6. Основные приемы распознавания археологических и техногенных объектов

В.П.Дудкин

Археологические объекты и соответствующие им магнитные аномалии в большинстве случаев имеют изометрическую форму и гораздо реже – линейно вытянутую (древние рвы, валы, некоторые фортификационные сооружения). Объекты техногенного происхождения, наоборот, – чаще имеют линейную форму и реже – изометрическую. С другой стороны интенсивность магнитных аномалий техногенного происхождения, как правило, значительно (часто во много раз) превышает амплитуды аномалий от археологических объектов.

Таким образом, разбраковка объектов, выявляемых по магнитным аномалиям, на археологические и техногенные чаще всего возможна элементарными средствами, визуально по двум простейшим признакам – форме и интенсивности сопоставляемых аномалий.

Так, линейно вытянутые техногенные объекты легко диагностируются по линейной форме соответствующих им магнитных аномалий большой протяженности. Аномалии от линейных техногенных объектов легко отличаются от подобных по форме аномалий археологической природы. Основные отличительные особенности – более высокие амплитуды, более строгая выдержанность ориентировки по прямой или звеньям ломаной линии и характерная четкообразная форма. В этом легко убедиться из сравнения приведенных выше примеров аномалий, наблюдаемых над трубопроводами и при картировании древнего рва.

Техногенные аномалии линейной формы легко отличить также и от аномалий, образуемых археологическими объектами изометрической формы. Отличительные особенности таких аномалий хорошо иллюстрируются примером магнитометрических исследований на Субботовском городище.

Задача выделения линейных техногенных объектов на фоне изометрических объектов археологической природы представляется одной из наиболее простых. Однако здесь можно допустить грубый просчет, если не учесть четкообразный характер аномалии от линейных техногенных объектов. Отдельный фрагмент такой аномалии может оказаться по форме и размерам близким изометрическим искомым аномалиям от археологических объектов. Техногенное происхождение такого фрагмента аномалии можно уверенно предположить только по ее значительно более высокой амплитуде, не свойственной аномалиям от археологических объектов. В остальных случаях сомнительную аномалию следует обязательно исследовать на периферии с целью выяснения, не является ли она отдельным звеном линейно ориентированной цепочки подобных аномалий техногенного происхождения.

В обобщенном виде отличительные особенности магнитных аномалий, обусловленных археологическими и техногенными объектами, при различных вариантах сочетания их формы рассмотрены в табл. 2.

Табл. 2. Отличительные особенности магнитных аномалий, связанных с археологическими и техногенными объектами различной формы

Как видно из таблицы, наиболее сложную задачу представляет распознавание археологических объектов изометрической формы при наличии на площади исследований техногенных аномалий аналогичной формы. Особые трудности в процессе распознавания изометрических объектов археологического и техногенного происхождения возникают в случаях, когда техногенные объекты могут быть сложены из слабомагнитного материала (кирпич, бетон) или, наоборот, археологические объекты состоят из материалов с высокой намагниченностью (гончарные горны, железоплавильные печи или производственные комплексы). При этом амплитуды аномалий той и иной природы могут оказаться неотличимо близкими. В таких условиях весьма желательно не ограничиваться приемами элементарной разбраковки аномалий по их форме или амплитудному признаку. Для объективной диагностики техногенных магнитных аномалий в данном случае требуется более глубокий анализ.

Одним из наиболее важных компонентов анализа полученных в результате съемки магнитометрических данных является проведение количественной интерпретации как предположительно техногенных аномалий, так и аномалий явно археологической природы. Даже если те и другие имеют на первый взгляд весьма близкие размеры и амплитуды, источники искомых и техногенных аномалий могут существенно отличаться формой аномального тела, глубиной залегания его верхней и нижней кромок, магнитными характеристиками заполняющего материала. Так, аномалии изометрической формы могут отвечать в одних случаях скоплениям масс сферической формы, в других – они могут быть аппроксимированы конечным по глубине вертикальным цилиндром или тонким горизонтальным слоем (пластиной) ограниченных размеров, как, например, трипольские площадки.

Предполагаемую форму и размеры искомых объектов археологических памятников определенной эпохи практически всегда можно оценить из опыта работ прошлых лет в сходных условиях. Поэтому после проведения количественной интерпретации по совокупности данных о глубине залегания и геометрической форме источников аномалий их разбраковка может быть выполнена достаточно уверенно.

В подтверждение этому сопоставим, например, аномалии от сейфа и гончарного горна, рассмотренные в приведенных выше примерах. Амплитуды аномалий одного порядка – 340 и 100 нТ, соответственно. Глубины залегания центра магнитных масс по результатам количественной интерпретации также оказались близкими – 0.9 м и 1.3 м. Однако в одном случае (сейф) рассчитанная величина намагниченности источника аномалии составляет 113 А/м, а в другом (горн) – всего 2530·10^-3 СИ или 2.53 А/м. По этому признаку современный объект из стали легко отличить от археологического объекта, представленного остатками обожженных глин.

Магнитная аномалия, создаваемая винтовкой, по размерам и очертаниям подобна аномалиям, например, от хозяйственных ям овальной формы, однако существенно отличается от них в 4-5 раз большей амплитудой и наличием минимума, который отражает влияние нижнего полюса объекта.

Пример со стволом винтовки характерен и по другой причине. Он иллюстрирует проявление такого важного признака техногенных аномалий, как остаточная намагниченность источника аномалии. Уже в данном случае вследствие сильной остаточной намагниченности нижний полюс намагниченного тела отмечается не к северу, а к югу от центра аномалии. При ином расположении ствола в пространстве амплитуда отрицательной части аномалии могла бы превзойти амплитуду в области положительных значений поля. Явление, когда отдельные железные предметы фиксируются отрицательными магнитными аномалиями, довольно часто наблюдается над техногенными объектами (например, вблизи вентилей и металлического столба на описанном выше Дубоссарском трубопроводе) и практически никогда – над археологическими. Это не означает, что материалы археологических объектов не обладают остаточной намагниченностью. Она может быть даже очень высока, как, например, у обожженных глин, которые вследствие обжига приобретают большую термоостаточную намагниченность. Объясняется это другими факторами.

Археологические объекты приобретают остаточную (термоостаточную) намагниченность в направлении вектора магнитной индукции Земли. Если в течение последующих веков положение намагниченного тела в пространстве сохраняется неизменным, то вектор его остаточной намагниченности практически совпадает с направлением индуктивного намагничивания современным геомагнитным полем и никакого искажения создаваемой телом аномалии не происходит. Если же произошла фрагментация и перемещение археологических остатков вследствие их естественного разрушения с течением времени, то векторы остаточной намагниченности отдельных фрагментов будут ориентированы хаотично и наблюдаемая в этом случае суммарная остаточная намагниченность будет близка к нулю. Существенно отметить, что фрагментированный археологический объект в большинстве случаев сохраняет повышенную магнитную восприимчивость исходного материала. Вследствие этого амплитуда аномалии может сохраниться достаточно высокой за счет индуктивного намагничивания современным магнитным полем Земли.

Рассуждения об особенностях намагничивания техногенных и археологических объектов имеют не отвлеченный характер и позволяют обосновать важную практическую рекомендацию. Отрицательные магнитные аномалии не представляют поискового интереса, так как они либо связаны с обратно намагниченными техногенными объектами, либо отражают влияние нижних кромок нормально намагниченных объектов и сопутствуют рядом расположенной искомой аномалии положительного знака.

Другой, не менее важный прием обработки и анализа исходной магнитометрической информации основан на использовании результатов трансформаций магнитных аномалий, которые могут быть выполнены методами, описанными в работе [Дудкин, Кошелев 1999, с. 11–25] и многих других литературных источниках. По данным расчетов градиентов магнитной индукции, локальных аномалий и результатов фильтрации наблюденного магнитного поля в четкой наглядной форме выделяются такие особенности аномалий, которые в исходном поле магнитной индукции проявлены слабо или завуалированы влиянием региональной составляющей поля. При этом одни особенности (полезные) усиливаются, другие (помехи) подавляются. Проведение подобных преобразований исходных магнитных аномалий позволяет в ряде случаев существенно повысить надежность диагностики объектов и достоверность количественной интерпретации. Иллюстрации применения некоторых видов трансформаций в процессе анализа наблюденных аномалий магнитной индукции приведены в описанных выше примерах.

Обобщая все сказанное, к числу главных приемов анализа исходных данных с целью разбраковки выявленных аномалий на археологические и техногенные можно отнести следующие:

• проведение количественной интерпретации выявленных магнитных аномалий описанными выше или иными способами;
• широкое использование имеющейся информации о магнитных свойствах искомых археологических объектов и объектов техногенного происхождения;
• определение магнитных характеристик источников аномалий точно – по данным непосредственных измерений специальной аппаратурой или хотя бы приближенно – по магнитометрическим данным;
• применение различного рода трансформаций магнитных аномалий;
• использование результатов физико-математического моделирования и других приемов анализа геофизической информации.

Следует отметить также, что успешная диагностика техногенных магнитных аномалий при исследованиях археологических памятников возможна только при условии необходимого качества полевых материалов. Основные требования к магнитометрической съемке можно сформулировать следующим образом:

• проведение полевых магнитометрических измерений с необходимой точностью и по достаточно густой сети;
• выбор площади съемки с таким расчетом, чтобы съемочные профили выходили за пределы искомых аномалий в "нормальное" ("фоновое") поле;
• исследования участков, примыкающих к сомнительным магнитным аномалиям, с целью выяснения, не являются ли они фрагментами протяженной линейной аномальной зоны, которая во многих случаях может быть отождествлена с отражением в магнитном поле техногенных объектов;
• при необходимости – проведение измерений по интерпретационным профилям с более густым шагом, так чтобы интересующие нас аномалии были охарактеризованы не менее чем 5–7 точками наблюдений.

Для однозначного выделения археологических объектов целесообразно использовать комплекс методов исследований, который наряду с магнитометрией включает каппаметрию, электроразведку и некоторые другие. Обсуждение вопросов комплексирования геофизических методов при археологических исследованиях выходит за рамки данной статьи и заслуживает отдельного рассмотрения.