Результаты комплексных археолого-геофизических исследований на памятнике Усть-Тартасские курганы. Отработка новых методов и технологий

В 2016 г. в рамках совместных российско-германских работ по изучению периферии больших курганов саргатской культуры на участке могильника «Усть-Тартасские курганы», выходящем на надпойменную террасу займища р. Тартас (урочище Таи), была выполнена магнитная съемка методом горизонтального градиента (руководитель – доктор наук Й.В.Е. Фассбиндер) [Парцингер и др., 2016]. Характер и особенности расположения выявленных магнитных аномалий позволили предположить наличие в межкурганном пространстве более раннего грунтового могильника, что было подтверждено в ходе последующих раскопок (см., напр.: [Молодин и др., 2017]). В восточной части участка хорошо фиксировался распаханный кург. 51, который, судя по геомагнитным данным, представлял собой объект с центральным погребением, окруженным рвом, диаметром 14,5 м [Парцингер и др., 2016, с. 403]. В 2017 г. сотрудниками ИНГГ СО РАН под руководством канд. геол.-мин. наук П.Г. Дядькова этот же участок был картирован повторно методом вертикального градиента, при этом была отмечена высокая степень корреляции данных [Дядьков и др., 2017, с. 308].

В полевом сезоне 2022 г. для решения задач научного проекта РНФ № 22-18-00012 были проведены раскопки кург. 51. В результате курган изучен полностью, выявлено 22 погребения и сопутствующие ритуальные комплексы (см. статью: Л.Н. Мыльниковой и др. «Элитный курган № 51 Усть-Тартасского могильника...» в этом сборни- ке). До начала археологических работ сотрудниками ИНГГ СО РАН под руководством доктора техн. наук Е.В. Балкова площадка будущего раскопа была исследована комплексом дистанционных методов, включающим аэрофотосъемку, малоглубинное электромагнитное профилирование и электротомографию. Данная статья посвящена оценке результатов сопоставления итогов археологических и геофизических исследований, что имеет существенное значение для развития методики археогеофизических работ.

Результаты сравнения данных магнитометрии и археологических раскопок

Магнитная съемка, как уже упоминалось выше, была проведена двумя различными методами. Сеть наблюдений была идентичной, с шагом 1 м. Сравнение построенных карт участка, где расположен курган, демонстрирует высокую степень совпадения данных. На карте горизонтального градиента выделяются характерные биполярные аномалии, которые связаны с залеганием в грунте современных железных предметов. Одна из них расположена непосредственно в центре кургана, что создает помеху для оценки его устройства (рис. 1, 1 ). К моменту съемки 2017 г. железные предметы были удалены из грунта, что положительно сказалось на ее результате (рис. 1, 2 ). Однако в данном случае существенной помехой для выявления полезных аномалий являются колеи полевых дорог и следы распашки (аномалии в виде полос).

Рис. 1. Результаты магнитной съемки кург. 51 памятника Усть-Тартасские курганы.

1 – магнитограмма кургана по данным измерений горизонтального градиента; 2 – магнитограмма кургана по данным измерений вертикального градиента; 3 – границы вскрытых в раскопе археологических объектов на карте горизонтального градиента; 4 – границы вскрытых в раскопе археологических объектов на карте вертикального градиента.

Корреляция археолого-геофизических данных показывает, что из всех выявленных в раскопе археологических объектов достаточно отчетливо выделяется только ров (рис. 1, 3 , 4 ). Его ширина ок. 1 м, глубина в материке – 0,6–0,7 м. Несмотря на то, что ров был заполнен более магнитным (по сравнению с материком) гумусированным грунтом, он формирует очень слабую положительную аномалию, чуть выше фоновых значений. Вероятнее всего, это связано с тем, что стенки рва очень резко и наклонно сужаются ко дну. В результате, общий объем магнитного материала в его заполнении оказался недостаточным для формирования четкой аномалии в магнитном поле.

Еще одним фактором, влияющим на степень выраженности аномалии от рва, может быть распаханная насыпь. Ее размеры, зафиксированные до раскопок, составляли ок. 20 × 30 м, в то время как диаметр кургана по внешнему краю рва – 14–15 м. Таким образом, ров оказался перекрыт грунтом из насыпи, которая содержала большое количество магнитного почвенного вещества. Известно, что даже сравнительно небольшой (0,2–0,3 м) слой почвы над археологическим объектом существенно уменьшает амплитуду фиксируемой от него аномалии. Это очень хорошо показано на примере методических работ в траншее № 135 памятника Тартас-1 [Молодин и др., 2015]. В случае с курганами, гумусированная насыпь может работать как «экран», который не позволяет посредством магнитной съемки определить устройство подкурганной площадки. Так, в ходе раскопок саргатского кург. 8 на памятнике Погорелка-2 под насыпью высотой 0,7 м было выявлено шесть погребений, которые на магнитной карте не проявились. Авторы работ связали это обстоятельство со строением кургана из дерновых кирпичей и предположили, что концентрация более магнитного почвенного вещества в теле насыпи могла помешать их распознаванию [Молодин и др., 2009]. Если насыпь кургана разобрана или сильно распахана, можно получить достаточно подробные сведения об особенностях его устройства. Применительно к курганам той же саргатской культуры в качестве примера можно привести памятники Венгерово-6 [Молодин и др., 2011], Яшкино-1 [Кобелева и др., 2013] и Преобра-женка-6 [Дядьков и др., 2005]. На кург. 51 памятни- ка Усть-Тартасские курганы высота сохранившейся насыпи от уровня современной дневной поверхности составляла 1,5 м. На наш взгляд, это является наиболее вероятной причиной того, что выявленные в ходе раскопок захоронения на магнитных картах не проявились, хотя некоторые из них имеют существенную глубину.

Что касается положительной аномалии в центре кургана, первоначально интерпретированной как центральное погребение, то результаты сопоставления показывают, что с центральным погр. 9 она не совпадает. Наиболее вероятно, что ее источником являются достаточно мощные прокалы (до 0,2 м). В ходе раскопок над центральной погребальной камерой удалось проследить остатки подпрямоугольной конструкции из дерева и бересты, которая была подожжена в процессе ритуальных действий. При этом огонь, судя по мощности прокалов, поддерживался длительное время. Интересно отметить, что эта аномалия (более 5 нТл) также имеет подчетырехугольную форму, что особенно хорошо видно на карте вертикального градиента. Известно, что воздействие высоких температур увеличивает степень намагниченности грунта, поэтому прокалы всегда очень отчетливо фиксируются магнитной съемкой. Можно также предположить, что определенный вклад в эту аномалию внесли куски железной руды, найденные при раскопках. На сегодняшний день известно, что один из них характеризуется повышенным содержанием магнетита. Подобные случаи в практике наших предыдущих исследований зафиксированы не были, поэтому данный вопрос требует дополнительной проработки.

Результаты сравнения данных геоэлектрики и археологических раскопок

На размеченном под будущий раскоп участке, размером 36 × 33 м проведены исследования с помощью аэрофотосъемки, электромагнитного профилирования и электротомографии.

Аэрофотосъемка проводилась с использованием малогабаритного дрона DJI Mavic Air (Китай, . Для планирования полетов использована программа DroneHarmony Plus , для обработки данных фотограмметрии применено программное обеспечение Metashape (Agisoft, Россия, https://www. . Обработка, оформление и визуализация цифровых моделей рельефа проведена в программе Surfer (Golden Software, США, https://www. . Съемка производилась с высоты 30 м, перекрытие снимков составляло 85 % в двух направлениях.

В результате обработки данных аэрофотосъемки построены ортофотоплан и цифровая модель рельефа. При построении карты высот за ноль была принята точка, находящаяся на краю склона, таким образом, курганная насыпь отражена превышением высот до 1,5 м относительно периферии (рис. 2, 1 ). Курганная насыпь очень ярко выделяется в цифровой модели рельефа, подтверждая наряду с другими примерами [Балков и др., 2021] высокую эффективность аэрофотосъемки при невысоких затратах.

Электромагнитное профилирование проводилось с помощью прототипа аппаратуры малоглубинного электромагнитного профилирования Геовизер [Huang, Won, 2003; Карин и др., 2018], оснащенного дифференциальной системой спутниковой RTK привязки Emlid Reach M2 OEM . Профилирование выполнялось в непрерывном режиме измерений по проектной системе профилей, расположенных на расстоянии 1 м, с привязкой по GPS (погрешность не превышала 10 см). Плотность наблюдений вдоль линии съемки составила не более 0,5 м.

Результаты, полученные по реальной компоненте сигнала на частоте 100 кГц в виде карты распределения сигнала, пропорционального проводимости, приведены на рис. 2. Участок съемки по сопротивлению разбивается на несколько горизонтальных сегментов (зон). Верхняя часть, примыкающая к лесополосе (с 25 по 33 м), характеризуется повышенным сопротивлением, в центральной части имеет округлую форму, обусловленную наличием курганной насыпи. Средняя часть (с 10 по 25 м) имеет пониженные значения, наименьшие в районе горизонтали на 15-м метре. И нижняя часть (от 0 до 10 м) имеет, как и верхняя, повышенные значения сопротивления, с переходом на высокие значения, обусловленные резким склоном на краю террасы. Причины описанной зональности исследованного участка по сопротивлению не ясны. Предположительно это может быть связано с наличием старой дороги, проходившей по краю террасы и уплотнившей грунт. Непосредственно на курганной насыпи имеется ряд локальных аномалий повышенного сопротивления, которые, однако, смещены к лесополосе и сосредоточены на участке, где при расчистке площадки были выкорчеваны кусты. Других локальных аномалий, которые могли бы соответствовать археологическим объектам, не выделяется. По результатам предыдущих работ и сопоставления данных с методом электротомографии данные электромагнитного профилирования хорошо коррелируют со слоем сопротивления на глубине около 0,5 м [Балков, Фадеев, Карин, 2021]. По всей видимости, высокие значения удельного электрического сопротивления в районе исследо-

Сигнал, ед. АЦП

Рис. 2. Результаты аэрофотосъемки и электромагнитного профилирования.

1 – карта относительных высот (белыми линиями показаны контуры рва кургана, белыми пунктирными линиями – площадка детальной съемки методом электротомографии); 2 – карта распределения реальной компоненты сигнала на частоте 110 кГц по данным электромагнитного профилирования (красными линиями показаны контуры рва).

вания и недостаточный их контраст не позволили выделить захоронения.

Трехмерные исследования объекта методом электротомографии [Dahlin, 2001; Бобачев и др., 2006] выполнены с помощью компактной аппаратуры Скала 32К4 (КБ Электрометрии, Новосибирск).

Инверсия выполнена с использованием программного обеспечения Res3DInv (Малайзия, .

Работы выполнены на площади 36 × 31 м с шагом 1 м между электродами и 2 м между профилями, а также по уплотненной сетке на курганной насыпи

9,0 × 15,5 м с шагом 0,5 м между электродами и 1 м между профилями (пунктирная линия на рис. 2).

Распределение сопротивления по результатам обработки всей площадки электротомографии согласуется с данными электромагнитного профилирования. Насыпь и прилегающая к лесополосе среда сложены менее проводящим грунтом, так же как и часть среды на краю террасы. В центральной части насыпи наблюдаются локальные аномалии повышенного сопротивления. Среда на глубину до 4 м

представлена четырехслойным разрезом с высокоомным изолирующим первым слоем и далее слоями попеременно пониженного и повышенного сопротивления, мощностью около 1 м. При этом на отметке около 15 м подстилающий проводящий слой вклинивается в вышележащие. Этим может быть обусловлена проводящая горизонтальная полоса на карте электромагнитного профилирования. Сопоставление с результатами раскопок показывает, что величина шага в 1 м между электродами и 2 м между профилями не позволяет выделить объекты, горизонтальные размеры которых существенно меньше, чем ячейка измерительной системы.

Достаточно представительные результаты получены по итогам 3D инверсии данных электротомографии на площадке детализации курганной насыпи. На рисунке 3 представлены пять горизонтальных срезов на различных глубинах (от 0,5 до 1,7 м). Карты на глубине меньше 0,5 м оказываются неинформативны и отображают достаточно хаотичное распределение сопротивления вблизи поверхности, что может быть обусловлено распашкой. По всей видимости, это же не позволяет объектам, перекрытым таким слоем, проявляться в данных электромагнитного профилирования. На карте, соответствующей глубине 0,5 м, может быть выделена только аномалия, связанная с центральным захоронением. Это, возможно, объясняется тем, что оно было разграблено. Анализ всех карт показывает, что по сопротивлению отчетливо выделяются только три погребения: № 9, 11 и 15 (см. рис. 1 в статье Л.Н. Мыльниковой и др. «Элитный курган № 51 Усть-Тартасского могильника...» в этом сборнике). Захоронения № 9, 11 отнесены к сооружениям т.н. первой очереди. Их основное заполнение представлено плотной темно-серой супесью и гео-электрические характеристики сходны. Погребение № 15, сооруженное позд-

Рис. 3. Карты распределения удельного электрического сопротивления (горизонтальные срезы) по результатам трехмерной инверсии данных электротомографии (черными линиями показаны контуры вскрытых в раскопе объектов).

нее, отличается от предыдущих, в т.ч. и по сопротивлению. Его заполнение представляло собой более рыхлый, влажный грунт с чередованием слоев желтого суглинка и темно-серой супеси. Установленные по данным электротомографии глубины этих объектов в целом хорошо соотносятся с реальными.

Выводы

По итогам проведенных исследований можно заключить, что использованный комплекс дистанционных методов эффективен для изучения курганных могильников. Аэрофотосъемка и, в меньшей степени, электромагнитное профилирование могут быть успешно использованы для обнаружения насыпей курганов. Магнитометрия позволяет получить более детальную информацию, однако наличие даже частично сохранившейся насыпи очень осложняет или делает невозможным распознавание устройства подкурганной площадки. В этих условиях информацию о расположении и глубине захоронений можно получить с помощью метода электротомографии, при очень плотной сети наблюдения. Шаг между электродами не должен превышать 0,5 м как вдоль профиля, так и между профилями. Площадь съемки должна перекрывать площадь кургана с небольшим запасом на периферийную среду. Перспективными в таких исследованиях являются трехмерные установки метода электротомографии, повышающие разрешающую способность.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, проект № 22-18-00012 «Элитные курганы саргатской культуры раннего железного века в Обь-Иртышской лесостепи (Новосибирская область)».