Результаты методических георадарных исследований погребальных комплексов в Барабинской лесостепи

Работа георадара основана на использовании классических принципов радиолокации. Передающей антенной прибора излучаются сверхкороткие электромагнитные импульсы (единицы и доли наносекунды). Центральная частота сигнала определяется типом антенны. Излучаемый в исследуемую среду импульс отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимается приемной антенной, усиливается в широкополосном усилителе, преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя и запоминается для последующей обработки.

В последние десять лет значительно вырос интерес к применению этого неразрушающего метода для решения археологических задач. Такая тенденция связана, прежде всего, с существенным повышением возможности новых аппаратных и программных комплексов. Наибольшие перспективы имеет применение георадара в высокоомной песчанистой толще пустынных и полупустынных районов. При определенном опыте можно достичь неплохих результатов в средних широтах и даже при изучении объектов подводной археологии [Журбин, 2004] .

Все шире используется георадар в комплексе с другими геофизическими методами: магнитометрией, методом сопротивлений, частотным электромагнитным зондированием.

Комплекс геофизических методов, включающих георадиолокацию, впервые в археологии Западной Сибири был применен при исследовании городища Чича-1 для получения дополнительной информации об аномалиях, выявленных магнитометрически. Так на раскопе 14 результаты геора-диолокационной съемки позволили предположить, что мы имеем дело с плоскодонным котлованом древнего жилища, незначительно углубленным в материковый суглинок. Последующие раскопки подтвердили геофизический прогноз. Там же были проведены методические работы по сопоставлению эффективности метода частотного электромагнитного зондирования и георадиолокации. [Молодин, Парцингер, Гаркуша, и др., 2001; Молодин, Парцингер, Чемякина и др., 2001;Чича, 2001].

В арсенал геофизических методов по поиску льда в погребальных камерах курганов пазырыкской культуры на плато Укок в 2007 г. был успешно введен георадар [Эпов, Молодин, Чемякина, 2008].

Новый этап геофизических исследований археологических памятников Западной Сибири и Алтая нацелен на распознавание структуры курганов различной степени сохранности. В 2008 – 2009 гг. проведены археологогеофизические исследования на частично распаханном курганном могильнике Тартас-2 в Венгеровском районе НСО. Задачей исследований было определить возможность выявления при помощи георадара древних погребений и прикурганных рвов на распаханной территории.

Для георадиолокационных исследований применялся георадар ОКО-2 с антеннами центральной частоты 150 и 700 МГц. Пред началом работ были проведены опытно-методические измерения на эталонном участке (15× ×5 м) – траншее №116 грунтового могильника Тартас-1. Целью опытных работ являлось определение интерпретационных критериев для выделения на радарограммах объектов поисков. Оба археологических памятника сходны в геоморфологическом отношении: расположены на надпойменной террасе р. Тартас, сложенной супесчано-суглинистыми отложениями, светло-желтого цвета, однородного состава. Грунты на глубину раскопов влажные, со значительным количеством глинистой составляющей. По гранулометрическому составу их можно классифицировать как супесь тяжелая – суглинок легкий. В пределах исследуемой траншеи 116 при зачистке выделялось несколько темных пятен, отражающих наличие древних погребений. Темный цвет пятен обусловлен отличием по составу грунтов, заполняющих погребение, от состава материковых отложений.

На площадке было разбито 6 профилей с интервалом в 1 м, по которым проведена георадарная съемка с антеннами АБ-150 и АБ-700. По результатом площадной съемки по траншее №116 были построены временные срезы. Для АБ-700 временной срез построен по времени 9 нс, что соответствует глубине 41 см при средней диэлектрической проницаемости среды ε =12. Для АБ-150 временной срез построен по времени 22 нс, что соответствует глубине 80 см при средней диэлектрической проницаемости среды ε =12. Диэлектрическая проницаемость грунтов выбрана на основании анализа специальной литературы [Финкельштейн и др., 1986], в которой указано, что ε суглинков при влажности 20% может изменяться от 10 до 14,7.

При послойной обработке данных зондирования было установлено, что границы древних погребений и объекты в них выделяются в разрезе слабо и только при детальном рассмотрении и анализе радарограмм (рис. 1А). Вероятно это обусловлено тем, что субстрат, заполняющий погребения и вмещающая среда имеют малый контраст по физическим свойствам, в частности, по проводимости и диэлектрической проницаемости.

В качестве эксперимента были выполнены измерения над погребением № 297 в траншее 115 (рис. 1Б), которое было частично вскрыто с восточной стороны. Короткий профиль длиной 3,5 м пересекал погребение с севера

Рис. 1. Тартас-1.

А – Траншея 116. Радарограмма по профилю 5. Антенна АБ-700; Б – Траншея 115. Радарограмма профиля над погребением № 297. Антенна АБ-700.

на юг. На радарограмме можно наблюдать небольшое нарушение осей син-фазности в области погребения (выделено прямоугольником) и радиообраз объекта в погребении (выделено окружностью). После полного вскрытия погребения было установлено, что зафиксированный на радарограмме крупный объект являлся черепом.

Таким образом, опытно-методические работы показали следующее. Высокочастотную антенну АБ-700 целесообразно применять лишь для уточнения ситуации с неглубокими археологическими объектами на зачищенных от почвенно-растительного слоя поверхностях. Антенну с центральной частотой 150 МГц можно применять на покрытых почвенным слоем поверхностях, мощность которого может достигать 30-40 см. Объекты поисков – погребения – на временных разрезах по профилям выделяются не четко в виду слабой контрастности вмещающих пород и заполнителя. В благоприятных случаях возможно обнаружение предметов в погребении. Однако костный материал не создает гипербол дифракции на радарограм-мах, что затрудняет его выделение.

Интерпретационные критерии выделения древних погребений не являются постоянными. В некоторых случаях это могут быть нарушения осей син-фазности на радарограммах, в других – появление низкочастотной составляющей в сигнале. В связи с неопределенностью критериев выделения объектов поисков однозначность интерпретации радарограмм резко снижается.

На участке частично распаханного кургана 12 могильника Тартас-2 георадиолокационные исследования выполнялись по той же сети наблюдения, что и магниторазведочные измерения. Анализ отобранного к обработке материала и сопоставление его с магниторазведочными данными показал, что на радарограммах иногда возможно выделить в разрезе неоднородности, интерпретируемые как археологические объекты.

Рассмотрим результаты геофизических измерений по профилю 21, пересекающему курган в центральной части (рис. 2).

Рис. 2. Тартас-2. Курган 12. График вертикального градиента магнитного поля _∆ Т, исходная радарограмма, результаты ее обработки преобразованием Гильберта и методом пиковой деконволюции по профилю 27: а – границы центрального погребения; b – граница рва; ? – неопознанный объект. Белыми кружками показаны металлические объекты в верхней части разреза. Применялась антенна 150 МГц.

На графике вертикального градиента магнитного поля наиболее интенсивная аномалия проявилась в центральной части профиля (а). Исходя из опыта предыдущих работ, интерпретируется как центральное погребение. Слева и справа от нее отмечаются менее интенсивные минимумы (b), ко торые вероятно всего соответствуют рву вокруг кургана. Более четко кольцевая структура рва прослеживается на планах изолиний вертикального градиента магнитного поля. Рядом с аномалией центрального погребения на профиле 27 выделяется еще один локальный минимум _∆ Т неизвестной природы.

На радарограмме выделенные по данным магниторазведки объекты выделяются участками с повышенной амплитудой отраженных волн и низкочастотным типом записи. Для лучшей визуализации георадарных данных было применено преобразование Гильберта, после которого в разрезе четко вырисовываются три структуры, соответствующие центральному погребению и участкам рва. Оценочная глубина структур при средней диэлектрической проницаемости разреза равной 12 составляет 1,2–1,4 м. Неопознанный объект на профиле 27 имеет значительно меньшую глубину – примерно 0,9 м.

В результате обработки радарограммы методом пиковой деконволюции в верхней части разреза были выделены металлические предметы, отмечающиеся характерным типом «звенящего» сигнала. Почти все выделенные металлические объекты создают локальные аномалии градиента магнитного поля, которые четко видно на графике _∆ Т.

Таким образом, результаты геофизических исследований показали, что комплексный анализ магниторазведочных и георадиолокационных данных значительно повышает информативность методов и снижает неоднозначность трактовки. Полученный опыт комплексной интерпретации необходимо применять при археологических исследованиях и в дальнейшем.