Результаты геофизических, геохимических и петромагнитных исследований памятника Венгерово-2

В последние годы коллективом сотрудников Института археологии и этнографии СО РАН и Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН проделан значительный объем археолого-геофизических работ на древних и средневековых памятниках юга Западной Сибири, Алтае-Саянского нагорья и Монголии. Последовательное решение археологических задач с помощью геофизических методов показало не только преимущества, но и проблемы, связанные с сопоставлением археологических и геофизических данных. Одной из таких проблем является несовпадение картин планиграфического распределения магнитных аномалий и археологических объектов, а также сложность идентификации последних в слабоконтрастных аномалиях. Все это, безусловно, отрицательно сказывается на перспективах эффективного планирования полевых работ. Очевидно, что основной причиной «не выраженности» аномалий является отсутствие достаточной для их генерации контрастности между заполнением археологических объектов и вмещающей средой. Для того чтобы исследовать указанную проблему контрастности и выработать, в перспективе, вероятные пути ее решения, для анализа свойств грунтов были привлечены возможности петромагнитного, геохимического и микробиологического методов.

В поисках площадки, где есть опыт как положительного, так и отрицательного результата использования геофизической съемки, наиболее показательным памятником оказалось поселение Венгерово-2. В 2011 г. здесь было изучено жилище кротовской культуры (конец III – начало II тыс. до н.э.). До начала раскопок, благодаря геофизическим исследованиям, удалось определить границы котлована жилища, а также некоторые его конструктивные особенности, в частности, расположение очага. Тогда же, в южном углу раскопа, под слоем кротовской культуры был обнаружен погребальный комплекс эпохи неолита (конец VI–V тыс. до н.э.) [Молодин и др., 2011]. Для того, чтобы определить специфику планиграфического расположения неолитических объектов, в 2012 г. была произведена съемка участка, примыкающего к раскопу 2011 г., методами геоэлектрики (119 кв. м) и магнитометрии (128 кв. м).

Карта кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС), построенная по данным исследований аппаратурой ЭМС (рис. 1), в нижней части осложнена аномалией низкого сопротивления, вызванной проложенным вдоль участка кабелем. Тем не менее на этом фоне выделяется структура округлой формы (пунктирная линия на рис. 1), имеющая повышенное УЭС, ограниченная «бортами» с низким сопротивлением. Магнитная карта также осложнена в нижней части аномалиями от кабеля, а в верхней (слева) - рельефом. При этом на магнитограмме выделились отдельные точечные аномалии, которые не образуют какой-либо видимой системы (рис. 2). Сопоставление результатов археологических исследований (см. статью в данном сборнике) с геофизическими данными показало, что область с повышенными значениями УЭС, в целом, соответствует расположению выявленной здесь погребальной конструкции эпохи неолита. Отдельным, наиболее глубоким участкам этой конструкции соответствуют и точечные аномалии на магнитной карте. Однако, в целом, получить четкое представление о расположении объектов неолитической эпохи до раскопок не удалось.

Из слоя кротовской культуры, а также из заполнения объектов эпохи неолита и вмещающей их среды были отобраны образцы для петромагнит-ного, геохимического и микробиологического анализа. Методика отбора включала фиксацию глубины, пространственного положения точек отбора в раскопе, а также характеристику грунта.

Основной задачей петромагнитных исследований на начальном этапе работ была общая оценка степени контрастности между магнитными свойствами почв и подстилающих суглинков. Исследовательская программа включала: 1) измерение объемной магнитной восприимчивости (К) и частотной зависимости магнитной восприимчивости (FD) рыхлых отложений (почв, суглинков); 2) термомагнитный анализ - определение температур Кюри (Тс) магнитных минералов, слагающих магнитную фракцию отложений.

Рис. 1. Результаты исследований методом малоглубинного частотного зондирования (аппаратура ЭМС, частота 250 кГц).

Расстояние, м

Рис. 2. Магнитограмма, построенная по результатам картирования квантовым магнитометром-градиентометром G-858.

Термомагнитный анализ (ТМА) показал, что во всех отложениях основным носителем магнитных свойств является окисленный в различной степени магнетит, маггемит (как продукт окисления магнетита) и гематит. Состав магнитной фракции по глубине почвенных профилей не меняется, изменяется только соотношение магнитных минералов, например, в лессовидных (материнских) суглинках гематита и маггемита больше, чем в почвенных горизонтах, но в почвах проявляется минерал с Тс ~ 475–480 ºС, отсутствующий в суглинках. Идентификация этого минерала требует дополнительных исследований. Результаты ТМА позволяют утверждать, что различия в магнитных свойствах почвенного горизонта и подстилающих суглинков определяются, главным образом, концентрацией ферромагнитных зерен, а не их составом.

Значения К гумусовых горизонтов почв превышает значения К подстилающих суглинков в 3–4 раза. По значениям FD можно констатировать, что в веществе почвенных горизонтов содержатся в большом количестве уль-тратонкие (размером ˂30 нм) магнитные частицы, образующиеся in situ в результате интенсивных почвообразовательных процессов. Такие магнит -ные частицы, называемые суперпарамагнитными (СПМ), представляют собой частицы магнетита наиболее вероятного (био)химического происхождения, т.е. непосредственно связаны с жизнедеятельностью магнитотактических бактерий. Количество СПМ частиц, максимальное на глубине 10-20 см, постепенно снижается по глубине почвенного профиля, и в подстилающих суглинках концентрация этих частиц минимальна, либо они отсутствуют вовсе. Таким образом, на территории поселения Венгерово-2 отмечена высокая степень контрастности между магнитными свойствами почв и суглинков за счет большого количества аутигенных частиц магнетита в почвенных горизонтах. Это создает благоприятные условия для применения магнитной съемки, но только в том случае, если ямы заполне- ны веществом гумусовых горизонтов. Если же археологические объекты заполнялись желтыми подстилающими суглинками либо смешанным (ра-зубоженным в магнитном отношении) материалом, вероятность их обнаружения магнитной съемкой будет резко снижаться.

Геохимическое исследование вещества образцов, отобранных на памятнике Венгерово-2, включало многоэлементный анализ валовых проб, извлечение магнитной и электромагнитной фракций, определение фазового состава магнитной фракции и подробное изучение состава и структуры зерен под электронным микроскопом. Дополнительно, во всех пробах было замерено УЭС сухого вещества (скелета), а затем увлажненного (см. таблицу ). Для измерения УЭС применялся четырехэлектродный метод. Диаметр измерительной ячейки 20 мм, длина 30 мм, расстояние между потенциальными электродами 20 мм. Навеска грунта помещалась в измерительную ячейку. Грунт уплотнялся вручную, проводились измерения УЭС при естественной влажности. Затем в ячейку добавлялась дистиллированная вода в количестве, необходимом для полного смачивания грунта, и проводилось повторное измерение. В результате, было установлено, что грунт из заполнения объектов эпохи неолита значимо отличается по значениям УЭС от грунта, отобранного из слоя кротовской культуры. Однако это различие сохраняется только для сухого скелета. При увлажнении вещества разница нивелируется. Это позволяет сделать вывод, что результаты геофизической съемки могут напрямую зависеть от гидрологических характеристик грунта на момент измерений.

В пробах эпохи бронзы, отобранных на памятнике Венгерово-2, обнаружилась сравнительно хорошая сохранность магнетита, не более 10 % зерен затронуто процессами окисления. В то же время, вещество проб неолитической эпохи даже визуально более окислено, имеет ярко-рыжую, желто-рыжую окраску. Под микроскопом было обнаружено присутствие значительного количества вторичных минералов, замещающих минералы железа.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о разрушении магнитных минералов (магнетита, гематита) в веществе неолитической эпохи и замещении их немагнитными вторичными фазами (гидроксиды железа). Разрушение магнитной матрицы отрицательно сказывается на степени контрастности археологических объектов со средой и, в конечном итоге, мо-

Удельное электрическое сопротивление образцов грунта, Ом*м

Грунты Эпоха неолит бронза Вен-1 Вен-3 Вен-5 Вен-7 Вен-7/1 Вен-2 Вен-4 Вен-6 Вен-8 Сухие 680 3000 120 21000 910 220 220 41 416 Влажные 100 110 37 44 49 130 100 30 29 жет являться основной причиной несоответствия между картиной распределения геофизических аномалий и расположением археологических ям. Возможно, окисление значительно ускоряется за счет деятельности бактерий, что можно будет определить после получения подробных данных по микробиологическим видам. В настоящее время работа по определению видового разнообразия микробиологических сообществ, выделенных из образцов грунта, еще не закончена. Предстоит также завершить петро-магнитные исследования образцов из заполнения неолитических объектов и сопоставить результаты с данными геохимических исследований. Что касается объектов эпохи бронзы, то хорошая сохранность магнетита в веществе этих проб позволяет сделать вывод, что в данном районе трудности их обнаружения будут связаны с удельной долей в их заполнении вещества гумусовых горизонтов, где зафиксирована самая высокая по профилю почв концентрация магнитных минералов.