Итоги и перспективы применения петромагнитного метода для исследования археологических памятников Барабинской лесостепи

Для исследования археологических памятников Барабинской лесостепи успешно применяется магнитометрический градиентный метод. Залогом его эффективности является контрастность магнитных свойств верхнего гумусового горизонта современной почвы и подстилающего субстрата (суглинков, супесей, песков). Темно-серый гумусовый горизонт черноземов Барабинской лесостепи обладает повышенными значениями магнитной восприимчивости (40-100*10-5 ед. СИ, в среднем 60-80*10-5 ед. СИ) по сравнению с подстилающими грунтами (10-20*10-5 ед. СИ, в среднем 15*10-5 ед. СИ) [Матасова, 2006]. Заполнение искусственных выемок (могил, хозяйственных ям и т.п.) гумусовым почвенным слоем приводит к увеличению общего объема магнитного материала и, соответственно, к появлению над такими объектами микроаномалий магнитного поля, которые хорошо фиксируются высокочувствительными магнитометрами. Карты пространственного распределения таких аномалий дают археологам возможность еще до раскопок идентифицировать археологический памятник, определить его границы и планиграфические особенности. Примером такой высокоэффективной работы магнитометрического метода могут служить результаты археолого-геофизических исследований памятников Чича-1 [Молодин и др., 2004], Преображенка-6 [Дядь-ков и др., 2005], Аул-Кошкуль-1 [Молодин и др., 2010] и др.

Вместе с тем на фоне ситуации, в целом благоприятной для применения магнитной съемки, за годы интеграционных исследований древних памятников Барабы было зарегистрировано немало случаев, когда результаты магнитного картирования оказывались малоинформативными или бесполезными для предварительного планирования археологических работ. Сопоставление археологических и геофизических данных позволило сформулировать эту проблемную ситуацию в трех вариантах: 1) на магнитных картах выделяются аномалии, сопоставимые по своим параметрам с археологическими ямами, но сами ямы отсутствуют; 2) археологические комплексы плохо идентифицируются в слабоконтрастных аномалиях; 3) магнитные аномалии над археологическими объектами не фиксируются.

Долговременное сотрудничество между Институтом археологии и этнографии СО РАН и Институтом нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН в области археолого-геофизических исследований позволило не только обозначить данную проблемную ситуацию, но и наметить пути ее решения. Поскольку объективной основой для эффективного использования магнитометрического метода является контрастность магнитных свойств верхнего горизонта почвы и подстилающего субстрата, одним из основных направлений совместной работы стало изучение проблемы контрастности на территории археологических памятников средствами геофизики, геохимии и микробиологии. С учетом поставленных задач, в исследовательскую программу был включен петромагнитный метод, направленный на изучение магнитных свойств различных видов грунтов. В 2013 г. полевые петромагнитные исследования были проведены на археологических памятниках Тартас-1 и Старый Тартас-5, где ранее были выявлены случаи неэффективного применения магнитной съемки.

Методика работы включала в себя полевое картирование магнитной восприимчивости почв каппаметром КТ-5 (Чехия), измерение магнитной восприимчивости вертикальных профилей современных почв и нижележащих материнских пород, лабораторные измерения петромагнитных характеристик отобранных образцов. Полевые измерения необходимы для первичной оценки степени магнетизма различных элементов природной среды. С их помощью можно в короткие сроки исследовать большие по площади участки археологических памятников и строить для них прогнозные карты распределения магнитных свойств. Лабораторные измерения позволяют получать дополнительные магнитные характеристики для определения состава, количества и размеров частиц магнитных минералов – носителей магнетизма, дают объяснение выявленным в полевых условиях закономерностям изменения магнитных свойств исследуемых объектов.

Наиболее прост для решения вариант проблемной ситуации, когда на магнитных картах выделяются аномалии, а археологические объекты отсутствуют. Анализ таких случаев показывает, что причиной этого являются природные факторы, либо последствия современного антропогенного воздействия на почвенный слой. Это может выражаться в наличии в грунте черного металла, глубоких следов распашки или локальных увеличений мощности слоя почвы. Как аномалии могут проявляться также муравейники, норы, следы кострищ и т.п. Последние могут быть легко отделены от «археологических» аномалий посредством фиксации их местоположения на участке съемки. Новые наблюдения хорошо согласуются с аналогичными случаями, зафиксированными ранее, например, при раскопках некрополя на городище Чича-1 [Молодин и др., 2004, с. 240–261].

Второй и третий варианты проблемной ситуации тесно связаны между собой и обусловлены недостаточной контрастностью магнитных свойств 252

вмещающей среды и заполнения археологических объектов. Причины малой контрастности можно подразделить на естественные и искусственные.

Естественные (природные) причины обусловлены ландшафтными и климатическими условиями, при которых формируются различные типы грунтов и их магнитные характеристики. Так, например, на разновременном памятнике Тартас-1, на участке в 1 км2 обнаружено три типа почв – черноземная (автоморфная), луговая (полугидроморфная) и пойменная (гидроморфная) – и три типа подстилающих пород – суглинки, супеси, пески. Результаты площадной каппаметрической съемки показали, что наиболее магнитной является автоморфная почва, далее по степени убывания показателей магнитной восприимчивости идут луговая и пойменная почвы. Лабораторные исследования позволили установить, что магнитная фракция (МФ) автоморфной почвы состоит преимущественно из магнетита с большим количеством ультратонких суперпарамагнитных частиц (био)химического происхождения, что обеспечивает повышенные значения ее магнитных характеристик. МФ пойменных почв содержит, в основном, слабомагнитные минералы – гетит и гематит. МФ суглинков состоит из магнетита и гематита с преобладанием последнего, здесь отсутствуют наночастицы аутигенного происхождения. Количество магнетита в МФ супесей и песков еще меньше, чем в суглинках.

Сопоставление археологических и геофизических данных показало, что в зоне автоморфных почв планиграфическое расположение геофизических аномалий и археологических объектов совпадает полностью. Участок луговых почв средне перспективен для магнитной съемки: не все ямы проявляются в виде четких микроаномалий магнитного поля. В зоне распространения слабомагнитных пойменных почв археологические объекты магнитной съемкой не обнаруживаются. Таким образом, существует жесткая взаимосвязь между типом почвы, ее магнитными характеристиками и степенью перспективности магнитного картирования. Только в случае заполнения ям гумусовым горизонтом автоморфной почвы контрастность магнитных свойств заполнения и вмещающих пород достаточна для получения четкой магнитной аномалии над археологическим объектом.

Помимо этого, природные факторы могут нивелировать благоприятные условия контрастности, снижая эффективность применения магнитной съемки. Так, регулярное застаивание сезонных осадков в жилищных западинах одиновской культуры памятника Старый Тартас-5 привело к интенсивному растворению и вымыванию магнитных минералов. Слабомагнитные вмещающие суглинки оказались перекрыты еще более слабомагнитным оглеенным слоем. Отсутствие контрастности магнитных характеристик заполнения и материнских пород привело к тому, что данные магнитного картирования оказались малоэффективными.

Искусственные причины малой контрастности между заполнением ям и вмещающей средой обусловлены деятельностью древних людей. Величина микроаномалии над археологическим объектом может зависеть от того, какое количество почвенного магнитного материала попало в его заполнение. Существенным фактором является также размер и глубина ямы. Особенно четко эта зависимость фиксируется в среднеперспективных для магнитной съемки зонах, где небольшие по размерам объекты не образуют аномалий магнитного поля.

Таким образом, применение петромагнитного метода для исследования археологических памятников Барабинской лесостепи и сопоставление его результатов с археологическими и геофизическими данными показало, что основной причиной неэффективности магнитной съемки является недостаточный магнитный контраст между почвой и подстилающими грунтами. Обозначенные нами факторы природного и искусственного характера объективно ограничивают возможности магнитометрического метода по поиску и идентификации археологических объектов. Необходимо также отметить, что петромагнитный метод может быть эффективным инструментом для специалистов, использующих магнитную съемку в качестве этапа предварительного планирования раскопок. Он не только позволяет производить объективную оценку информативности геофизических карт, но и обеспечивать экономичность полевых работ за счет сокращения затрат на геофизическое исследование неперспективных участков.