Содержание к диссертации
Введение
1. Краткая характеристика района и объекта исследований 9
1.1. Физико-географические условия 9
1.2. Геологическое строение береговой зоны бухты Экспедиции и осадконакопление в голоцене 12
1.3. Культурный слой Краскинского городища 20
2. Применение микромагнитного картирования для выделения природных и антропогенных образований 29
3. Методика работ 41
3.1. Измерительная аппаратура 42
3.2. Рекогносцировочные исследования 44
3.2.1. Магнитная съемка масштаба 1:5000 44
3.2.2. Каппаметрия культурного слоя 45
3.2.3. Выбор параметров сети наблюдений микромагнитной съёмки 45
3.2.4. Опытно-методические работы на экспериментальных полигонах во внутренней части и за пределами Краскинского городища 53
3.4. Микромагнитная съемка внутренней части Краскинского городища 54
3.5. Методика обработки данных 57
3.5.1. Первичная обработка результатов измерений 57
3.5.2. Построение карт аноліального магнитного поля 59
3.5.3. Трансформации аномального магнитного поля 59
3.5.4. Расчет статистических характеристик 60
3.5.5. Количественная интерпретация магнитных аномалий 61
4. Геомагнитная модель исследуемой среды 64
4.1. Магнитные свойства близповерхностной геологической среды береговой зоны, содержащей антропогенные включения 64
4.1.1. Формирование участков различного содержания магнитных минералов в результате механической дифференциации осадков 65
4.1.2. Изменение намагниченности верхней части осадочных отложений в результате химических преобразований минералов железа 67
4.1.3. Антропогенное изменение магнитных свойств геологической среды 68
4.2. Аномальное магнитное поле района исследований 84
4.2.1. Аномальное магнитное поле береговой зоны бухты Экспедиции 84
4.2.2. Аномальное магнитное поле опытно-методических полигонов, расположенных во внутренней части и за пределами Краскинского городища 87
4.2.3. Аномальное магнитное поле Краскинского городища 92
4.3. Магнитное поле Краскинского городища на различных уровнях внешнего полупространства 95
4.3.1. Результаты трансформаций аномального магнитного поля Краскинского городища на высоту 10 и 5 метров 96
4.3.2. Корреляция внутреннего рельефа Краскинского городища и трансформированного на высоту 5м магнитного поля 98
4.3.3. Результаты трансформации аномального магнитного поля Краскинского городища на высоту 2 и 3 метра 100
4.4. Магнитные помехи 104
4.5. Критерии выделения локальных аномалий, отражающих влияние строительных конструкций бохайской культуры 106
5. Реконструкция культурного слоя краскинского городища 114
5.1. Выделение строительных конструкций X века в культурном слое Краскинского городища 115
5.2. Локальные аномалии магнитного поля, связанные с антропогенным воздействием ХІХ-ХХ веков 122
5.3. Восстановление архитектурного плана Краскинского городища 124
5.4. Условия образования культурного слоя Краскинского городища 129
Заключение 133
Список литературы
- Геологическое строение береговой зоны бухты Экспедиции и осадконакопление в голоцене
- Применение микромагнитного картирования для выделения природных и антропогенных образований
- Опытно-методические работы на экспериментальных полигонах во внутренней части и за пределами Краскинского городища
- Антропогенное изменение магнитных свойств геологической среды
Введение к работе
Актуальность
Формирование современных геологических отложений в пределах речных и морских берегов в значительной степени может определяться антропогенным фактором, являющимся неотъемлемым элементом эволюции природной среды в местах обитания человека. Результаты антропогенного воздействия на геологическую среду широко проявлены на территории археологических памятников. Краскинское городище, расположенное в береговой зоне бухты Экспедиции (рис. 1), представляет собой крупнейший на территории Приморского края России археологический памятник государства Бохай (698 -926 гг.). Культурно-историческое развитие территории памятника было неразрывно связано с изменениями природной среды, происходившими в позднем голоцене. В связи с этим, чрезвычайно актуальны исследования, позволяющие провести реконструкцию условий образования культурного слоя, выявить археологические объекты и восстановить архитектурный план Краскинского городища. Отсутствие на поверхности следов археологических сооружений делает невозможным решение таких задач без раскопок всей площади поселения. Альтернативой раскопкам является применение геофизических методов, наиболее быстродействующим и универсальным из которых является магниторазведка.
Целью работы является выделение малоглубинных источников аномального магнитного поля природного и антропогенного происхождения на основе анализа результатов измерений модуля полного вектора геомагнитного поля и оценка степени влияния антропогенного фактора на формирование геологической среды в береговой зоне.
Для достижения поставленной цели в процессе исследования решались следующие задачи:
обобщение материалов по истории изучения геологического развития береговой зоны юго-западного Приморья в голоцене;
анализ и обобщение опыта применения детальных магнитометрических исследований для изучения осадочных отложений и археологических объектов;
адаптация методики магнитометрических исследований для выделения антропогенных объектов;
изучение магнитных свойств геологической среды и антропогенных объектов; -
разработка критериев выделения локальных магнитных аномалий, отражающих влияние строительных конструкций бохайской культуры;
выделение близповерхностных источников аномального магнитного поля (АМП) различного генезиса на основе анализа измерений модуля полного вектора геомагнитного поля, полученных в результате разномасштабных наземных съемок;
реконструкция архитектурного плана Краскинского городища;
реконструкция условий образования культурного слоя археологического памятника
Защищаемые положения:
Геомагнитная модель близповерхностной геологической среды береговой зоны бухты Экспедиции (залив Петра Великого, Японское море), содержащей антропогенные включения, представляет собой систему генетически разнородных возмущающих тел природного и антропогенного происхождения с различными пространственными характеристиками.
По результатам измерений магнитной восприимчивости современных геологических отложений, расчетов аномальных эффектов, создаваемых археологическими объектами X века, и заверочных раскопок разработаны критерии, позволяющие обосновано выделять аномалии магнитного поля, источниками которых являются строительные конструкции бохайской культуры.
Упорядоченность расположения магнитных аномалий, отражающих влияние антропогенных объектов бохайской культуры, закономерно прослеживаемая на картах аномального магнитного поля и его трансформант,
является основой для реконструкции структурно-планировочного деления средневекового равнинного городища.
На основе комплексного анализа геолого-геофизической информации, включающей результаты магнитометрических исследований, установлено значительное влияние антропогенного фактора на процессы осадконакопления современных геологических отложений в береговой зоне бухты Экспедиции (залив Петра Великого, Японское море), которые также существенно повлияли на эволюцию Краскинского городища.
Научная новизна.
Впервые проведены исследования магнитных свойств строительных конструкций бохайской культуры в Приморье.
Впервые на юге Дальнего Востока России по результатам микромагнитной съёмки восстановлен внутренний план средневекового равнинного городища, определено местоположение наиболее информативных объектов, необходимых для понимания археологического памятника. Сделан вывод о существовании на месте Краскинского городища более раннего поселения, который существенно изменил представления о культурно-историческом развитии территории.
Комплексный анализ разнородной информации, включающей результаты магнитометрических исследований, позволил восстановить особенности осадконакопления в береговой зоне бухты Экспедиции на последнем этапе развития геологической среды. Антропогенное воздействие на природную среду не только определило локальные изменения магнитных свойств современных геологических отложений, но и повлияло на условия осадконакопления. Реконструкция характера аккумуляции осадков свидетельствует о значительном влиянии природных процессов на эволюцию Краскинского городища в X веке.
Все полученные в работе результаты обладают научной новизной и соответствуют современному мировому уровню знаний по данной проблеме.
7 Фактический материал
Работа основана на результатах наземной магнитной съемки М 1:5000 в береговой зоне бухты Экспедиции (рис. 1), в центре которой расположено Краскинское городище, и микромагнитной съемки М 1: 100 внутренней части археологического памятника на площади 98482 м2. Проведено 1640 измерений магнитной восприимчивости материалов средневековых строительных конструкций и вмещающих пород культурного слоя.
Личный вклад автора
Все экспериментальные результаты получены под руководством автора и при его непосредственном участии. Обработка экспериментальных данных, расчеты, интерпретация полученных результатов были выполнены непосредственно автором или в соавторстве с сотрудниками ТОЙ ДВО РАН.
Практическая значимость.
Результаты исследования:
показали эффективность использования микромагнитного картирования для восстановления планировки средневековых поселений Дальнего Востока в сходных геологических условиях. Применение микромагнитного картирования для изучения археологических памятников Приморья позволит значительно ускорить исследовательские и памятникоохранные работы;
используются в настоящее время в ИИАЭ ДВО РАН для решения археологических задач: планирование участков раскопок во внутренней части Краскинского городища в 2006 -2008 гг. проводилось с учётом результатов детальных геомагнитных исследований;
позволят уточнить модели прогноза размещения в прибрежно-шельфовой полосе юго-западного Приморья россыпей титаномагнетита, процесс формирования которых продолжается в настоящее время на пляжах полного профиля.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VII международном междисциплинарном симпозиуме «Закономерности строения и
8 эволюции геосфер» (Владивосток, 2005 г.), Всероссийской научной конференции, посвященной памяти академика К.В. Симакова и в честь его 70 -летия (Магадан, 2005 г.), 33 и 34-й сессиях международного семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (Екатеринбург, 2006 г., Москва, 2007 г.), а также на семинарах лаборатории геофизических полей ТОЙ ДВО РАН.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из 5 глав, введения и заключения. Она содержит 149 страниц, 4 таблицы и 40 рисунков. Список литературы включает 149 наименований.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 работ. В том числе 2 статьи в журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук
Благодарности
Работа выполнена в лаборатории геофизических полей Тихоокеанского океанологического института им. В. И. Ильичева ДВО РАН под руководством к.г.-м.н. В. М. Никифорова, которому автор выражает благодарность за проявленное терпение, помощь, поддержку, советы и консультации и на всех этапах выполненного исследования. Автор благодарит д.г.-м.н. Р.Г. Кулинича, д.г.-м.н. В.А. Абрамова, к.г.-м.н. Н.В. Астахову, к.г.-м.н. СП. Плетнёва, д.г.-м.н. Л.А. Изосова, д.г.н. A.M. Короткого за помощь, консультации и критические замечания. Автор выражает благодарность коллегам Т.Н. Колпащиковой, А.А. Коптеву, А.В. Артёмовой, А.Н. Сокареву, М.Г. Валитову, к.т.н. А.И. Гресову за помощь и консультации. Особую благодарность автор выражает директору и сотрудникам Института истории археологии и этнографии ДВО РАН д.и.н. В.Л. Ларину, к.и.н. А.Л. Ивлиеву, к.и.н. В.И. Болдину, к.и.н. Е.И. Гельман за всестороннюю помощь и поддержку.
Геологическое строение береговой зоны бухты Экспедиции и осадконакопление в голоцене
Район исследований расположен в центральной части Краскинской впадины, представляющей собой изолированную тектоническую структуру, заложение которой произошло в раннем палеогене (Седых, 1989). В плане Краскинская впадина имеет форму, близкую к овалу, в центре которого находится бухта Экспедиции (рис. 3). Длинная ось впадины протягивается в северо-западном направлении более чем на 20 км при максимальной ширине 10-12 км. Фундамент впадины в междуречье Камышовой и Цукановки сложен гранитами и метаморфическими породами верхнего палеозоя. По данным сейсморазведки, максимальная глубина погружения фундамента достигает 1 км (Седых, 1989).
Геологическое строение эффузивно-осадочного чехла Краскинской впадины освещено в ряде работ (Аблаев, Васильев, 1998; Аблаев, Тащи, Васильев, 1988; Устиновский и др., 1966; Седых, 1989; Седых, Бажанов, 1997; Тащи, Аблаев, Мельников, 1996; Шельфовая..., 2006). В соответствии с имеющимися данными разрез представлен, в основном, пологозалегающими континентальными слабоугленосными отложениями с примесью продуктов вулканических извержений, имеет кайнозойский возраст и относительно четкое литологическое разграничение. Центральный и западный районы Краскинской впадины характеризуются преимущественным развитием осадочных пород. Вверх по разрезу происходит постепенное уменьшение зернистости осадочного комплекса: от грубозернистых пород с включениями крупных валунов и конгломератов с прослоями гравелитов и грубозернистых песчаников до тонко-и мелкозернистых, иногда туфопесчаников с прослоями алевролитов, аргиллитов (рис. 3). Общая мощность тонко- и мелкозернистых осадочных пород в центральной части Краскинской впадины достигает 850 м.
В составе осадков выделены суглинки, щебни, пески с галькой (часто глинистые), глины, алевриты, супеси. Верхняя, наиболее мощная (до 50 метров), пачка аллювиально-морских осадков соответствует голоценовои ингрессии, когда постепенное погружение окраины материка обусловило глубокое проникновение моря вглубь суши в позднем плейстоцене-голоцене (Короткий, Караулова, Троицкая, 1980).
Наибольший научный и практический интерес в соответствии с задачами исследования представляют отложения голоцена и условия осадконакопления в этот период. Результаты исследований геологического развития юго-западного побережья залива Петра Великого в голоцене представлены в ряде работ (Короткий, 1970; Короткий, 1976; Короткий, 1978; Короткий и др., 1979; Кулаков, 1980; Короткий, Караулова, Троицкая, 1980; Короткий, 1983; Короткий, 1985; Короткий и др., 1988; Короткий, Худяков, 1990; Короткий, Голосов, Маркелов, 2004; Короткий, 2005; Короткий, Макарова, 2005; Шельфовая..., 2006; Микишин, Петренко, Петренко, 2006 и др.).
Осадки голоцена имеют широкое площадное распространение на юго-западном побережье залива Петра Великого. Их мощность меняется в пределах 20-48 м. Они представлены отложениями морских и лагунных террас (высотой 4-6, 3-4 м) и поверхностей аллювиально-лагунной аккумуляции, современных пляжей и маршей, а также отложениями переуглубленных долин (Короткий и др., 1988; Короткий, Худяков, 1990; Короткий, 2005;. Короткий, Макарова, 2005). В современном (голоценовом) звене в соответствии с региональной стратиграфической схемой выделяется южноприморский горизонт, детальное расчленение которого соответствует европейской шкале. Выделенные слои объединены в три подгоризонта: нижнеголоценовый (10.2-8.0 тыс.л.н. -амурские и хасанские слои), среднеголоценовый (8.0-2.2 тыс.л.н. барабашевские и амбинские слои), верхнеголоценовый (моложе 2.2 тыс.л.н. -рязановские слои). Голоценовые отложения исследованы в ряде разрезов высокой поймы, низкой морской и лагунной террас, а также в приустьевых разрезах переуглубленных долин (Короткий и др., 1988). На водоразделах и склонах к голоценовому звену отнесены осадки низменных болот, а также эоловые отложения, развитые как на прибрежно-морской равнине, так и на более высоких элементах рельефа (Кутуб-Заде, Олейников, Сясько, 2002).
Нижнеголоценовый подгоризонт включает отложения амурских и хасанских слоев, мощность которых может достигать 48 м. Фациальиый состав отложений: почва, маршевая фация, пляжевые, эстуарно-лагунные, озерные и озерно-болотные слои. К амурским слоям отнесены старинные отложения в кровле разреза первой надпойменной террасы р.Цукановка.
В отдельных случаях высота морской террасы (амбинские слои) превышает таковую для максимальной фазы среднеголоценовой трансгрессии (барабашевские слои). К барабашевским слоям отнесены отложения 4-5-метровой лагунной террасы р. Цукановка в 2.1 км от берега моря. В составе отложений - хорошо окатанные галечники, пески, супеси, глины, илы, ракушняки. Мощность осадков в разрезах террас до 4 м, во впадине до 10 м. В составе диатомового комплекса смешанные по экологии виды. Формирование подобного комплекса могло происходить в вершине ингрессионного залива, в который впадала горная река (Кутуб-Заде, Олейников, Сясько, 2002). Морской генезис обоснован наличием мелководно-морских и лагунных раковин и преобладанием в структуре диатомового комплекса морских форм. В основании 4-5-метровой террасы на глубине 0.8 м ниже уреза воды диатомовый комплекс отвечает эстуарному заливу.
Применение микромагнитного картирования для выделения природных и антропогенных образований
Для изучения строения верхней части разреза, которая характеризуется неоднородностью, изменчивостью литологического состава, строения и физических свойств горных пород, используются различные методы дистанционных исследований: аэрофотосъемка, тепловая съемка, магниторазведка, электроразведка, георадиолокация, гравиразведка, сейсморазведка, ядерно-физические методы и др. Предпосылками применения геофизических методов для выявления антропогенных объектов являются: контрастность физических свойств объектов и вмещающей среды, соотношение размеров объекта и глубины его залегания, уровень сигнала от объекта по сравнению с уровнем помех. Наиболее универсальными и эффективными методами для таких исследований являются магниторазведка и электроразведка (Станюкович, 1996). Микромагнитная съемка предназначена для исследования локальных объектов, отражающихся в микроструктуре магнитного поля (Ревякин, Бродовой, Ревякина, 1986; Логачев, Захаров, 1979). При изучении источников природного происхождения микромагнитная съемка используется, в основном, для литолого-петрографического и структурного исследования неоднородно намагниченных образований в близповерхностном слое. В основе таких исследований лежит связь микроаномалий с литолого-петрографическими или структурными особенностями пород. Одна из частных задач микромагнитного картирования - изучение аллювиальных и молодых песчанистых морских отложений (Магниторазведка, 1990). Основанием для применения магниторазведки является присутствие магнетита в местах концентрации тяжелых минералов (Логачев, Захаров, 1979). Относительно небольшие пластовые залежи рудных минералов аллювиального происхождения (толщина 1 м, ширина 10 м) с содержанием магнетита в пределах 0.5 % могут быть успешно выявлены микромагнитной съемкой (Schwarz, Wright, 1988).
Магниторазведочные работы такой направленности проводятся редко и обычно используются как дополнительный метод, для получения предварительной информации о россыпях (Lawton, Hochstein, 1993; Орехов, 2004). В исследуемом районе возможно выделение слабых магнитных аномалий, генетически связанных с повышенными концентрациями магнитных минералов в отложениях верхней части разреза (Шельфовая..., 2006).
В то же время, магниторазведка может аналогично решать археологические задачи, в частности, определение местоположения антропогенных объектов, перекрытых рыхлыми отложениями. Культурный слой древних поселений является составной частью четвертичных отложений и содержит продукты деятельности человека. Самыми крупными элементами культурного слоя являются остатки построек и других сооружений различного назначения. Во многих случаях они отличаются по намагниченности от вмещающих отложений, что позволяет использовать для их выявления микромагнитную съемку. Основными факторами, определяющими привлекательность магниторазведки для решения археологических задач, являются возможность оперативного получения предварительной информации об объекте исследований, принцип сохранения археологических памятников, возможность существенного сокращения финансовых расходов и трудозатрат. Информация о структуре культурного слоя, полученная на основе микромагнитного картирования, позволяет не только проводить предварительную интерпретацию археологических памятников, но и выделять на их территории объекты, раскопки которых позволят уточнить предварительные выводы исследователей.
Опыт применения микромагнитной съемки для решения археологических задач имеет полувековую историю, первые работы в этой области проведены Д. Бельше и М. Эйткином (Belshe, 1957; Aitken, 1958). Археологическое картирование на основе магниторазведки впервые было осуществлено в Англии, при этом была доказана возможность использования магнитометрии для поиска археологических объектов (Colani, Aitken, 1966). М. Эйткин является автором первого обзора применения геофизических методов в археологии (Aitken, 1961).
В отечественной археологической практике магниторазведку впервые применил Г.С. Франтов в 1958 году. В 1963 году под руководством К.К. Шилика в Ленинградском отделении Института археологии АН СССР начались экспериментальные работы по применению магниторазведки на разновременных археологических памятниках. Магниторазведка с использованием феррозондового магнитометра применялась при поиске, картировании и изучении гончарных печей на территории средневековых памятников Крыма (Шилик, 1968; Шилик, 1974), поиске гончарных горнов и исследовании структуры оборонительных сооружений древнерусского городища Изяславль с использованием магнитометров различных типов и металлодетектора (Шилик, 1965), картировании поселения трипольской культуры и могильников с использованием протонного магнитометра (Загний, Курц, Русаков, 1971) и высокоточной специализированной аппаратуры (Грошевой, Галкин, Зайончковский, 1967; Дудкин, 1970.). Значительный вклад в применение магниторазведки в археологии внес В.В. Глазунов (Глазунов и др., 1977; Глазунов, 1997; Глазунов, Ефимова, 2001).
Несовершенство измерительной аппаратуры определяло первые археологические объекты поиска с использованием магнитометрии. Такими объектами были источники наиболее интенсивных аномалий магнитного поля антропогенного происхождения (печи, очаги, кирпичные стены), намагниченность которых сформирована под действием геомагнитного поля в условиях значительных температурных изменений. Для поиска древнеримских гончарных печей Д. Бельше применил протонный магнитометр (Belshe, 1957). К.К. Шилик использовал феррозондовый магнитометр М-17 для поиска средневековых гончарных печей в Крыму (Шилик, 1968; Шилик, 1974). В результате исследований были выделены особенности аномального магнитного поля, создаваемого гончарными печами, что позволило обнаруживать подобные объекты в дальнейшем. Гончарные и железоплавильные печи до настоящего времени являются чрезвычайно интересными объектами исследования с применением магниторазведки (Riisager, Abrahamsen, Rytter, 2003; Sards et al., 2002; Kozhevnikov, Kharinsky, Kozhevnikov, 2001 и др.). Т.Н. Смекаловой был разработан неразрушающий экспресс-метод исследования гончарных центров горного Крыма на основе комплексного физико-археологического подхода с применением полевой высокоточной магнитометрии. Высокие градиенты аномального магнитного поля над гончарными печами (иногда больше 3500 нТл/м) определили выбор приборов для полевых измерений (квантовые магнитометры М-33, ММП-303, ММ-60). На основании проведенных исследований, Т.Н. Смекаловой и её коллегами были составлены археологические карты крупных гончарных центров средневековой Таврики (Смекалова и др., 2000; Смекалова, Мыц, 1997). Исследования железоплавильных печей в Северной Америке позволили провести крупномасштабную реконструкцию участка съемки в Пенсильвании с точностью до десяти сантиметров (Kulessa, Chiarulli, Haney, 2004).
В 1980-е фактически была заложена основа археогеофизики как самостоятельной области научных исследований. Кроме того, именно в это время, появилась возможность широкого применения вычислительной техники для обработки результатов исследований (Scollar, Weidner, Segeth, 1986; Tsokas et al., 1991). Развитие измерительной аппаратуры во второй половине XX века, позволявшей достаточно быстро проводить полевые измерения привело к активному использованию магниторазведки в полевых археологических исследованиях. Основные достижения в этой области отражены не только в научных публикациях, но и в научно-методической, учебной и научно-популярной литературе (Эйткин, 1966; Франтов, Пинкевич, 1966; Ваганов, 1984; Станюкович, 1996; Станюкович, 1997; Clark, 1996; Neubauer, 2001; Scollar et al., 1990; Смекалова и др., 2000).
Опытно-методические работы на экспериментальных полигонах во внутренней части и за пределами Краскинского городища
Для оценки достоверности использования микромагнитной съёмки с целью выделения археологических объектов на Краскинском городище во внутренней части археологического памятника и за его пределами выполнена микромагнитная съемка на сопоставимых по площади экспериментальных полигонах. Полигон IV (размерами 40x50 м) расположен за пределами Краскинского городища в 100 м на запад от городского вала (рис. 7). Полигон V (размерами 50x50 м) расположен в северной части Краскинского городища (рис. 7), частично перекрывает участки раскопов. Профили измерений ориентированы по магнитному меридиану. Сеть наблюдений 1x1 м. Измерения модуля полного вектора геомагнитного поля проводились при высоте магниточувствителыюго преобразователя над поверхностью измерений 0.5 м по той же методике, что и для полигонов II, III. Интервалы времени между контрольными отсчетами не превышали 4-х минут.
Для выполнения микромагнитной съемки всей территории Краскинского городища разбита опорная сеть, использованная в качестве относительной системы координат. Опорная магистраль проложена в центре археологического памятника по магнитному меридиану. Секущие параллельные вспомогательные магистрали разбиты в широтном направлении через 25 м (рис. 11). Для разметки применялись 25-ти метровые шнуры, на которых через каждый метр (соответственно шагу съёмки) были выставлены метки.
Площадная микромагнитная съемка выполнена во внутренней части городища по заранее размеченной сети площадок размерами 25x25м (рис.11). Некоторые площадки, прилегающие к крепостной стене, отличались по размерам от стандартных. Общее количество площадок 161. При разбивке сети по возможности исключены участки, расположенные вплотную к краям раскопов, поскольку относительно высокоградиентные отрицательные магнитные аномалии, создаваемые резкими перепадами рельефа на границах раскопов, не содержат полезной информации и создают дополнительные помехи при дальнейшей обработке экспериментальных данных. Также исключены участки городского вала, поскольку в задачи исследования не входило выяснение внутреннего строения крепостной стены, уже полноценно исследованной раскопками.
На площадках магнитометрические измерения выполнялись при высоте датчика магнитометра над поверхностью 0.5 м по профилям, сонаправленным с опорной магистралью, проложенным на метровом расстоянии друг от друга (рис. 12). Измерения по профилям проводились с юга на север.
Нормальное геомагнитное поле (Тп) рассчитывалось по сферическим коэффициентам, рекомендованным Международным геодезическим и геофизическим союзом (IUGG) для расчета нормального геомагнитного поля (модель IGRF-2005) (Geomagnetic models..., 2005).
Учет вариаций геомагнитного поля (5Т) по результатам съемок, в процессе которых измерения вариаций геомагнитного поля проведены на магнитовариационной станции, в качестве которой использован магнитометр ММП-203МС, зафиксированный на контрольной точке, выполнен следующим образом. Амплитуда наблюденного геомагнитного поля на контрольной точке, измеренная во время взятия первого отсчета съемки, вычтена из всех магнитовариационных измерений.
При обработке результатов микромагпитной съемки, выполненной с использованием только одного магнитометра, учет поправок за вариации геомагнитного поля по каждой площадке измерений осуществляется на основе измерений на КП в конце каждого профиля. Проход по профилю занимал 2-3 минуты. При этом сделано допущение о линейном характере изменения поля вариаций за время, которое прошло в процессе измерений по профилю, то есть между двумя контрольными точками.
После вычисления значений аномального магнитного поля и введения поправок за вариации геомагнитного поля отбракованы измерения, выполненные на 9-ти площадках. Не удалось устранить помехи с меняющейся амплитудой и знаком сигнала, различные по длительности (от 3-х до 15 мин). Сделано предположение, что эти помехи могут быть связаны с влиянием энергетических установок промышленных объектов различного назначения, расположенных на окраине поселка Краскино. Измерения на этих площадках, учет вариаций геомагнитного поля и расчет аномального магнитного поля выполнены повторно.
Антропогенное изменение магнитных свойств геологической среды
Антропогенная деятельность напрямую связана с процессами, приводящими к изменению концентрации магнитных минералов в культурном слое. Классификация результатов воздействия человека на окружающую среду, изменяющего её магнитные свойства, приведена в ряде работ (Mullins, 1974; Clark, 1996; Смекалова и др., 2000; Linford, 2005). Антропогенное изменение магнитных свойств геологической среды на исследуемой территории определяется рядом факторов: 1. Возведение сооружений из несвойственных локальной ситуации блоков горных пород и искусственных материалов. 2. Применение огня для жизнеобеспечения и хозяйственной деятельности. Использование бытовых и хозяйственных печей, изготовление керамики, кровельной черепицы. 3. Накопление органических отложений в зоне обитания человека. 4. Изменения рельефа, связанные с сооружением блиндажей, рытьем окопов и канав. 5. Накопление изделий из железа (детали сельскохозяйственной техники, предметы быта, куски колючей проволоки, фрагменты военной техники, оружия и пр.). Первый фактор определяется результатами строительной деятельности. При сооружении фундаментов жилых, культовых и хозяйственных построек бохайской культуры были использованы обломки горных пород различного состава, кровельная черепица, имеющие различные магнитные свойства. Только в отдельных случаях, например при сооружении культовых построек, фрагментов вала, использованы обломки горных пород одной разновидности.
Исследования магнитных свойств горных пород и искусственных материалов Краскинского городища выполнены на основе измерений магнитной восприимчивости.
Магнитная восприимчивость горных пород определяется концентрацией ферромагнитных минералов и особенностями их состава и структуры (Шолпо, 1977). Вследствие малой концентрации этих минералов намагниченность горных пород обычно невелика и составляет 10" - 1 А/м. Прямой функциональной зависимости между концентрацией ферромагнитных минералов и магнитной восприимчивостью горных пород не наблюдается, однако статистическая зависимость такого рода существует. Статистический характер этой зависимости объясняется тем, что кроме концентрации ферромагнитных частиц на магнитную восприимчивость породы влияет их состав, размеры, форма, степень сохранности (Храмов и др., 1982). Сильная зависимость магнитной восприимчивости горных пород от содержания и состава акцессорных минералов обусловливает широкие пределы её изменения. Вариационные кривые эг для каждой литологической разности характеризуются главным максимумом, сильно сдвинутым в сторону меньших значений, и длинным «хвостом» в сторону больших значений. Распределения эг, таким образом, соответствуют логнормальному закону.
В отдельных случаях, однородность магнитных свойств материалов археологических построек и вмещающих пород (Witten et al., 2000) или высокие значения намагниченности выходящих на поверхность коренных пород (Horsley, Dockrill, 2002) могут приводить к неудачным результатам применения микромагнитной съемки для выделения археологических объектов. С другой стороны, предварительная оценка контрастности магнитной восприимчивости морских осадков и материалов археологических конструкций в Израиле (King Herod s Roman harbour) позволила обосновать и выполнить качественные гидромагнитные измерения (Воусе et al., 2004). С целью определения вероятности выделения и локализации археологических объектов на фоне вмещающих пород с использованием магнитометрии определена статистическая мера содержания ферромагнитных минералов составных частей культурного слоя, для чего проведены подробные исследования магнитной восприимчивости вмещающих пород, материалов фундаментов археологических построек и кровельной черепицы.
Вмещающие породы в культурном слое Краскинского городища представляют собой рыхлые песчаные, песчано-глинистые отложения верхнеголоценового возраста. Железосодержащие минералы представлены магнетитом, ильменитом, окислами железа. Результаты измерений магнитной восприимчивости вмещающих пород по разрезу в северо-восточной части городища сверху вниз представлены в таблице 3. Разрез представлен относительно слабомагнитными разнозернистыми песками. Незначительное повышение исследуемого параметра отмечено в верхних слоях разреза. Возможно, это связано с прогревом во время пожаров или с естественной дифференциацией тяжелой фракции. Более ста измерений магнитной восприимчивости вмещающих пород культурного слоя в северо-западной части Краскинского городища, выполненных на всех участках раскопов и в отвалах показали, что они достаточно однородны по исследуемому параметру. Измерения магнитной восприимчивости материалов археологических построек проведены непосредственно на археологических объектах и в отвалах раскопок. Результаты измерений статистически обоснованы размерами выборок элементов (табл.4).
Магнитная восприимчивость материалов фундаментов зданий, оград и других сооружений, сложенных обломками горных пород различного состава (габбро, габбро-диориты, андезиты, андезито-базальты, андезитовые порфириты, амфиболитовые сланцы, граниты, гранодиориты, кварциты, риолиты, туфоалевролиты, туфопесчаники), осколками кровельной черепицы, меняется в очень широких пределах.
Обломки горных пород по магнитной восприимчивости можно разделить на две группы. Невысокими значениями магнитной восприимчивости (10" ед.СИ) характеризуются обломки кварцитов (0.12-2.2), риолитов (0.005-5.9), гранитов (0.034-3.9), хотя диапазон значений достаточно велик. Наиболее магнитны туфоалевролиты (8-14), гранодиориты (0.025-21), андезиты (2.2-19), андезитовые порфириты (0.23-23), габбро (0.26-28). Магнитная восприимчивость обломков горных пород, использованных в качестве строительных материалов (кроме кварцитов и туфоалевролитов) характеризуется значительным разбросом значений. Распределение магнитной восприимчивости каменного материала фундаментов бимодальное. Возможно, это связано с прогревом каменных материалов внутри жилищ, но скорее всего, объясняется дифференцированностью обломков пород по составу.
Проведенные исследования показали, что значения магнитной восприимчивости песчано-глинистых отложений, слагающих верхнюю часть геологического разреза, меняются в достаточно широких пределах (табл. 4). Хотя по вертикали (измерения в стенке раскопа) магнитная восприимчивость вмещающих пород меняется незначительно (табл. 3). Археологические объекты состоят из материалов, значительно отличающихся по магнитным свойствам от вмещающих пород. При построении кривых распределения магнитной восприимчивости обломков горных пород, использованных в качестве строительного материала, был учтен тот факт, что фундаменты разных построек сложены несортированными по типам пород обломками. Только в отдельных случаях, например при сооружении культовых построек, использованы обломки горных пород одной разновидности. В материале фундамента стены ограды храмового комплекса преобладают туфоалевролиты, отмечено незначительное количество базальтов, адезито-базальтов, единственный обломок представлен габбро-диоритом. В материале, использованном для строительства фронтальной башни, преобладают риолиты и гранодиориты. Среди материалов, использованных для сооружения фундаментов культовых сооружений, преобладают гранодиориты и туфопесчаники, встречаются туфопесчаники с примесью пирокластики среднего состава, андезитовые порфириты, граниты. Валуны, расположенные группами по всей территории городища, представлены габбро. В то же время, на исследованной раскопками территории были выявлены отдельно лежащие скопления кровельной черепицы и отмечен факт использования обломков черепицы в качестве материала стен. В связи с этим, вариационные кривые распределения магнитной восприимчивости построены для числовых последовательностей, представленных значениями, характеризующими вмещающие породы (1), только кровельную черепицу (2) и обломки слабомагнитных горных пород (3), обломки сильно магнитных горных пород (4) (рис. 14).
Графики распределений магнитной восприимчивости соответствуют логнормальному закону. Это обстоятельство позволило провести количественную оценку возможности выделения объектов антропогенного генезиса в культурном слое на основе сравнения вариационных кривых реальных распределений исследуемого параметра. Вероятность выделения объектов антропогенного генезиса на фоне вмещающих пород вычислена по площади, ограниченной областью вариационной кривой за исключением интервала перекрытия (Гмурман, 2002).
Результаты расчётов показали, что практически невозможно разделить аномалии геомагнитного поля, создаваемые обломками сильномагнитных горных пород и кровельной черепицы. Вероятность выделения сильномагнитного каменного материала, из которого состоят фундаменты, на фоне слабомагнитного песка равна 98%. Кровельную черепицу можно выделить немного менее уверенно (вероятность 74 %). Выделение обломков слабомагнитных горных пород с магнитной восприимчивостью до 10"3 ед.СИ в культурном слое можно провести с вероятностью почти 100 %.
