Кошелев И.Н. Магнитная разведка археологических памятников

Подождите немного. Документ загружается.

И.Н. Кошелев

МАГНИТНАЯ

РАЗВЕДКА

АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ

ПАМЯТНИКОВ

Киев • 2005

Электронная библиотека

Портала «Археология России»

www.archeologia.ru

Настоящая работа размещена в библиотеке Портала «Археология России» как

электронная публикация. При цитировании ссылка на источник обязательна:

Кошелев И.Н., Магнитная разведка археологических памятников, Киев, 2005 //

http://www.archeologia.ru/Library/Book/14dc8c0aeabc

Копирование и распространение настоящей работы в любом виде и объеме

возможно только с письменного разрешения автора.

Кошелев Игорь Николаевич

augustin@voliacable.com

- 2 -

И.Н. Кошелев. Магнитная разведка

археологических памятников.

Стр. – 313, рис. – 68, табл.– 24.

О чем и для кого эта книга?

В книге изложены физические основы магнитометрического метода

археологических исследований. На примерах древних памятников Украины

описаны структурные, геометрические и физические особенности археологи-

ческих объектов. Приведены результаты статистического анализа магнитных

свойств их вещественного состава и физико-археологическое обоснование

метода. Проведено сравнение магнитометрии с другими методами гео-

физической разведки и анализ возможностей их

включения в комплекс

исследований археологических памятников. Значительное внимание уделено

составлению, расчету и использованию физико-археологических моделей.

Рассмотрены основные положения методики и техники полевых иссле-

дований, приведены необходимые сведения об измерительной аппаратуре.

Проанализированы различные методы обработки и преобразований исход-

ной магнитометрической информации из числа наиболее простых, но способ-

ных обеспечить достаточно высокое

качество, надежность, полноту и резуль-

тативность археологического истолкования магнитометрических данных.

Показано, что проблема обнаружения и изучения скрытых в земле

памятников истории, военно-исторических объектов (сооружений, военной

техники и др.), а также объектов техногенного происхождения по своим

целям и средствам их достижения принципиально не отличается от

проблемы поисков и картирования археологических

памятников. Для поисков

и изучения таких объектов предложенная технология магнитометрических

исследований может быть использована с не меньшим успехом, чем при

решении археологических задач.

Материал изложен в легко доступной, по возможности, форме и иллюс-

трируется достаточным числом примеров использования магниторазведки

при археологических, а также военно-исторических и техногенных иссле-

дованиях.

Книга предназначена

, главным образом, для археологов, специалистов

по охране памятников археологии и истории, геофизиков, изыскателей объек-

тов военной истории, но может быть полезна строителям, мелиораторам,

метеоритологам, другим специалистам, деятельность которых связана с

исследованиями приповерхностного слоя геологического разреза, а также

студентам перечисленных специализаций.

________________

На титульной странице: Пространственная модель аномалий магнитного

поля над западной половиной трипольского поселения Ламойна 2 (Молдова).

- 3 -

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Глава 1. ФИЗИКО-АРХЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Физические основы магниторазведки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.1.1. Основные характеристики магнитного поля Земли . . . . . . . 17

1.1.2. Магнитные характеристики вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.1.3. Аномалии магнитной индукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.1.4. Градиенты магнитной индукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.2. Характерные особенности археологических памятников

как объектов магнитометрических исследований . . . . . . . . . . .

1.2.1. Структурные особенности археологических

объектов и памятников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.2. Общая характеристика магнитных свойств

археологических объектов и вмещающей среды . . . . . . . .

1.3. Магнитные свойства археологических и техногенных

объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.1. Состояние изученности магнитных характеристик

археологических памятников Украины . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.2. Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

1.3.3. Методы анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.3.4. Результаты исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.3.5. Зависимость между магнитной

восприимчивостью и намагниченностью . . . . . . . . . . . . . .

1.3.6. Определение вероятности разделения

археологических объектов по

магнитометрическим данным . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.7. О дальнейших исследованиях магнитных свойств

археологических объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.8. Магнитные свойства техногенных объектов . . . . . . . . . . . . 60

1.4. Физико-археологические модели

объектов исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.4.1. Составление физико-археологических моделей. . . . . . . . .

1.4.2. Физико-археологические модели некоторых

характерных археологических объектов . . . . . . . . . . . . . . .

1.5. Комплексирование магниторазведки

с другими геофизическими методами исследований. . . . . . . . . .

- 4 -

1.5.1. Сравнительная характеристика геофизических

методов археологических исследований . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.2. Комплексирование методов магнитометрических

исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.3. Электрические и электромагнитные методы

археологических исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.4. Геолокационный метод исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Глава 2. ПОЛЕВЫЕ МАГНИТОРАЗВЕДОЧНЫЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Выбор цели и анализ условий проведения

магнитной разведки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2. Классификация магнитных съемок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2.3. Сеть и точность магнитометрических наблюдений. . . . . . . . . . . 101

2.3.1. Выбор точности магнитной съемки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

2.3.2. Общие принципы выбора сети наблюдений . . . . . . . . . . . . 101

2.3.3. Способы расчета сети наблюдений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

2.3.4. Практические приемы расчета сети наблюдений . . . . . . . . 107

2.4. Техническое обеспечение

магнитометрических исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

2.4.1. Магнитометрическая аппаратура

российского производства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

2.4.2. Магнитометрическая аппаратура западных фирм . . . . . . . 119

2.5. Методика проведения высокоточных

магнитных съемок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

122

2.5.1. Вариации магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

2.5.2. Общие положения методики

магнитных съемок. . . . . . . . . 127

2.5.3. Методика магнитной съемки

археологического назначения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

130

2.6. Техника проведения полевых

магнитометрических наблюдений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

140

2.7. Топографо-геодезическое обеспечение

магнитометрических съемок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

143

2.7.1. Основные требования к геодезическому

обеспечению магнитометрических работ . . . . . . . . . . . . . .

143

2.7.2. Полевые топографо-геодезические работы . . . . . . . . . . . . 144

2.7.3. Современные средства геодезического обеспечения

картографических и изыскательских работ . . . . . . . . . . . .

148

2.8. Градиентометрические съемки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

2.9. О

сметной стоимости

магниторазведочных исследований. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

155

- 5 -

Глава 3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

157

3.1. Первичная обработка результатов

магнитометрических наблюдений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

157

3.2. Приведение магнитного поля

участка съемки к единому уровню . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

162

3.2.1. Коррекция систематических ошибок

по алгоритму Н.И. Жарких . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

162

3.2.2. Исключение профильных погрешностей . . . . . . . . . . . . . . 164

3.3. Общие принципы анализа и разделения

магнитных полей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

166

3.3.1. Анализ исходного поля

аномалий магнитной

индукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

166

3.3.2. Характеристика магнитных аномалий

различного происхождения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

169

3.3.3. Общие принципы разделения магнитных

аномалий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

172

3.4. Выделение локальных аномалий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

3.4.1. Разделение локальных и региональных аномалий

методом усреднения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

177

3.4.2. Метод вариаций магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

3.4.3. Выделение локальных аномалий исключением

наиболее вероятного уровня

регионального фона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

181

3.4.4. Исключение регионального

фона второго порядка . . . . . . . 183

3.4.5. Выделение локальных аномалий

исключением тренда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

184

3.4.6. Выделение локальных аномалий на основе

аналитического продолжения в верхнее

полупространство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

185

3.4.7. Разделение региональных и локальных аномалий

методами фильтрации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

185

3.4.8. Экстраполяции исходных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

3.4.9. Сравнительная характеристика методов

выделения локальных магнитных аномалий. . . . . . . . . . .

189

3.5. Фильтрация случайных помех. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

3.6. Статистические и

корреляционные методы

выделения аномалий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

197

3.6.1. Метод обратных вероятностей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

3.6.2. Метод взаимной корреляции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

3.6.3. Статистические методы анализа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

- 6 -

3.7. Градиенты магнитной индукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

3.8. Оценка намагниченности источников магнитных

аномалий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

206

3.9. Выделение наиболее перспективных аномалий

по комплексу признаков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

209

3.9.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

3.9.2. Статистическое моделирование

по эвристическому алгоритму А. Никитина . . . . . . . . . . . . .

210

3.9.3. Создание композитных файлов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

3.9.4. Оценка достоверности комплексных

магнитных аномалий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

213

3.10. Пример обработки экспериментальных данных. . . . . . . . . . . . . 214

3.11. Компьютерная технология обработки

магнитометрических данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

224

3.12. Моделирование археологических объектов

по магнитометрическим данным . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

229

3.12.1. Археологическая интерпретация магнитных

аномалий как процесс моделирования

археологических объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

229

3.12.2. В поисках оптимального алгоритма

Моделирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

235

Глава 4. ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИМЕРЫ

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

246

4.1. Трипольское поселение Коновка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

4.2. Памятник трипольской культуры – Майданецкое . . . . . . . . . . . . . 251

4.3. Магнитометрические исследования

городища раннеславянского времени Монастырек . . . . . . . . . . .

254

4.4. Магнитометрические исследования

гончарных горнов и древнего рва . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

270

4.4.1. Поиски и исследования гончарных горнов. . . . . . . . . . . . . . 270

4.4.2. Картирование древнего рва. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

4.5. Распознавание магнитных аномалий

археологического и техногенного происхождения. . . . . . . . . . . .

281

4.5.1. Техногенные объекты линейной формы. . . . . . . . . . . . . . . . 282

4.5.2. Объекты изометрической формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

4.5.3. Основные приемы распознавания

Археологических и техногенных объектов

. . . . . . . . . . . . .

296

- 7 -

Глава 5. О ДАЛЬНЕЙШЕМ РАЗВИТИИ

МЕТОДА МАГНИТНОЙ РАЗВЕДКИ

АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ

302

5.1. Область применения магнитометрического метода

археологических исследований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

302

5.2. Перспективы развития магниторазведки

и ее применения в археологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

305

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

310

Приложения (Рецензии) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

314

- 8 -

_________________________________________________________________

ВВЕДЕНИЕ

Естественнонаучные методы

археологических исследований

Археология долгое время была чисто гуманитарной, описательной

наукой. Однако, начиная с середины прошлого столетия, все шире стали

применяться естественнонаучные методы археологических исследований.

Они заимствованы из многих естественных и технических наук – от физики и

химии до ботаники и зоологии – и адаптированы применительно к решению

археологических задач. Кто-

то из любителей изобретать новые термины

объединил все эти методы исследований (а их число уже около четырех

десятков) под единым названием – археометрические. С этим определением

можно было бы согласиться (на две буквы все-таки короче чем «естественно-

научные»), если бы оно отвечало требованиям научного термина.

В действительности археометрия – не наука

, и «археометрическими»

можно назвать разве что те из методов археологических исследований,

которые связаны с проведением различного рода измерений. К группе архео-

метрических еще можно было бы отнести спектральный, металлографический

и другие методы анализа, радиоизотопный метод датирования археоло-

гических памятников и т.п., но никак не палеоботанические, зоологические и

множество других

методов исследований, не связанных прямо с процессами

измерений.

Процесс внедрения естественнонаучных методов в практику археологи-

ческих исследований свидетельствует не о зарождении новой науки –

археометрии, но лишь о том, что на данном этапе исторического развития

происходит интеграция археологии с другими науками. Еще не наступило

время дифференциации единой археологической науки, когда какие-

то ее

ветви начнут отпочкование и формирование в виде самостоятельных (или

вспомогательных) наук археологической ориентации (подобно тому, как из

единой, в прошлом, геологии, выделились геофизика, геохимия, геоморфо-

логия и проч.). Но даже когда это время наступит, вряд ли можно ожидать, что

какая-то из отделившихся от археологии наук получила бы название

«архео-

метрии», учитывая множество и разнородность компонентов, включаемых в

это понятие. Скорее можно ожидать дифференциацию археологии не по

признаку используемых средств исследований, а по древним культурам.

Подобное расслоение археологов в зависимости от их специализации намети-

лось уже в наши дни, и специалисты, скажем, по Триполью, не всегда

понимают «древних русских».

Учитывая все сказанное, в процессе изложения материала мы будем

называть группу методов естественных наук – естественнонаучными, избе-

гая употребления иных сомнительных определений.

Многие из естественнонаучных методов привнесли в чисто гумани-

тарную ранее археологическую науку возможность на основе измерений или

эталонных сравнений получать количественные оценки тех или иных пара-

- 9 -

метров, свойств, показателей, разнообразных характеристик исследуемых

археологических объектов. Это могут быть определения химического состава,

физических и иных свойств предметов и материалов из памятников далекого

прошлого, оценка их абсолютного возраста, исследования технологии древ-

них производств, состояния окружающей природной среды и оценки мно-

жества других особенностей и характеристик древних культур. Такие коли-

чественные оценки основаны на результатах измерений, анализов или иных

исследований, выполненных с определенной точностью. Тем самым начался

и продолжается переход археологии из категории наук описательных в науку

точную, насколько это позволяет специфика археологических данных и

достижения естественных и технических наук.

Благодаря широкому использованию естественнонаучных методов

исследований археологическая наука обеспечила себе достойное

настоящее

и обнадеживающее будущее.

Одним из естественнонаучных методов археологических исследований

есть магнитная разведка археологических объектов и памятников. Изло-

жению основ этого метода археологических исследований и посвящена

данная книга.

Магнитометрический метод

археологических исследований

Исследования археологических объектов методами магнитных измере-

ний на основе использования магнитного поля Земли были в самом начале

нацелены в двух направлениях. Одно из них утвердилось как магнитометри-

ческий метод археологических исследований. Он заключается в проведении

измерений магнитной индукции Земли в регулярно расположенных на

местности точках с целью выявления перекрытых наносами намагниченных

археологических объектов, их картирования и детального изучения.

Дальнейшее развитие другого направления применения магнитных

измерений в археологии привело

к зарождению и формированию архео-

магнитного метода исследований. По данным измерений магнитных харак-

теристик образцов пород и материалов, специально отобранных в некоторых

точках археологических объектов, этим методом решаются задачи археоло-

гического датирования. Таким образом, он принципиально отличен от маг-

нитной разведки археологических памятников как по целям и методам иссле-

дований,

так и по качественному составу и объему получаемой археологи-

ческой информации.

Сосуществование обоих методов вносит определенную неоднознач-

ность и путаницу в понятиях и терминологии. Во избежание этого будем

употреблять термины «магнитометрическая» или «магнитная съемка», «маг-

нитная разведка» (но не «археомагнитная», что ассоциируется с названием

совсем другого метода). По той же причине

будем использовать выражения:

«магнитометрическая информация», «магниторазведочные исследования»,

«магнитометрический метод» (поскольку «магнитный метод» археологических

исследований уже получил общепринятое название «археомагнитного»).

За прошедшие полвека магнитная разведка археологических памятников

на многочисленных примерах доказала свои высокие разрешающие способ-

ности в решении разнообразных археологических задач. Высокая археологи-