Геофизические исследования (магнитометрия, георадар) археологических памятников: поселений Пены-1, Журавка, Почтовое-1

Бездудный В.Г.

"Донское археологическое общество"

Настоящая заметка является продолжением работ автора по применению геофизических методов в исследованиях памятников археологии [Бездудный, Марчук, 2007] и посвящена последним результатам использования магнитометрии и радиолокационной съемки на поселениях Курской и Ростовской областей.

Задачей комплексного геофизического исследования (магнитометрия, георадар) памятника археологии является:

1) используя геофизическую аппаратуру, до начала раскопок зафиксировать данные значений магнитного поля на участке исследования, а также провести геолокационное зондирование этого же участка либо снять отдельные профили радарограмм для прояснения стратиграфической картины;

2) провести анализ полученных и обработанных результатов;

3) используя весь доступный объем информации о памятнике, интерпретировать, локализовать и нанести на план аномалии, связанные с археологическими объектами;

4) провести сравнительный анализ, дешифровку и интерпретацию обработанных результатов, сравнивая их с результатами раскопок, шурфовок, бурения;

5) на основании комплекса полученных геофизических и археологических данных дать рекомендации археологам по привлечению того или иного вида и типа геофизического оборудования, рекомендовать условия его наиболее успешного применения для поиска и локализации отдельных археологических объектов для каждого вида и типа.

Кратко о применявшейся аппаратуре:

Для магнитометрического исследования использовался процессорный оверхаузеровский датчик POS-2 в его градиентометрической (двухканальной) модификации. Принцип работы состоит в измерении значения магнитного поля на двух датчиках (верхнем и нижнем) и получении разницы значения общего магнитного поля земли в конкретный период времени и значения магнитного поля над предполагаемым объектом. Расстояние между датчиками - 2 м, высота нижнего датчика над дневной поверхностью 0,3 м. Полученные данные обрабатываются при помощи специализированных программ. Результаты исследования представляются в виде распределения градиента магнитного поля на участке исследования. Как правило, отрицательные значения градиента даются в синем цветовом диапазоне, положительные - в красном, или же информация представляется в черно-белом варианте.

Методика магнитометрического исследования включает:

1) поточечную съемку. Время каждого измерения 3 сек, что позволяет получать значения градиента магнитного поля с удовлетворяющей точностью +\- 0,1 нТл. Внутри участка исследования памятника профили проходов располагаются на расстоянии 1 м, шаг измерений по профилю (расстояние между точками измерения) - 1 м;

2) непрерывную съемку. Время каждого измерения от 1\2 сек до 2 сек; такой метод съемки требует равномерного движения датчиков по профилю и значительно более производителен, хотя частично теряется точность измерений. Внутри участка исследования памятника профили проходов также располагаются на расстоянии 1 м, шаг измерений по профилю (расстояние между точками измерения) от 0,3 м до 1 м, что позволяет лишь частично компенсировать потерю точности измерения.

Особенностью использования градиентометра POS-2, является жесткое ориентирование его датчиков на магнитный север, с отклонением не более 5 градусов, что требует тщательной разметки участков исследования.

Для георадиолокационной съемки применялся георадар ГЕОРАД-2 с антенной 200 МГц, который позволяет исследовать подповерхностные структуры на глубину до 6 м (данные для сухого песка) с разрешением 0,5 м. Механический датчик расстояния позволяет привязывать данные, полученные с радарограмм, к участку исследования с точностью до 0,1 м.

Принцип работы прибора состоит в излучении и приеме отраженной электромагнитной волны. Радар фиксирует разницу диэлектрической проницаемости грунтов, связанную с природным (промоины, лощины, овраги, погребенные каменные осыпи и т.п.), а также антропогенным (остатки конструкций и сооружений) воздействием, и позволяет локализовать их.

Методика георадиолокационного исследования с помощью данной модели георадара - непрерывная съемка параллельными профилями проходов. Полученные данные обрабатываются при помощи компьютера, что позволяет получать либо послойные планы участка радарного исследования, либо отображение в волновом виде стратиграфического разреза участка памятника по профилю прохода георадара (радарограмма).

Проведение комплексных геофизических исследований на участке поселения Пены-1 ( Курская обл.). Автором осуществлялась магнитометрия с помощью градиентометра POS-2 и георадиолокационное обследование георадаром ГЕОРАД-2 с антенной 200 МГц. На момент проведения геофизических исследований территория памятника была засеяна злаковыми растениями, высота озимых доходила до 0,3 м. Было размечено 3 участка: участок № 1 размерами 50 х 50 м, участок № 2 110 х100 м и участок № 3 100 х 50 м. Разметка проводилась при помощи нивелира и буссоли, для выполнения требования к ориентировке датчиков и упрощения их позиционирования в каждый момент съемки участок ориентирован по сторонам света. Наибольший интерес представлял участок № 1, на котором производились раскопки.

Методика исследования участка №1 - поточечная съемка, время каждого измерения 3 сек, что позволяет получать значения градиента магнитного поля с удовлетворяющей точностью (+\- 0,1 нТл). Внутри участка профили проходов располагаются на расстоянии 1 м, шаг измерений по профилю (расстояние между точками измерения) - 1 м. Начало 0 профиля - Ю-В угол участка, направление 0 профиля с Ю на С. Методика исследования участков № 2 и № 3 - непрерывная съемка, время каждого измерения - 0,5 сек, внутри участка профили проходов располагаются на расстоянии 1 м. Полученные данные обработаны при помощи специализированных программ. Результат представлен в виде распределения градиента магнитного поля на участках исследования в плане (рис. 1). После построения распределения градиента, на плане, явно читаются точечные аномалии, связанные с наличием в пахотном слое металлических объектов различного размера. Наибольший интерес представляет аномалия магнитного поля на участке № 1, имеющая подквадратную форму с примерными размерами 10 х 10 м. Наличие в пахотном слое большого количества обмазки позволяет интерпретировать данную аномалию как остатки жилища. В 4-6 м от этой аномалии на ЮЮВ выявлена еще одна аномалия, примерно таких же размеров. Эта аномалия выражена гораздо слабее, можно сделать предположение, что это остатки другого сооружения (возможно хозяйственного назначения). Не исключен вариант, что это отдельные элементы единой конструкции, которая была сильно разрушена в результате интенсивной распашки. Для проверки данных, полученных при помощи градиентометра, через выявленные аномалии на отдельных профилях была произведена георадарная съемка. Применялся георадар с антеннами 200 МГц. Было сделано 9 проходов радара, по 3 на каждом профиле (рис. 2). Также для подтверждения результатов геофизических исследований и их интерпретации сделано два контрольных забуривания (бур с диаметром желонки 0,05 м). Бурение в точке № 1 не смогло уточнить интерпретацию аномалии, керн показал наличие пахотного слоя и нетронутого слоя под ним. В дальнейшем шурфовка на месте аномалии выявила вбитую вертикально и заглубленную на 0,3 м от поверхности металлическую трубу. Бурение в точке № 2, которая была выбрана на углу предполагаемого жилища, показало наличие пахотного слоя, насыщенного обмазкой. Под этим слоем бур начал разрушать остатки стен жилища, поэтому бурение было остановлено, чтобы не нарушать целостность археологического объекта. После проведения археологических раскопок О.А. Радюшем в 2007 г. полностью подтвердилась конфигурация и месторасположение жилища.

Проведение геофизических исследований, на участке поселения Журавка, Ростовская обл. В 2007 году при осмотре балки Журавка в Тацинском районе Ростовской области был установлен факт частичного разрушения строительными работами памятника археологии - ранее выявленного поселения Журавка (рис. 3). На момент проведения геофизических исследований разрушению подвергся правобережный участок памятника (рис. 4). Культурный слой был частично разрушен в результате срезки почвенного слоя, проведенной механизированным способом на площади более 1,5 га, мощность выборки грунта составляла от 0,1 до 0,5 м (рис. 5). При осмотре заложенных строителями небольших траншей установлено, что разрушению подверглась верхняя часть культурного слоя, вероятно от 1/2 до 1/3 его мощности (рис. 6). Подъемный материал распространен по всей территории строительных работ. Культурные остатки - керамика, кости животных, каменные и металлические изделия - относятся к эпохе раннего средневековья, к салтово-маяцкой культуре (VIII-X вв. н.э.). Кроме визуального обследования на частично разрушенном участке поселения было проведено магнитометрическое исследование для установления наличия на участке закрытых хозяйственных комплексов (рис. 7).

Магнитометрия осуществлялась с помощью градиентометра POS-2 методом поточечной съемки. Время каждого измерения 3 сек, что позволило получать значения градиента магнитного поля с удовлетворяющей точностью (+\- 0,1 нТл). Внутри участка профили проходов располагаются на расстоянии 1 м, шаг измерений по профилю (расстояние между точками измерения) - 1 м. Начало 0 профиля - ЮВ угол каждого участка, направление 0 профиля с Ю на С. Была исследована площадь 3700 м?. Полученные данные обработаны при помощи специализированных программ. Результат представлен в виде распределения градиента магнитного поля (в черно-белом виде) на участке исследования (рис. 8). После построения распределения градиента, на плане явно читаются линейные аномалии направлением ЮЗ-СВ, связанные с применением скреперов для выемки грунта. Выемка части культурного слоя освободила площадь исследования от мелких металлических предметов ХIХ-ХХ вв., что подтверждается отсутствием точечных аномалий. На поверхности в остатке культурного слоя не читались пятна сооружений, и только анализ полученных геофизических результатов позволил говорить о наличии нескольких крупных аномалий. Их размеры (до 10 м) позволяют интерпретировать эти аномалии как жилища. Наличие рядом с ними более мелких аномалий, по всей видимости, объясняется присутствием хозяйственных сооружений.

Указанные аномалии подтверждают наличие скрытых комплексов, более детальная интерпретация которых возможна после проведения раскопочных работ. Исходя из опыта исследований поселений, можно уверенно говорить о наличии здесь углубленных жилых сооружений (крупные аномалии) и хозяйственных сооружений - ям различного назначения (мелкие аномалии).

Проведение геофизических исследований на участке поселения Почтовое -1, Ростовская обл. Поселение Почтовое-1 занимает участок первой надпойменной террасы правого борта балки Почтовая (рис. 9). На момент проведения геофизических исследований поверхность была слабо задернована и использовалась под выгон. На поверхности участка исследования имелись отдельные камни, заглубленные в почвенный слой, что позволило предположить наличие сооружений. Датировать поселение эпохой бронзы позволили сборы в обрыве балки: керамика и костные остатки.

При помощи нивелира и буссоли было размечено 3 участка обследования №№ 2 и 3 (50 х 50 м) и № 9 (50 х 34 м) (рис. 10). Для выполнения требования к ориентировке датчиков и упрощению их позиционирования в каждый момент съемки, участки ориентированы по сторонам света. Наибольший интерес представлял участок № 9, часть которого была раскопана (рис. 11).

Методика исследования всех участков состояла в непрерывной магнитометрической съемке с помощью градиентометра POS-2. Время каждого измерения - 0,5 сек, внутри участка профили проходов располагаются на расстоянии 1 м. Начало 0 профиля - ЮВ угол каждого участка, направление 0 профиля с З на В. Полученные данные обработаны при помощи специализированных программ. Результат представлен в виде распределения градиента магнитного поля на участках исследования в плане (рис. 10, 11). После построения распределения градиента, на плане на участках № 2 и 3 явно читаются точечные аномалии, связанные с наличием в приповерхностном слое металлических объектов различного размера. По информации местных жителей, в середине ХХ в. здесь находилась механизированная бригада. На плане хорошо видны линейные аномалии, ориентированные по линии ЮЗ-СВ, связанные с затекшими промоинами к оврагу. На северном участке исследования № 9 явно выделяются две аномалии размерами 10 х 10 м. Нахождение обломка песта и керамики в обрыве балки позволило предположить, что здесь находилось жилище бронзового века. Раскопки поселения, которые велись осенью 2007 г. под руководством Т.В. Цыбрий и П.А. Ларенка, подтвердили наличие землянки срубного времени и выявили ее контуры (рис. 13, 14). Также археологами было выявлено несколько рядов камней, идущих от СЗ угла жилища вдоль борта балки (рис. 12). Дополнительный анализ результатов магнитометрии позволяет реконструировать структуру пространства возле жилища, не попавшего под раскопки (рис. 15). Мощная аномалия в ЮВ углу участка № 9 и ее размеры позволяют предположить присутствие здесь еще одного объекта (строения), связанного, скорее всего, с хозяйственной или производственной деятельностью.

Заключение. Общий вывод, который можно сделать по результатам описанных выше работ, заключается в том, что использование градиентометра POS-2 на представленных типах грунтов на поселениях оказалось весьма эффективным для выявления скрытых, распаханных или частично уничтоженных остатков жилых строений. Данный тип археологического памятника (поселение) предполагает наличие остатков каменных конструкций или прокаленного грунта с аномалиями магнитного поля в местах кострищ, очагов, остатков печей, сгоревших жилищ как наземного, так и углубленного типа, а также хозяйственных ям с заполнением, отличающимся от общего магнитного поля на данном локальном участке. Это позволяет фиксировать и локализовать такого рода объекты на участках исследований. Полученные данные говорят, что разница величин магнитного поля на различных типах жилищ и магнитного поля земли около них составляет +\- 5-15 нТл. Все найденные магнитометрией жилища начинали читаться археологически с глубин 0,2-0,3 м от поверхности исследований. Продолжение исследований поселений при помощи градиентометра POS-2 автор считает весьма целесообразным. Сравнение двух методов - поточечной и непрерывной съемки - показывает результативность обоих. Поточечная съемка дает более качественный результат. Непрерывная съемка гораздо более производительна, дает возможность исследовать практически всю доступную территорию памятника за короткий период времени. Выбор метода проведения съемки, в первую очередь, диктуется задачами исследования, а также сильно зависит от сроков проведения исследования и подготовки поверхности памятника для геофизических работ.

Также целесообразно проведение комплексных геофизических исследований, как при помощи магнитометрических методов, так и методом георадиолокации, желательно на как можно большей площади. При таком подходе появляется потенциальная возможность выявить как отдельные объекты на памятниках, так и реконструировать структуру поселений целиком.

Автор выражает благодарность руководителям археологических исследований О.А. Радюшу и Т.В. Цыбрий за возможность работать на данных памятниках и за информацию о результатах раскопок.

 

Литература

Бездудный В.Г., Марчук В.Н., 2007. Проведение геолокационного исследования участка грунтового могильника Максари (Клецкий район Волгоградской области) // Археология и геоинформатика. Вып. 4. [Электронный ресурс]. М., CD-ROM. назад