- Глубинный георадар.
Исследования геологической структуры подстилающей поверхности.
- Георадар в подводных археологических исследованиях.
- Разработка аппаратуры, методов обработки данных для электромагнитного подповерхностного
зондирования и опыт их применения.
- Модификации георадаров для морских подводных работ.
- Опыт применения георадиолокации в геофизике.
- "Смотрящие в глубину": Опыт использования отечественных сверхмощных импульсных георадаров серии "Лоза".
- Георадары «Лоза» для подповерхностного зондирования и их применение.
Георадар в подводных археологических исследованиях
А.Г.Васильев, В.В.Копейкин, П.А. Морозов ИЗМИРАН г. Троицк,
Фонд подводных археологических исследований имени В.Д.Блаватского
Древности Боспора. №5. 2002 г.
В последнее
время в нашей стране и за рубежом успешно развиваются георадарные
технологии, относящиеся к неразрушающим методам контроля подземной
среды, в отличие от бурения, шурфования и раскопок. Георадар позволяет
обнаруживать методами импульсной радиолокации объекты, которые
отличаются от фоновой среды по диэлектрической проницаемости и
проводимости. Такими свойствами обладают почти все объекты, с
которыми работает археология:
- границы геологических слоев, границы между культурным (нарушенным)
и материковым (ненарушенным) слоями;
- погребенные подземные сооружения (фундаменты, подвалы, ходы, захоронения);
- отдельные предметы, размеры которых превышают 5 - 10 см.
Глубина зондирования в зависимости от вида грунта может колебаться от
единиц до десятков метров. Глубина зондирования во влажных глинистых
грунтах - 5 -8 метров, в сухих песчаных грунтах глубина зондирования
может достигать - 20 - 30 метров.
Технические характеристики аппаратуры
Приведем основные технические характеристики георадара «Грот-7». Диапазон
рабочих частот 30 - 500 МГц.
- Импульсное напряжение на выходе передатчика 5 кВ.
- Чувствительность приемника 75 мкВ.
- Частота дискретизации данных 1 нс.
- Потребление от аккумулятора 12 В в режиме регистрации 2 А, в режиме просмотра 0.5 А.
- Вес 10 кг
Радар оснащен жидкокристаллическим индикатором 128 Х 256 элементов и имеет встроенную
память объемом 4 МБ. Он может работать автономно, т.е. в режиме
регистрации с выводом информации на индикатор с последующей (в
случае необходимости) перекачкой информации в компьютер по стыку
RS-232, а так же в составе с компьютером типа «Notebook».
Методы обработки данных
На получаемых c помощью георадаров «Грот» радарограммах практически отсутствуют
паразитные колебания - «звон» аппаратуры, характерный для георадаров
других конструкций. По этой причине мы не пользуемся стандартными
программами обработки георадарных сигналов, основная задача которых
уменьшить величину «звона» и выделить на его фоне сигнал с помощью
разного рода фильтраций.
В целом ряде задач, где не требуется точное знание глубин залегания объектов
или слоев, например при поиске местоположения погребенного фундамента,
радарограмма "Грота-7" не требует никакой обработки и является
конечным продуктом.
Такого типа задачи решаются прямо на месте по изображению на экране радара.
Глубина может быть оценена по задержке сигнала и средней скорости
распространения радиоволны для зондируемой среды, которая, как
правило, в три раза меньше скорости света (т.е. » 5 см/нсек).
Например, глубина объекта, отражение от которого пришло с временной
задержкой 30 нсек, составляет 1,5 метра.
Однако чаще всего потребителя интересует геологическое сечение трассы с точным
указанием глубин залегания объектов и слоев. Принятая нами в настоящее
время методика восстановления геологического профиля по радарограмме
основывается на использовании методики, которая известна под названием
«общий пункт возбуждения» (ОПВ).
Первоначально снимается радиолокационный профиль, путем перемещения по трассе
с прибором, в котором расстояние между приемной и передающей антенной
фиксированы. По радарограмме определяются точки, в которых необходимо
произвести зондирование, т.е. в соответствии с методом ОПВ получить
годографы от слоев и объектов. Годограф - это функция задержки
сигнала от слоя (объекта) в зависимости от расстояния между приемной
и передающей антеннами при симметричном разносе их в разные стороны.
Он позволяет определить как истинную глубину слоя, так и его диэлектрическую
проницаемость. Для того чтобы преобразовать радарограмму в геологическое
сечение, необходимо исключить кратные отражения от слоев и трансформировать
временную ось в пространственную, задавая диэлектрическую проницаемость
слоя. Вся необходимая для этого информация может быть получена
из годографа.
Процесс вычисления характеристик среды по годографу, а так же получение
геологического сечения автоматизировано, однако основную роль
в этом процессе играет оператор.
Возможности георадарной археологии
Геологический разрез, полученный при георадарном профилировании, несет в себе
информацию о слоях грунта подстилающей поверхности. Контрастность
границ слоев грунта может зависеть от типа грунта (глина, песок,
суглинок …), его структуры - ненарушенный грунт (материк) и нарушенный
(культурный) слой, и его состояния (сухой, влажный или влагонасыщенный
грунт). Такой разрез почв и культурных слоев, полученный в результате
раскопок, называется стратиграфией и является основным методом
исследования. Стратиграфия позволяет проследить хронологическую
связь культурных слоев. В отличие от классической археологической
стратиграфии, георадарная выполняется значительно быстрее (разрез
10 метров может быть выполнен за 10 – 15 минут с выводом результата
на экран георадара). Основное преимущество георадарной стратиграфии
от классической заключается в ненарушающем характере проводимых
работ. Археологические раскопки разрушают и уничтожают объект
исследования, оставляя для будущих поколений только фотографии,
зарисовки и отчеты. Георадар открывает возможность исследовать
археологический объект, оставляя его в неприкосновенности.
Георадарная группа ИЗМИРАН провела цикл опытно-методических работ сезона 2000
- 2001 г. в составе экспедиции института Археологии РАН на раскопках
древнегреческого города, который принято называть, Патрей, а так
же в акватории Таманского залива. За два экспедиционных сезона
были проведены работы, которые позволяют нам сделать предварительные
оценки возможности применения георадара в археологических исследованиях.
Опыт Патрея 2000 - 2001 позволяет выделить четыре направления
использования георадара. Каждое из направлений имеет самостоятельное
значение и способствует решению разных задач археологии, основным
инструментом которой продолжают остаться раскопки.
- Обзорная геологическая съемка места предполагаемых раскопок. С помощью
георадара выполняются большие (1-2 км) профили, охватывающие
площадь, в центре которой находится место предполагаемых раскопок.
Такие работы позволят исследовать общую геологическую картину
местности, проследить возможную эволюцию рельефа, определить
границы культурного слоя. При таких обследованиях могут быть
выявлены погребенные долины, русла рек и т. п. Анализ обзорной
геологической съемки может служить основанием для планирования
археологических работ, уточнения границ древних городов и
поселений.
- Подробная георадарная съемка (георадарная стратиграфия) культурного
слоя с целью уточнения места заложения раскопов. Георадарное
обследование позволит существенно снизить объем непроизводительных
поисковых земляных работ.
- Поиск, нахождение и в отдельных случаях идентификация археологических
объектов без вскрытия грунта. Опыт георадарных работ показывает,
что большинство археологических объектов имеют характерные
радиообразы. Это позволит находить и распознавать объекты,
не нарушая окружающий его грунт. На городище Патрей были обнаружены
и идентифицированы погребенные фундаменты из сырцового и саманного
кирпича, остатки стен, колодцы, засыпанные подвалы, пифосы,
захоронения, склепы и другие, более мелкие предметы.
- Георадарная съемка придонного слоя грунта и поиск археологических объектов
в нем. На Патрейском городище были проведены опыты по георадарному
зондированию морского дна с поверхности на малой глубине (60-70
см). На глубине 1 – 10 м. применялся специальный батискаф
для георадара, который позволял передвигать прибор по дну.
Применение данного подводного георадарного комплекса позволило обнаружить
с восточной стороны оконечности косы Чушка объект, лежащий под
грунтом, который на дисплее георадара, и позже при компьютерной
обработке, интерпретировался как «стена».(Рис. 1).
На основании данных геородарного исследования в 40 м. к югу от острова Камень
(местное название) в точке с координатами: N45 град.18 мин. 59.3
сек. и Е036 град.39 мин.13.4 сек. был заложен шурф в направлении
юг – север. (Рис. 2). Раскопки осуществлялись аквалангистами с
использованием грунтоуборочного эжектора. Состав грунта (ракушка,
ил ) сильно «текучий», что определило профиль шурфа в виде опрокинутого
конуса. Шурф обнажил южную границу «стены», сложенной из необработанных
валунов «плоской» формы, в виде плит, что определяется породой
камня – глинистый сланец. Камни сложены на глинистом растворе,
верхний ряд камней частично выступал над уровнем дна на 5-10 см.
Дно ровное, илистое, с повышением в сторону острова Камень, покрыто
ровным слоем водорослей в виде травы и спутанных нитей высотой
от 10 до 50 см. Часть камней, не сохранившиеся in situ, были,
вероятно, разбросаны ледоходом в разных направлениях от «стены».
Было зафиксировано, по крайней мере, 24 крупных камня, видимых
в урезе воды по близлежащим островам (по-видимому, остров Камень
и получил соответствующее название по этим камням). Южный фас
«стены» имел наклон порядка 75град. от горизонтали. Камни неправильной
формы, разные по размеру - от 0,2 х 0,2 х 0,1 м. до 1,0 х 0,6
х 0,3 м. Основание стены поставлено на «подушку» толщиной не менее
0,5 м. из мелкозернистого песка. Сохранившаяся часть кладки с
южной стороны имеет высоту 1,9 м. На глубине 1,5 м., в толще грунта
по всей плоскости шурфа прослеживается дерновый слой толщиной
5-6 см., имеющей в своем составе глинистую структуру с остатками
травы с корневыми переплетениями. Ниже дернового слоя, вплоть
до материковой глины, структура грунта представляет из себя ракушку
с илом. Наличие дернового слоя подтверждает период кратковременнй
регрессии в общей Черноморской трансгрессии.
Шурф был продолжен в северном направлении через верхнюю границу «стены»
до обнаружения её северного фаса. С севера глубина залегания «стены»
оказалось меньшей – 1,1 м.; дерновый слой отсутствует. Песчаная
подушка под стеной хорошо просматривается. Нижний камень в основании
стены толщиной 0,7 м., имеет следы ручной обработки в виде параллельных
желобков от инструмента. Камни, непосредственно над нижним, отсутствуют,
вследствии чего стена имеет ступеньку глубиной 0,65 м.
По всей верхней грани стены шурфом шириной 1 м., были обнажены камни верхнего
ряда кладки шириной 12,7 м. По центру был заложен шурф, в котором
по мере заглубления было обнаруженно четыре ряда кладки до глубины
1,1 м., ниже находится слой забутовки состоящий из глины с морской
галькой.
От шурфа с помощью металлических щупов было определена протяженность и
направление залегания «стены». (Рис. 3). На запад стена плавно,
незначительно изгибается на азимут 288,8 град., в восточном направлении,
на азимут 097,0 град. Общая протяженность обследованной части
составила 317 м. Участок АБ 132 м., участок АВ 185 м. в точке
В стена заканчивается почти вертикально, далее в этом же направлении
фрагмент стены определен на удалении 33 м. в точке Г. На основе
промера щупами этот фрагмент представляет из себя в верхней плоскости
прямоугольник 4 х 5 м.
Датировку стены определить затруднительно. Согласно данным различных авторов
на основании пришлифовки образцов ила на разных уровнях илистого
горизонта обнаруживается тонкая, довольно постоянная годовая микрослоистость
равная приблизительно 1,5 мм. Следовательно, можно говорить о
подходе воды к основанию «стены» не менее 1260 лет назад, но это
не дает возраста самой постройки и не учитывает промежутка времени,
на который вода отошла от «стены» и образовался дерновый слой.
Возможны некоторые уточнения на основе предстоящей палеоботанической
экспертизы растительных остатков из дернового слоя.
Но, во всяком случае, данный объект позволяет внести некоторые дополнения в
палеогеографическую и археологическую карты Таманского полуострова.
Наличие крупных строительных объектов с восточной стороны оконечности
косы Чушка возвращают нас к карте К.К.Герца с определенными надеждами.
Литература.
- К.Герц. Археологическая топография Таманского полуострова. Москва.
Издание Московского археологического общества. 1870 г
наверх
|
|
|
