Результаты комплексных геофизических исследований по поиску склепов на территории загородного некрополя Херсонеса Таврического в Карантинной балке

Введение. Территория некрополя загородного храма в Карантинной балке Государственного музея-заповедника «Херсонес Таврический» является объектом повышенного интереса со стороны специалистов и ученых целого ряда направлений: археологии, искусствоведения, геофизики и геологии [1, 6, 11, 20]. Причина повышенного внимания к этому месту обусловлена его чрезвычайно богатой историей. Здесь представлена своеобразная летопись жизни и быта людей прошлого. На сегодняшний день большое количество древних памятников скрыто под поверхностью и еще не обследовано [7, 19]. Проведение традиционных археологических раскопок сопряжено с большими затратами средств и времени, а также неизбежно влечет физическое уничтожение большей части исторической информации, которая в дальнейшем продолжается только в виде научных отчетов. Параллельно с этим необходимо решение сложных вопросов по дальнейшей консервации объекта.

В последнее время для получения информации об археологических памятниках с минимальным инвазивным влиянием используются методы археологической геофизики. На уровне рекомендованных Министерством культуры РФ методических разработок в направлении обеспечения сохранности археологического наследия геофизические методы признаны одним из оснований для определения границ территории объектов археологического наследия и последующей музеефикации исследуемой территории. Таким образом, внедрение в общепризнанную практику археологических полевых работ методов геофизики несет ощутимый вклад в определение и обоснование территории таких сложных к фиксации памятников как грунтовые могильники и некрополи.

Основной целью работ является поиск скрытых под дневной поверхностью античных и средневековых склепов, вырубленных в массиве известняков на территории некрополя Карантинной балки (рис.1). Задача исследования заключаются в проведении комплексных геофизических исследований методами георадиолокации и электропрофилирования для обнаружения положения склепов и изучения геологического строения территории работ. Выбор именно этих методов исследования обусловлен опытно-методическими работами прошлых лет на Херсонесе [6, 7], а также результатами российских и зарубежных геофизических исследований культурно-исторических памятников [2, 3, 21, 24-26].

Объект исследований. Некрополь расположен в нижней части устья Карантинной балки, прорезающей выходы сарматских известняков [5, 9]. Он занимает тальвег балки и часть правого и левого ее склонов, оформленных скалистыми отрогами Девичьей горы и правого борта балки. На сегодняшний день значительная площадь некрополя до сих пор остается неисследованной [8, 10, 14, 16].

Площадь работ расположена на северо-западном склоне Карантинной балки. Она представлена четырьмя прямоугольными планшетами, увязанными в одной системе координат друг с другом.

Геоморфология склона в пределах площади исследований представлена двумя террасами. С севера участок ограничен береговыми уступами Карантинной бухты. В пределах участка имеются препятствия для проведения геофизических съемок, к которым относятся ямы, отвалы грунта и строительного мусора, а также кусты и деревья. В этих местах работы не проводились по техническим причинам.

С северо-западной стороны к участку примыкает раскопанная часть некрополя. В пределах исследуемого участка расположен открытый ранее раскопками склеп, указывающий на то, что выбранная площадь является продолжением некрополя. Наличие склепов и геоморфологических предпосылок, согласно которым склепы располагаются вдоль уступов террас, позволяет расценивать выбранный для геофизических исследований участок в качестве перспективного для обнаружения скрытых погребальных сооружений некрополя [12, 18-20, 27].

Подавляющее большинство погребальных сооружений представлено тремя типами конструкций: склепами, подбойными могилами и грунтовыми могилами. Практически все они вырублены в скале. Склепы являются доминирующим типом погребальных сооружений. Типичные склепы имеют входную яму – дромос, в торце которого устраивался вход в погребальную камеру, заложенный плитой. На стенах нескольких склепов была найдена уникальная фресковая роспись [13, 15] (рис.2).

Склепы представляют собой полости, близкие к прямоугольной форме, вырубленные в скальном известняковом массиве горных пород. Глубина сводов склепов варьирует 1 до 3 м, а высота не превышает 2 м. Площадь погребальных сооружений колеблется от 6 до 15 м2. Встречаются двухкамерные склепы. В стенах склепов вырублены ниши. Дромос вырублен в скале и имеет, как правило, прямоугольную форму размерами примерно 1 × 2 м [4, 17, 18, 20].

Методика исследований. Методика геофизических исследований обеспечила локализацию скрытых склепов и изучение геологического строения скального массива выбранного участка некрополя в Карантинной балке. В комплекс исследований были включены методы георадиолокации и электротомографии. Георадиолокационные исследования применены с целью определения местоположения и глубины сводов склепов, а электротомографические данные – для изучения геологического строения территории. Наряду с этим, проведение топогеодезической съемки обеспечило получение детальной топографической карты местности с геодезической привязкой геофизических профилей.

Геофизические наблюдения в пределах каждого из четырех планшетов на участке выполнялись по системе параллельных профилей, расстояние между которыми в зависимости от вида работ составляло 1-2 м.

Геодезические работы. Для разметки планшетов геофизической съемки использовался способ выноса проектных точек с помощью электронного тахеометра SET530RK3 методом угловой засечки. Для создания карт и планов местности проведены фотограмметрические работы посредством набора снимков квадрокоптером DJI Phantom 4 Pro. Использование беспилотных летательных аппаратов для решения задач археологии и инженерной геологии особенно популярно в настоящее время [22, 28, 31, 32]. Топографические привязки осуществлялись при помощи геодезических спутниковых приемников Sokkia GRX 2 (в режиме Real Time Kinematic). По результатам измерений получен ортофотоплан, на основании которого размечены необходимые для производства геофизических работ профили с указанием высот точек наблюдений (рис.3).

Геодезические работы. Для разметки планшетов геофизической съемки использовался способ выноса проектных точек с помощью электронного тахеометра SET530RK3 методом угловой засечки. Для создания карт и планов местности проведены фотограмметрические работы посредством набора снимков квадрокоптером DJI Phantom 4 Pro. Использование беспилотных летательных аппаратов для решения задач археологии и инженерной геологии особенно популярно в настоящее время [22, 28, 31, 32]. Топографические привязки осуществлялись при помощи геодезических спутниковых приемников Sokkia GRX 2 (в режиме Real Time Kinematic). По результатам измерений получен ортофотоплан, на основании которого размечены необходимые для производства геофизических работ профили с указанием высот точек наблюдений (рис.3).

Георадиолокационные исследования. Георадарная съемка проведена с использованием георадара «Зонд-12 E Advansed» (Radar System Inc.) [32] и экранированных антенных блоков с центральными частотами зондирующих импульсов 300 и 500 МГц. Выполнение съемки на двух центральных частотах связано с тем, что на некоторых участках обследованной территории распространены грунты, характеризующиеся высоким значением коэффициентом поглощения электромагнитных волн. Глубина зондирования в неблагоприятных условиях на частоте 500 МГц не превышала 2 м. Антенна 300 МГц на этих участках обеспечивала глубинность исследований 5 м. Данные съемки на частоте 500 МГц позволили детально изучить верхнюю часть геологического разреза до глубины 3 м, а на частоте 300 МГц более глубокие части разреза до глубины 5,5 м.

Георадиолокационное зондирование (ГРЛЗ) выполнено по сети параллельных профилей с расстоянием 1 м. Шаг зондирования составил 5 см. Методика съемки и обработки данных ГРЛЗ обеспечила получение непрерывных георадиолокационных разрезов.

Электротомографические исследования. Наличие скальных выходов и малой толщины сухого дернового слоя на некоторых участках обследуемой территории обусловило применение бесконтактных способов электроразведочных наблюдений [23, 30]. Для выполнения полевых работ использовалась технология многоразносного электропрофилирования с использованием бесконтактного измерителя кажущегося сопротивления «БИКС» (ОАО «Специальное конструкторское бюро сейсмического приборостроения», Саратов). Шаг точек наблюдений по профилям составил 1 м, расстояние между профилями 2 м. Наблюдения выполнялись с установкой дипольного осевого профилирования с диполями 1,25, 2,5 и 5 м при последовательно изменявшихся разносах от 3,75 до 25 м.

Процедуры обработки (Geotomo Software, Малайзия) и интерпретации данных электротомографических исследований обеспечили получение 2D геоэлектрических разрезов, характеризующих геологическое строение некрополя на глубину до 7 м.

Результаты комплексных геофизических исследований. Результаты комплексных геофизических исследований представлены в виде георадиолокационных и геоэлектрических разрезов, характеризующих геологическое строение и местоположение археологических объектов (склепов).

На георадиолокационных разрезах отчетливо проявились два типа основных волновых эффектов электромагнитного поля (рис.4). Тип 1 выделяется в виде многофазной протяженной оси синфазности, характеризующей положение геологической границы, разделяющей слои известняка с различным составом и прочностью. Тип 2 проявляется дифрационно-реверберационными эффектами волнового поля различной интенсивности. Вершины обращенных гипербол отражают положение свода полости, которая в случае некрополя является, как правило, склепом.

Таким образом, георадиолокационные разрезы характеризуют геологическое строение и местоположение археологических объектов в пределах некрополя. Эти данные следует расценивать в качестве основной информации, необходимой для построения прогнозных карт и объемной модели, характеризующих размещение скрытых склепов на обследованной территории некрополя.

Информация, полученная с помощью электротомографических исследований, представлена в виде геоэлектрических разрезов (рис.5), характеризующих особенности геологического строения разреза некрополя. На геоэлектрическом разрезе выделяются три слоя. Верхний слой представлен крепкими известняками, характеризуется высокими значениями удельного электрического сопротивления, имеет мощность около 1 м. Предполагается, что он предохраняет склеп от обрушения. Отметим, что в этом слое наблюдаются следы, указывающие на его нарушения, связанные с проведением строительных работ, в частности, с вырубкой дромосов склепов. Средний слой является относительно низкоомным, что косвенно указывает его пониженную прочность. Именно в этом слое размещено наибольшее количество склепов некрополя, так как он наиболее подходил для вырубки склепов благодаря своим относительно низким прочностным свойствам. Наличие этого слоя является необходимым условием для обнаружения скрытых склепов. Третий слой сложен высокоомными породами и представляет собой прочное и устойчивое основание для склепов.

Таким образом, геологическая информация является важным компонентом для понимания общей картины особенностей распределения склепов на территории некрополя.

На основании полученных георадиолокационных разрезов с привлечением данных электротомографии построена предварительная прогнозная схема (рис.6) и 3D модель расположения скрытых склепов (рис.7). В статье приводится только фрагмент этой схемы и модели, публикация всего материала ставит под угрозу дальнейшее сохранение склепов, обнаруженных бесконтактными методами, так как в регионе активно действуют так называемые «черные копатели». Масштаб заведомо не указан и искажен.

На схеме показаны контуры георадиолокационных аномалий, которые характеризуют расположение и размеры склепов. Контуры, показанные пунктирной линией, соответствуют дифракционо-реверберационным возмущениям волнового электро-магнитного поля, которые уверенно коррелируют по нескольким профилям. Пунктирная линия соответствует менее интенсивным аномалиям, которые нечетко прослеживаются на смежных профилях.

В местах, где аномалии соприкасаются, контуры пунктирных линий могут указывать на расположение дромосов склепов, оконтуренных сплошной линией. Глубины, приведенные на карте у аномальных зон, характеризуют положение сводов склепов в разрезе. Погрешность определения глубин в связи с влиянием неучтенных данных об электрофизических свойствах грунтов и горных пород может составлять 10-15 %. На схеме показаны рекомендуемые положения для заверочного бурения источников георадиолокационных аномалий.

Границы и характеристики археологических объектов, показанные на схеме, являются прогнозными, так как не заверены бурением и раскопками. Положение этих границ подлежит уточнению после получения дополнительных данных. Предполагается, что бурение станет следующим логичным и возможно завершающим этапом всего комплекса работ. Методические особенности такого бурения на данном памятнике требуют тщательной проработки в направлении законодательного оформления самих работ, в решении задач максимального обеспечения физической сохранности предполагаемых археологических объектов и специфики оформления результатов для их дальнейшего использования всеми заинтересованными лицами: учеными, музейными работниками, сотрудниками органов охраны культурного наследия.

Выводы. Результаты комплексных геофизических исследований отражают распределение аномальных областей на территории исследований, которые могут быть интерпретированы как искомые склепы.

На основании геофизической информации, полученной в ходе работ, были отмечены наиболее перспективные места для проведения точечного бурения и заверки обнаруженных аномалий. Необходимо проведение детальных дополнительных геофизических работ перед заложением каждой скважины.

Полученная прогнозная схема является основанием для проведения дальнейших геофизических исследований на близлежащих территориях с целью определения границ археологического наследия некрополя в Карантинной балке.

Литература