лоза" (около 1 МВт) давала основания для надежды получить отраженные сигналы с глубин первых метров.
Попытки проведения георадарного зондирования с поверхности по аналогии с работами, проводимыми на пресноводных водоемах, дали обнадеживающие результаты. С помощью "сухопутной" версии георадара были получены значимые отражения от объектов в придонном слое грунта на глубине 1-2 метра при слое воды до 0,3 метра. Антенны георадара размещались в непромокаемых мешках на поверхности воды.
Результаты георадарных работ сезона 2000 года показали, что зондирование морского придонного слоя грунта возможно. Для проведения работ при больших глубинах морской воды необходимо разработать боксы для размещения георадара на грунте.
Для экспедиций сезонов 2001-2002 годов были разработаны и изготовлены подводные корпуса георадарных антенн, работающие на принципе "безэховой камеры". Антенны передатчика и приемника георадара размещались на дне корпуса, верхняя часть которого закрывалась блоком из специального пенобетона с добавлением радиопоглотителя. Испытания подводных георадарных антенн показали их высокую эффективность. Основной недостаток третьей версии подводного георадара - большая масса комплекса. При выведении в нейтральную плавучесть комплекса антенн его масса достигает 500 кг.
Начиная с экспедиции 2003 года мы занимались разработкой и усовершенствованием подводного георадара с антеннами принципиально другой конструкции (рис. 1). Применение антенн "электродного" типа позволило уменьшить общую массу подводной части более чем в 10 раз. За три года были испытаны три конструкции подводной части георадара. Вес и габариты последней версии позволяют проводить георадарное профилирование в условиях мелководья Таманского залива Черного моря двум операторам.
За сезон 2005-2006 года с помощью георадара новой конструкции было пройдено более 40 км профиля по дну залива.
Использование подводного георадара в археологических исследованиях возможно в двух режимах:
1. Профильная георадарная 2D-съемка.
Подводное профилирование в основном выполняется под мотором на малой скорости 3-5 км в час. Начало, конец профиля и его особые точки фиксируются с помощью GPS. Такой режим работы подходит для георадарной археологической разведки больших площадей. Профилирование эффективно при картировании "линейно протяженных" археологических объектов (погребенных крепостных валов, стен и т.п.) (рис. 2, 3).В экспедициях 2003-2006 гг. Патрейского отряда Таманской экспедиции с помощью подводного георадара был откартирован Киммерийский вал на участках, которые в настоящее время находятся под водой. Подводная часть вала была обнаружена в верховьях залива у Субботина ерика и прослежена до маяка на косе Чушка (рис. 4). Протяженность подводной части составляет более 30 км. Сухопутная часть вала (его грунтовое основание и погребенный ров с южной стороны) прослежена от сохранившегося в наши дни фрагмента в районе Субботина ерика до берега Азовского моря в поселке Пересыпь на протяжении 20 км.
2. Подводная георадарная 3D-съемка.
Георадарная 3D-съемка позволяет получать планы погребенных археологических объектов на морском дне. Необходимость точной фиксации координат и положения каждого измерения делает подводную 3D-съемку более трудоемкой. В условиях мелководья съемку удается выполнять только вручную с фиксацией положения георадара в каждой точке измерений. На глубокой воде проведение работ существенно осложняется.На участке мелководья северо-восточнее острова Крупинина был выполнен первый опыт по 3D-картированию морского дна. По результатам анализа аэрофотосъемки выбран участок 200 х 100 метров. Глубина воды в этом районе 0,6-1,2 метра. Выбранный участок обследован профилями с востока на запад. Расстояние между профилями 10 м, шаг зондирования по профилю 0,5 метра (рис. 5).
Структура грунта на этом участке отражает картину погребенного древнего берега морского залива. Цвета оранжевого, желтого и зеленого оттенков отражают материковый сухопутный грунт. Черные и фиолетовые цвета отражают зону морских отложений. Граница (берег) между морскими отложениями и материковым грунтом проходила примерно с юго-запада на северо-восток. Недостаточная подробность съемки не позволяет обнаружить на этом сечении археологические объекты. Сечение дает очень важную информацию, уточняющую положение береговой линии до затопления морем участков суши в районе современной косы Чушка.
Применение подводной георадарной съемки на пресноводных водоемах существенно упрощается. Обследование дна пресных рек и озер возможно проводить с поверхности, не прибегая к сложному подводному оборудованию (рис. 6, 7).
Георадарное обследование позволяет обнаруживать объекты, погребенные в донных отложениях и недоступные для гидролокаторов (рис. 8, 9).
Подводные георадарные обследования очень удобно проводить со льда в зимний период. Работа с твердой поверхности упрощает решение задач навигации и позиционирования при выполнении профильной съемки и георадарной 3D-съемки.
В 2006 году по заказу кафедры археологии Исторического ф-та МГУ (руководитель работ Т.А. Пушкина) было выполнено георадарное 3D-обследование Бездонного озера на территории археологического памятника Гнездово. Задача обследования состояла в обнаружении археологических объектов в толще осадков, заполняющих чашу озера. В настоящее время, глубина Бездонного озера составляет 0,7-1,0 метр (рис. 10).
Площадь замерзшего озера была покрыта сетью георадарных профилей (рис. 11). Расстояние между профилями 1 метр. Шаг по профилю - 20 см. Данные 3D съемки позволили подробно изучить геологическую структуру "палеочаши" озера и осадков, наполняющих ее (рис. 12). Археологических объектов обнаружено не было. Результаты обследования больше заинтересовали палеогеологов, чем археологов.
Приведенные примеры выполненных работ свидетельствуют о высокой эффективности применения георадаров в подводных археологических исследованиях.
ЛитератураАбрамов А.П., Васильев А.Г., Копейкин В.В., Морозов П.А., 2003. Модификации георадаров для морских подводных работ // Древности Боспора. Вып. 6. М. назад
Васильев А.Г., Копейкин В.В., Морозов П.А., 2002. Георадар в подводных археологических исследованиях // Древности Боспора. № 5. М. назад
Abramov A.P., Vasiliev A.G., Kopeikin V.V., Morozov P.A., 2004. Underwater Ground Penetrating Radar in Archeological Investigation below Sea Bottom // Proc. of the Tenth International Conference on GPR, 21-24 June 2004. V.2. Delft. назад