Границы, структура и сохранность культурного слоя Гординского I городища Гурьякар (IX–XIII века, Удмуртия) по данным многозональной съёмки

Дистанционное зондирование существенно расширяет возможности археологического обследования [Lasaponara, Masini, 2012; Luo et al., 2019]. Эта технология позволяет изучать не только участки самих памятников, но и значительную прилегающую территорию. В условиях «сглаженной» распашкой поверхности, что характерно для многих археологических объектов средней полосы России и Пред-уралья, более информативны растительные признаки культурного слоя – плотно сть и высота современного растительного покрова. Различный характер растительности на участках памятников и их окрестностей обусловлен, в частности, насыщенно стью слоя органическими остатками деятельности человека. Многозональная съемка дает возможность разделить площадку поселения и прилегающую территорию по отличиям растительного покрова. Последующее сопоставление с геофизическими, почвенными и археологическими данными позволяет интерпретировать разноплановые участки [Luo et al., 2019; Mozzi et al., 2016; Wadsworth, Supernant, Kravchinsky, 2021].

На поселениях чепецкой кул ьтур ы (IX– XIII вв. н.э., северная часть Удмуртии) выявлены три типа культурного слоя [Zhurbin, Borisov, Zlobina, 2022]. В поверхностно-трансформированном сохраняются in situ только нижние горизонты, а верхние разрушены распашкой. Замещенный слой рассматривается как предельное со стояние предыдущего, при котором сохраняются только нижние части заглубленных в материк сооружений. Разрушенные распашкой верхние горизонты перераспределяются по площадке поселения и прилегающей территории, перемещаются эрозионными процессами в подчиненные формы рельефа. Именно наличие переотложенного слоя, в совокупности с поверхностно-трансформированным и замещенным, может рассматриваться как признак суще ствования археологического памятника.

Основные результаты исследований городища Гурьякар

Гординское I городище Гурьякар рассматривается как опорный средневековый центр бассейна р. Чепцы [Иванова, 1998, с. 218–224]. Памятник расположен на юго-западной окраине д. Гордино Балезинского р-на Удмуртии и занимает мыс коренной террасы (рис. 1). Из-за непосредственной близости деревни Гурьякар больше других чепецких городищ подвергался разрушению. Еще в дозорных книгах 1615 г. отмечено «займище на Гординском городище» [Луппов, 1958, с. 189]. В конце XIX в. площадка распахивалась, а на территории внешнего вала был огород одного из крестьян [Первухин, 1896, с. 53]. Распашка городища отмечена и М.Г. Ивановой, проводившей в 1979 г. первые (и единственные) полноценные раскопки [1982]. Первоначально считалось, что поселение было защищено двумя линиями укреплений [Первухин, 1896, рис. 35, 36]. Позднее высказывалось предположение о существовании третьей [Семенов, 1957, с. 34, 35]. В настоящее время они слабо выражены в рельефе, что связано с многолетней распашкой территории городища [Археологическая карта…, 2004, с. 119, 120].

Ввиду ограниченности археологических данных были проведены комплексные исследования (рис. 1): аэрофотосъемка (видимый диапазон и многозональная съемка), электро- и магниторазведка, почвенные бурения (с оценкой гранулометрического состава и химико-биологических свойств материала кернов). Сопоставление данных, полученных независимыми естественно-научными методами, и результатов раскопок дало принципиально новую информацию для реконструкции Гурьякара [Журбин, 2020, с. 84–96]. В частности, междисциплинарные исследования выявили еще одну, четвертую линию укреплений. Восстановлена планировка всех структурных частей поселения. Высказано предположение, что, несмотря на неоднократное расширение территории Гурьякара, зона плотной жилой и хозяйственной застройки оставалась в границах мысовой части – ограничена внутренней

ш ¹ ш ² в ³ о ⁴ и 5 [Ж 6 в ⁷

Рис. 1 . Топографический план Гординского I городища Гурьякар (основа – Н.Г. Воробьева, ООО «Финко»; корректировка и дополнение – Р.П. Петров, УдмФИЦ УрО РАН).

1 – электропрофилирование; 2 – магниторазведка; 3 – профиль электротомографии; 4 – раскоп; 5 – пикеты бурений;

6 – оборонительные сооружения; 7 – линии укреплений.

(А) линией укреплений и, возможно, следующей (Б). Здесь фиксируется культурный слой значительной мощности. Иная ситуация отмечена на внешней части поселения (между линиями укреплений Б и В, В и Г): культурный слой более однороден, а плотность геофизических аномалий существенно меньше. Такая структура обычно соответствует хозяйственной и производственной зонам средневековых городищ. Полученная реконструкция согласуется с результатами археологических исследований других чепецких поселений, где на разноплановых участках фиксируются отличия мощности и структуры культурного слоя. Наиболее ярко указанные тенденции представлены на Сол-дырском I городище Иднакар, на котором широкими площадями изучены все структурные части [Иванова, 1998, с. 30, 66, 71–73, 81–85]. Отличия характера застройки и мощно сти культурных напластований на различных участках выявлены при раскопках Куш-манского (Учкакар) [Журбин, 2020, с. 98, 99] и Весь-якарского (Весьякар) [Там же, с. 107–111] городищ.

Методы

Съемка в видимом диапазоне (рис. 2, а ) осуществлялась беспилотным летательным аппаратом Supercam

S350-F (ООО «Финко», г. Ижевск). Построен высокоточный топографический план Гурьякара, выполнена координатная привязка геофизических полигонов, точек почвенных бурений и раскопа (см. рис. 1). Получен набор снимков многозональной камеры в каналах Green, Red и NIR (см. рис. 2, б–г ), позволяющих оценить изменения характера растительности для выявления участков с различной мощностью культурного слоя.

При площадной геофизической съемке использовались методы электропрофилирования и магниторазведки [Журбин, 2020, с. 87–89]. Реконструкция глубинного строения выделенных аномалий, оценка мощности культурного слоя основаны на данных электротомографии (рис. 3). В сравнении с аэрофотосъемкой, геофизические методы дают сведения лишь о фрагменте территории обследования – пологой поверхности мыса (см. рис. 1).

Важным элементом являлось почвенное бурение разноплановых участков, выявленных при геофизи-че ской съемке [Дерендяев, 2018, прил. 1]. Пикеты располагались на линии профиля электротомографии (см. рис. 1), что позволило сопоставить результаты почвенных исследований с комплексом геофизических данных. Анализ гранулометрического состава и морфологии почв по всей длине керна дает возмож-

Рис. 2 . Ортофотоплан городища Гу-рьякар ( а ) и карты отражений в каналах Green ( б ), Red ( в ) и NIR ( г ).

ность оценить мощность и структуру культурных напластований (рис. 4). Изучение химиче ских и физических свойств почвенных материалов (pH, уреазная активность, содержание фосфатов, магнитная восприимчивость) позволило обо сновать границы участков жилой и хозяйственной застройки поселения [Zhurbin, Borisov, 2020].

Многозональная съемка: сегментация и интерпретация данных

На всех полученных изображениях контрастно выражены отличия между растительностью на пологой поверхности и на склонах мыса. Также фиксируются совре-

Рис. 3 . Геоэлектрический разрез. 1 – оборонительные сооружения;

2 – пикеты бурений.

Рис. 4 . Литологическое строение характерных кернов (бурение и интерпретация – канд. биол. наук А.В. Борисов, ИФХиБПП РАН, Пущино).

1 – средний суглинок; 2 – легкий суглинок; 3 – глина; 4 – мер-гелевая плита; 5 – прокаленная глина; 6 – древесный тлен; 7 – уголь; 8 – включения археологического материала.

менные разрушения – свалка мусора в восточной части участка, полевые дороги и ямы. В канале Green (см. рис. 2, б ) выделяются только отмеченные элементы, а остальная часть снимка практически однородна. В отличие от него в каналах Red и NIR (см. рис. 2, в , г ) на пологой поверхности фиксируются участки разнопланового растительного покрова. Так, в первом зона локальной неоднородной растительности располагается на мысовой части примерно до линии укреплений В (см. рис. 1). Далее площадка (за исключением дугообразной области, вероятно соответствующей погребенному основанию вала линии Г) достаточно однородна. Эта часть существенно отличается по отражательной способности от мысовой. В канале NIR растительный покров отображается более детально. На мысовой части и между линиями укреплений В и Г компактно расположено множество локальных неоднородностей. Эти участки разделяет достаточно однородная зона. За пределами линии укреплений Г концентрация неоднородностей существенно меньше. В целом результаты многозональной съемки дополняют снимок в видимом диапазоне (см. рис. 2, а ). Однако исходные изображения не позволяют однозначно выявить расположение участков с различной мощностью культурного слоя.

Для определения тенденций распространения культурного слоя на площадке городища Гурьякар и прилегающей территории был использован алгоритм статистического анализа [Zlobina et al., 2021], включающий вычисление признаков Харалика, повышение информативности признаков методом главных компонент и сегментацию методом k-средних. Под сегментацией понимается разбиение изображения на непересекающиеся области, каждая из которых характеризуется близкими значениями рассматриваемых параметров и, вероятно, однородными свойствами. В нашем случае под параметрами понимается интенсивность и плотность растительности, а под свойствами – мощность и насыщенность культурного слоя. Интерпретация результатов сегментации основана на сопоставлении выделенных сегментов с эталонными данными.

С учетом многолетней распашки площадки поселения и сопутствующей эрозии анализ содержания выделенных сегментов целесообразно проводить, принимая во внимание рельеф территории обследования (пологая поверхность и склоны мыса, плоские участки у подошвы холма). Кроме того, эталонные данные позволяют интерпретировать сегменты только на поверхности мыса. Поэтому оценка культурного слоя на остальной территории обследования основана на экстраполяции свойств сегментов с известными параметрами.

На мысовой части, включая линию укреплений Б, преобладают участки растительности класса 1 (рис. 5, а ). На геоэлектрическом разрезе фиксируется значительная мощность культурного слоя (см. рис. 3). Эта оценка подтверждается результатами почвенных бурений (см. рис. 4, керны 4 и 13) и согласуется с материалами раскопок: у восточной стенки раскопа, к которой примыкает сегмент класса 1, мощность культурных напластований вне заглубленных объектов достигает 1,2 м [Иванова, 1982, рис. 5]. О высокой насыщенности гумусированного слоя в мысовой части свидетельствует максимальный уровень сопротивления по разрезу (см. рис. 3, диапазон 0–42 м). Это также показал анализ химических и физических свойств почвенных материалов [Zhurbin, Borisov, 2020, tab. 7]. Отмечено синхронное увеличение магнитной восприимчивости и содержания фосфатов на участке, ограниченном оборонительными сооружениями линии А, что свидетельствует об активном селитебном использовании территории. Наиболее высокие значения этих показателей выявлены в сохранившихся in situ культурных напластованиях, которые перекрыты пахотным горизонтом. Совокупность эталонных данных позволяет предположить, что на мысовой части сегменты класса 1 маркируют поверхностно-трансформированный слой значительной мощности, насыщенный отходами антропогенной деятельности.

Участки растительности класса 2 немногочисленны и примыкают к сегментам класса 1 (см. рис. 5, а ). Исхо-

100 м аб

Рис. 5 . Результат сегментации ( а ) и интерпретация сегментов ( б ).

1 – граница участка статистического анализа; 2 – раскоп; 3 – контур оборонительных сооружений; 4–8 – участки растительности классов 1 ( 4 ), 2 ( 5 ), 3 ( 6 ), 4 ( 7 ) и 5 ( 8 ); 9 , 10 – насыщенный поверхностно-трансформированный и переотложенный слой соответственно значительной и малой мощности; 11 – слабонасыщенный поверхностно-трансформированный слой значительной мощности; 12 – замещенный слой; 13 – участки незначительного антропогенного преобразования.

дя из уровня сопротивления, можно предположить, что им соответствует поверхностно-трансформированный слой меньшей мощности с высоким содержанием материалов антропогенного происхождения.

Сегменты растительности класса 3 (см. рис. 5, а ) характеризуются средними значениями сопротивления (см. рис. 3, диапазон 120–180 м) при существенной мощности гумусированного слоя (см. рис. 4, керны 16 и 19). Вероятно, это обусловлено малым содержанием отходов антропогенной деятельности. Здесь общий уровень магнитной восприимчивости и количества фосфатов существенно ниже [Ibid.] и близок к показателям предматериковых почвенных горизонтов культурного слоя в мысовой части (погребенная почва, на которой формировалась жилая застройка). Такие значения могут быть связаны с относительно малой антропогенной нагрузкой на этих участках (вероятная хозяйственная и производственная зона Гурьякара). Низкая плотно сть застройки наглядно проявляется в планировке поселения, реконструированной на основе комплексных геофизических исследований [Журбин, 2020, рис. 2.34]. Следовательно, участки растительного покрова класса 3 можно отнести к слабонасыщенному поверхностно-трансформированному слою значительной мощности. Такая ситуация преобладает между оборонительными сооружениями Б и Г.

Сегменты классов 1–3 занимают всю пологую поверхность мыса вплоть до линии укреплений Г.

По периметру этой области – на переходе от пологой поверхности к склонам – преобладает растительный покров класса 4. На таких участках наблюдается интенсивный транзит почвенно-грунтового материала в подчиненные формы рельефа. Поэтому культурные напластования этих сегментов характеризуются малой мощностью гумусированного слоя (см. рис. 3, диапазон 188–208 м). Такая ситуация наглядно представлена в керне 22 (см. рис. 4), где материковые породы перекрыты только пахотным горизонтом, что соответствует замещенному культурному слою.

Абсолютное большинство сегментов класса 5 выявлено на пологой поверхности мыса за линией укреплений Г и на плоских участках поймы р. Чепцы (западная периферия области обследования) (см. рис. 5, а ). Конфигурация и значительная площадь этих сегментов, а также их расположение позволяют предположить, что выявлены участки природной среды, не подвергавшейся значительному антропогенному воздействию.

Специального рассмотрения требуют тенденции распределения растительности на склонах холма. Сегменты классов 1 и 2 фиксируются на юго-западном склоне мыса. Отличительными их чертами является линейная форма и расположение вдоль площадки поселения, ограниченной линией укреплений Г. Примечательно, что на склонах за этой линией фиксируются лишь локальные сегменты классов 1 и 2. Совокупность особенностей расположения и конфи- гурации позволяет соотнести их с переотложенным культурным слоем, перемещенным плоскостной эрозией в подчиненные формы рельефа. Основанием для такого предположения являются результаты изучения другого чепецкого поселения – Кушманского III селища [Zhurbin, Borisov, Zlobina, 2022]. Статистический анализ содержания органического углерода и фосфатов, численности термофильных бактерий, активности ферментов уреазы и фосфатазы в почвенных материалах показал, что переотложенный культурный слой сохраняет химико-биологические показатели исходного. Поэтому растительный покров на участках переотложенного слоя сопоставим с растительностью сегментов поверхностно-трансформированного слоя (для Гурьякара – классы 1 и 2).

Заключение

Исходя из предположения, что тенденции распределения культурного слоя на площадке поселения и прилегающей территории отражают мощность исходных культурных напластований, возможна следующая интерпретация структуры и границ городища Гурьякар (см. рис. 5, б ). Вероятно, зона застройки поселения была ограничена внешней линией укреплений. На этой территории растительность достаточно однородна: значительные по площади участки поверхностно-трансформированного слоя (классы 1–3) окружены сегментами замещенного слоя (класс 4). За линией укреплений Г структура растительности принципиально меняется. Здесь представлены участки всех выделенных классов. Преобладают сегменты растительности, соотносимой со слабогумусированным слоем (классы 4 и 5). Другим признаком существования исходных культурных напластований могут являться области переотложенного слоя линейной формы на склонах мыса (классы 1 и 2). Их расположение согласуется с отмеченными участками поверхностно-трансформированного слоя. Соответственно, компактная локализация областей переотложенного слоя на склонах может маркировать зону застройки поселения, где формировался наиболее насыщенный и мощный культурный слой.

Дополнительным признаком расположения оборонительных сооружений – границ структурных частей городища – являются ориентированные вертикально линейные области переотложенного слоя на склонах мыса. Их возникновение, вероятно, связано с водной эрозией, когда высокая интенсивность водных потоков, стекающих по рвам, обеспечивает транзит разрушенного распашкой культурного слоя на участки склона ниже устья рва. На городище Гурьякар такие области более выражены на южном склоне мыса ниже линий укреплений В и Г. Расположение всех оборони- тельных сооружений поселения определено в результате комплексных геофизических и почвенных исследований [Журбин, 2020, с. 89–94].

Признаком исходной мощности культурного слоя на различных структурных частях городища могут служить толщина и насыщенно сть сохранившихся культурных напластований. Наиболее значительный поверхностно-трансформированный слой выявлен в мысовой части, ограниченной линией укреплений Б. На участке между линиями Б и Г сохранность культурных напластований существенно хуже. Предположительно внутренние структурные части Гурьякара (ограничены линиями укреплений А и Б) – это зона жилой и хозяйственной застройки с мощным культурным слоем, содержащим многочисленные материалы антропогенного происхождения. Внешние участки (ограничены линиями укреплений В и Г), вероятно, использовались для хозяйственной и производственной деятельности. Здесь средневековый культурный слой формировался менее интенсивно. Это согласуется с планировкой Гурьякара, основанной на данных геофизических и почвенных исследований [Там же, рис. 2.34].

В целом предварительный вывод о наличии культурного слоя различной насыщенности и мощности может базироваться на анализе конфигурации участков сегментированного изображения многозональной съемки и приуроченности разноплановых сегментов к особенностям рельефа. Определение археологи-че ского контекста и оценка сохранности слоя (поверхностно-трансформированный, замещенный или переотложенный) возможны только с привлечением эталонных данных геофизических и почвенных исследований, материалов раскопок.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект № 22-28-00189. Благодарю сотрудников УдмФИЦ УрО РАН (Ижевск) кандидатов техн. наук А.Г. Злобину, А.С. Шауру и А.И. Баженову за статистическую обработку многозональных снимков.