От измерений к реконструкциям: методология неразрушающих исследований памятников археологии и истории

Хотовское городище скифской эпохи.

Хотовское городище скифской эпохи находится у южной границы г. Киева Городище устроено на природном холме, форма которого близка к треугольной. Холм с севера, востока и запада ограничен крутыми склонами оврагов, по дну которых протекали ручьи, а с юга его границей была долина Хотовского ручья. Кроме того, по всему периметру городище было окаймлено валом и рвом, на некоторых участках усиленных эскарпами (рис. 2). До последнего времени фортификация в полной мере была видима в северной, западной и восточной частях, и в меньшей степени в южной. Площадка городища имеет существенный наклон в юговосточном направлении, наиболее высокая его часть -- северозападная. Площадь городища внутри фортификационной линии составляет 31 га [Покровська, 1952, с. 12; Петровська, 1970, с. 130; Ковпаненко, Бессонова, Скорый, 1987, с. 139; Петрашенко, Козюба, 1993, с. 16; Максимов, Петровская, 2009, с. 11]. Городище функционировало со второй половины VII вв. до н. э. по середину -- третью четверть VI в. до н. э.

В северозападной части городища проводились археологические исследования в 1947-- 1948 гг., 1965--1968 гг. На участках, прилегающих к оборонительному валу, выявлены три завала глиняной обмазки размерами 14 х 3, 20 х 6 и 21 х 4 м и три ямы одна из которых землянка размерами 5,4 х 4,65 м. В двух эпизодах зафиксирована прямая стратиграфия: завалы глиняной обмазки перекрыли прекратившую функционировать землянку и яму. Тогда же разведками были обнаружены завалы глиняной обмазки в обрывах южной части городища. На городище также закладывались многочисленные шурфы и разведочные траншеи, в которых не были обнаружены археологические объекты. Эти данные позволили Е.Ф. Покровской и Е.А. Петровской сделать заключение, что большая часть территории городища была не застроенной [Покровська, 1952, с. 12--14; Петровська, 1970, с. 130--132].

В 2004 г. геофизической группой Института геофизики на городище была проведена высокоточная магнитная съемка. Съемкой была охвачена территория площадью 6,1 га: вся северная часть городища, участки, прилегающие к оборонительной системе с запада и востока и отдельные площадки в центральной части памятника.

Магнитометрические наблюдения выполнены протонными магнитометрами МИНИМАГ (Геологоразведка, РФ) с разрешением датчиков 0,1 нТл. Съемка выполнена поквадратно, размеры одного квадрата составляли 50 х 50 м. Шаг по профилю составлял 1 м, расстояние между профилями -- 1 м.

Тогда же раскопками было проверено 12 аномалий, из которых четыре соответствовали археологическим объектам [Ивакин, Дараган, Орлюк и др., 2005; Дараган, 2005; Дараган, Орлюк, Кравченко, 2007].

В 2008 г. геофизической группой геологического факультета Киевского Национального Университета высокоточная магнитная съемка была проведена на участке площадью 0,25 га в юговосточной части городища.

Несмотря на то, что Хотовское городище является памятником национального значения, в 2009 г. началось целенаправленное разрушение собственно городища и окружающего его пространства. Строительством элитного загородного особняка разрушена северная часть городища, уничтожены участки фортификации с северной, северозападной и восточной сторон и преобразованы большие участки ландшафта, прилегающие к ним (рис. 3).

Рис. 3. Хотовское городище на космоснимках: 1 -- до 2009 г.; 2 -- в 2015 г.; 3 -- BD модель северной части

Памятникоохранными органами также была уменьшена площадь городища, и, как следствие, изменено целевое назначение земель, ранее входивших в единый комплекс Хотовского городища, сопровождавшееся дроблением земельного массива. Согласно публичной кадастровой карте Украины, участок городища на сегодняшний день состоит из 20 земельных участков площадью от 0,1 до 16,5 га, тип собственности которых -- частный. И только для одного участка площадью 16,4917 га целевое назначение определенно как земли историкокультурного назначения [Євсюков, Опенько, 2013, с. 5--6]

С целью реконструкции и изучения пространственной ситуации городища, а также изучения принципов его пространственной организации авторами в 2015 г. была создана ГИС «Хотовское городище» в которой были обобщены археологические и геофизические данные, дополненные картографическими материалами различных временных и масштабных рядов и данными дистанционного зондирования земли.

Рис. 4. Карта магнитной индукции, наложенная на цифровую модель рельефа городища (1); магнитные аномалии, соответствующие археологическим объектам (2)

Картографический блок представлен топографическими картами масштаба 1 : 1000, 1 : 5000 и 1 : 10000; данными аэрофото и космоснимков до начала разрушительных строительных работ на памятнике и после (снимки c ресурсов Google, Yandex, Bing Maps 2002-- 2016 гг.) (рис. 3), планами городища, составленными в 1947--1948 гг. По этим данным создана цифровая модель рельефа памятника и его округи (рис. 3). Это позволило с достаточной ясностью выяснить его топографию, конфигурацию, расположение оборонительных сооружений, размеры. Уточненная площадь городища составила 35 га.

Геофизический блок представлен картой геомагнитного поля. В 2015 г. проведена пеных обломков сильно пережженной стенной обмазки со следами выгоревших прутьев, фрагментов лепной керамики скифского времени и костей животных.

Объект № 2 исследован в северовосточной части городища на месте сложной положительной изометрической аномалии с двумя отстоящими друг от друга на расстоянии 5 м максимумами.

Аномалии соответствовали два завала глиняной обмазки от углубленного помещения размерами 5,8 х 4,3, глубиной 1,10 м. Глиняная обмазка завалов представлена фрагментами различного размера от сожженной каркасноглинобитной конструкции (рис. 6).

Объект № 3 исследован в северовосточной части городнща на месте аномалии субмеридионального простирания интенсивностью около 8 нТл и размерами 2 х 5 м. Ему сооветствовали два скопления слабообожженной глиняной обмазки, обнаруженные на глубине 0,25, размерами 0,5 х 0,5 м, мощностью 0,3 м. В завале встречались также фрагменты керамики, кости животных и ракушки.

Объект № 4 исследован в северозападной части городища на месте слабой положительной магнитной аномалии интенсивностью 4 нТл размером 1 х 1 м. Аномалия соответствовала каменной вымостке размерами 1,5 х 1 м. Площадка имела следы воздействия огня, но следов постоянного сильного воздействия высоких температур зафиксировано не было.

Остальные проверенные аномалии во всех случаях обусловлены присутствием железных фрагментов, преимущественно времени Великой отечественной войны, в том числе воронками от попадания снарядов.

На обновленной карте обозначились новые аномалии, не проявившиеся при первичном анализе, которые могут также соответствовать археологическим объектам (рис. 4; 7). Это цеп реобработка первичной магнитометрической информации. Из измеренных значений индукции магнитного поля вычтена нормальная составляющая -- сплайнаппроксимация магнитной индукции для каждого профиля. Этот прием позволил также избавиться от влияния геомагнитных вариаций. В результате была получена карта локальных аномалий магнитной индукции [Дараган, Орлюк, Роменец, Бондарь, 2016] (рис. 4).

Проверенные раскопками в северной части городища аномалии (рис. 4) показали следующее их соответствие археологическим объектам.

Объект № 1 исследован в центре северной части городища на месте положительной изометрической аномалии со слабо выраженным минимумом вокруг нее интенсивностью в 12 нТл. Размеры аномалии по нулевой изолинии 4 х 4 м. Аномалии соответствовал завал глиняной обожженной обмазки показавшийся на глубине 0,18--0,23 м размером 2,80 х 2,30 м (рис. 5). Слой завала состоял из раздроблен положительных аномалий, тянущаяся вдоль внутренней западной кромки вала. Исходя из результатов раскопок 1947--1968 гг. источниками этих аномалий, скорее всего, являются завалы обожженной глиняной обмазки. Они являются остатками глинобитных наземных конструкций, возможно имеют отношение к конструкции вала. Также на территории горо дища в северной и северовосточной части выделяется три изометрических положительных аномалии диаметром более 2 м, аналогичных аномалиям от раскопанных объектов 1--3.

В северной части городища на магнитной карте присутствует также большое количество аномалий, которые потенциально могут быть связаны с археологическими объектами, такими как небольшие хозяйственные ямы (мелкие положительные аномалии) либо печи (крупные аномалии, имеющие отрицательную сопряженную часть с северной стороны), однако с уверенностью этого утверждать нельзя в связи с сильной замусоренностью территории железом. Следует иметь в виду, что территория Хотовского городища входила в Киевский укрепрайон и подвергалась сильным обстрелам во время ВОВ.

Всего на участке, охваченном геофизической съемкой выделяется около 20 объектов (с учетом уже исследованных), которые могут быть соотнесены с наземными жилищами или землянками скифского времени. При этом все объекты, которые могут быть реконструированы как остатки построек с каркасноглинобитными стенами, расположены приблизительно на равном интервале вдоль вала городища в его северовосточной и северозападной части (рис. 7). В западной и северовосточной части городища на участках, расположенных более чем в 25 м от вала подобных объектов не выявлено. Археологические объекты отсутствуют на участках съемки в центральной и юговостой части памятника.

С учетом имеющихся данных раскопок, реконструируется тип пространственной органи зации городища с разреженной застройкой вдоль оборонительной системы и отсутствием застройки в его центральной части (рис. 7). Результаты нашего исследования подтверждают данные Е.Ф. Покровской и Е.А. Петровской о конфигурации городища, его площади и их наблюдения о том, что значительная часть памятника оставалась свободной от застройки. Эти данные имеют важное значение для понимания пространственной организации городищ лесостепной зоны Украины в скифскую эпоху.

Историкоархеологический объект «Инкерманские штольни». При въезде в Инкерман (Севастополь), можно наблюдать остатки горы Шампань в виде хаотичного нагромождения гигантских каменных глыб. Гора Шампань имеет богатую историю. На поверхности горы в IX--VII вв. находилось поселение начала раннего железного века; в эпоху раннего средневековья на этом месте возник христианский монастырь; в XIX в. в скальном массиве горы были вырезаны штольни в виде прямоугольных выработок высотой до 10 и шириной до 15 м, протяженностью внутри горы до 100 м. Штольни соединялись между собой потернами -- поперечными выработками меньших размеров. До ВОВ в штольнях размещался завод шампанских вин. С началом обороны Севастополя здесь разместился Спецкомбинат № 2 по производству боеприпасов, а также хранилище, в которое на протяжении последних дней обороны свозился боезапас армии и флота. По архивным данным в штольнях горы до 30 июня 1942 г. было сконцентрировано около 10 тыс. т (около 500 вагонов) боеприпасов разного калибра и назначения, техническое имущество и мастерские. Некоторые штольни пустовали. 30 июня 1942 г. входы к 11 штольням горы Шампань были подорваны. По воспоминаниям Э. фон Манштейна: «Рано утром 29 июня 1942 г. должно было начаться генеральное наступление на внутреннюю часть крепости. Когда наши войска ворвались в населенный пункт Инкерман, вся скала за населенным пунктом задрожала от чудовищной силы взрыва. Стена высотой примерно 30 м обрушилась на протяжении около 300 м» [Манштейн, 2009, с. 300] (рис. 8).

Рис. 7. Хотовское городище; цифровая модель рельефа и выделенные археологические объекты

Скальный массив над штольнями был раздроблен на отдельные обломки и просел на 10--30 м. Линейность разрывов и их ориентировка свидетельствуют о том, что большинство из них приурочено к разрушенным штольням и поперечным штрекам. Сами штольни завалены обломками скал, однако есть сохранившиеся участки, доступ к которым возможен через трещины и пустоты между обломками.

Несмотря на огромную силу взрыва, значительная часть боезапаса при подрыве штолен не сдетонировала и ныне находится частично в уцелевших участках штолен, частично под завалами. Это объясняется тем, что боеприпасы и взрывоопасные вещества (порох) были рассредоточены по большим площадям штолен в виде отдельных штабелей, разделенных перегородками из камня и мешков с песком, а также раздельным хранением снарядов, зарядов и взрывателей в разных штольнях. На протяжении двух последних десятилетий значительная часть боеприпасов была несанкционированно использована местными жителями с целью добычи взрывоопасных веществ (тола и пороха).

С 2001 г. проводятся активные проходческие и саперные работы по извлечению боеприпасов из Инкерманских штолен. По состоянию на июнь 2011 г. для проходческих работ было построено 4 вертикальных ствола глубиной до 24 м, от стволов пройдены подземные выработки. В самих выработках, несмотря на наличие железобетонных колоннкреплений, постоянно происходили обвалы. Учитывая 7 балльную сейсмичность участка эксплуатация подземных выработок представляется крайне опасной.

Тем самым стала очевидной необходимость создания эффективного инструмента представления, накопления и анализа всей пространственной информации об объекте, как для принятия стратегических управленческих решений, так и для представления горы Шампань как историкоархеологического объекта. в 2011--2013 гг. нами проведена работа по созданию многофакторной трехмерной модели горы Шампань на базе геоинформационных технологий. Модель включает в себя топогеодезические данные, аэрои космоснимки, данные бурения, информацию о состоянии пород массива, данные геофизических исследований, маркшейдерских съемок подземных выработок и инструментальных съемок подземных пустот, данные археологических изысканий.

На горе Шампань выполнена топографическая съемка и получена цифровая модель поверхности горы; составлен топографический план участка изысканий масштаба 1 : 1000 с сечением изолиний рельефа 1 м.

Геофизические исследования реализованы в виде высокоточной детальной магниторазведки. В рамках исследованного участка магнитная индукция изменяется более чем на 1000 нТл, что при имеющемся геологическом строении массива однозначно свидетельствует о наличии погребенных техногенных объектов -- источников магнитных аномалий. В юговосточной части горы зарегистрирована большая знакопеременная аномалия интен сивностью ±500 нТл. Положительная часть ее достигает размеров 40 х 40 м. Сопряженная отрицательная часть располагается с северной стороны. Источником такой аномалии может быть глубоко залегающий объект, имеющий сильную, преимущественно индуктивную намагниченность. Именно эта аномалия может быть связана с основным боезапасом времен ВОВ.

Рис. 9. Гора Шампань; совмещение карты магнитного поля, плана подземного пустотного пространства и проекции объектаисточника магнитной аномалии на космоснимок 2010 г. с ресурса Google Earth

Согласно результатам количественной интерпретации, источник аномалии аппроксимируется параллелепипедом, который залегает горизонтально. Длина его составляет ~31, ширина ~16, высота ~7 м. Глубина подошвы модельного тела ~10 м в относительной системе координат, глубина до кровли модельного тела ~25 м от дневной поверхности.

С целью создания карт, планов и трехмерной модели подземного пространства горы Шампань была выполнена оцифровка маркшейдерских планов выработок, топосъемка ходов и лазов в завалах по 3 классу точности, который предусматривает создание съемочной сети без долговременного закрепления точек.

Рис. 10. Реконструкция некоторых штолен и штреков горы Шампань по данным дешифровки аэрофотоснимка 2.04.1942 г. и спелестологических исследований

ГИС «Инкерманские штольни» генерировалась в несколько основных этапов, определяющих ее концептуальную структуру. Первый этап -- анализ и подготовка информации, классификация исходных данных и их оценка.

Он характеризуется подбором основного перечня имеющегося разнопланового материала, его систематизации и определения потенциала использования. В результате собрана картографическая продукция разных уровней и тематик, избранные и подготовленные планы для шифровки. в качестве опорных данных для создания геоинформационной системы были использованы: космоснимок QuickBird 2010 г.; космоснимок со спутника GeoEye до 2001 г.; космоснимок со спутника IRS с ресурса Yandex; аэрофотоснимки Люфтваффе 31.10.1941 г., 2.11.1941 г., 8.04.1943 г., 23.04.1942 г. (до подрыва штолен); аэрофотоснимок Люфтваффе 1942 г., сделанный вскоре после подрыва штолен; современный аэрофотоснимок (до 2001 г.). Пространственногеометрическому согласованию подлежали: данные наземной тахеометрической съемки; карты масштабов 1 : 10000 1972 г.; 1 : 50000 1982 г.; 1 : 100000 1982 г.

Создана базовая карта слоев, растровой, векторной, тематической информации, содержащих наиболее типичные для данной местности объекты. выполнена дешифровка материалов дистанционного зондирования земли с целью локализации характерных техногенных объектов: стволов горных выработок, сооружений. Результаты дешифровки были согласованы с данными, полученными с топографической картой и наземной тахеометрической съемки.

На втором этапе разработки геоданных создан геофизический модуль, для просмотра в среде ArcGIS пространственных геофизических данных. На третьем -- в проект интегрированы данные подземных съемок. В результате обработки данных материалов созданы цифровые модели рельефа (ЦМР) территории и синтетические модели наземной и подземной топографии участка работ [Бондарь, Дараган, 2012].

Анализ совмещения топоосновы, карты магнитного поля и плана подземного пустотного пространства горы Шампань, свидетельствует, что основная магнитная аномалия, которая может быть связана с боезапасом, находится в южной части горы вблизи крупного разломасброса (рис. 9), существующие подземные хода не достигают ее источника.

На многих аэрофотоснимках хорошо читается вход в штольню, который находился с западной стороны горы (на уровне современного ствола 1). Предполагается, что именно в этой штольне был осуществлен самый мощный взрыв. Источник основной аномалии локализуется на продолжении этой штольни на восток. Логично предположить, что боезапас находился именно здесь и первоочередной задачей советских саперов было ограничение доступа именно к этой штольне. Совмещение обследованного подземного пустотного пространства, в котором зафиксированы стенки штолен и штреков, с аэрофотосъемкой 1941--42 гг. позволяет сделать реконструкцию расположения некоторых штолен и штреков (рис. 10).

В результате сравнительного анализа поверхности горы средствами ГИС показано, что площадь ее вследствие взрыва сократилась вдвое, при этом северный отрог снесен полностью.

По результатам исследования в 2011--12 гг. выполнен значительный объем горнопроходческих и укрепляющих работ, обеспечивший должный уровень безопасности персонала работающего в штольнях. Также выполнена проходка через один из лазов с западной стороны горы по направлению к источнику основной магнитной аномалии. Открытая полость оказалась большим фрагментом хорошо сохранившейся штольни с обрушенной стеной. в полости найдено скопление металлических труб, используемых при производстве боеприпасов времени вОв.

Таким образом, разнородная экспериментальная информация, обобщенная и проанализированная средствами ГИС, привела к важным выводам о состоянии скального массива, объеме пустотного пространства, степени сохранности штолен и штреков и характера их использования во время великой отечественной войны.

Выводы. Предложенная методология неразрушающих исследований памятников археологии и истории содержит средства сбора и анализа разнородного фактического материала и позволяет реализовать комплексный подход при создании археологогеоинформационных реконструкций.

Картографический материал, данные археологических, геофизических и других натурных и дистанционных исследований, обобщенные в рамках геоинформационных систем, должны стать основой мероприятий по охране, исследованию и управлению объектами историкокультурного наследия.

Литература

1. Бондарь К., Дараган М. Создание геоинформационной модели историкоархеологического объекта «гора Шампань» (Инкерманские штольни) // Виртуальная археология (неразрушающие методы исследований, моделирование, реконструкции): Материалы 1 междунар. конф. (4--6 июня 2012 г.). -- СПб, 2012. -- С. 192--201.

2. Дараган М.Н. Античная керамика из Хотовского городища скифской эпохи // Боспорский феномен. Проблема соотношения письменних и археологических источников. -- СПб, 2005. -- С. 256--261. Дараган М.Н., Орлюк М.И., Кравченко Э.А. Результаты геофизических исследований на Хотовском городище скифской эпохи // Археология и геоинформатика. -- М, 2007. -- Вып. 4. -- CDROM.

3. Дараган М., Орлюк М., Роменец А., Бондар К. Інтерпретація даних високоточної магнітної зйомки в складі археологічної ГІС (на прикладі Хотовського городища Скіфської доби) // 15^th EAGE International Conference on Geoinformatics -- Theoretical and Applied Aspects. -- 2016. -- CDresourse. -- 4 p. Ивакин Г.Ю., Дараган М.Н., Орлюк М.И. и др. Геофизические и археологические исследования Хотовского городища скифской эпохи // АВУ 2004 р. -- К., 2005. -- С. 400--406.

4. Манштейн Э. Утерянные победы. Воспоминания фельдмаршала. -- М., 2009. -- 289 c.

5. Петровська Є.О. Ранньоскіфські пам'ятки на південній околиці Києва // Археологія. -- 1970. -- Т. XXIV -- С. 129--145.

6. Євсюков Т., Опенько І. Моніторинг особливо цінних земель із застосуванням технологій ДЗЗ та ГІС // Вісник Львівського національного аграрного університету. Сер: Економіка АПК. -- 2013. -- № 20 (2). -- С. 231--242.

7. КоробовД.С. Современные подходы в полевой археологии // Междисциплинарная интеграция в археологии (по материалам лекций для аспирантов и молодых сотрудников). -- М., 2016. -- С. 312--342. Максимов Е.В., Петровская Е.А. Древности скифского времени Киевского Поднепровья. --Полтава, 2008. -- 126 с.

8. Ковпаненко Г.Т., Бессонова С.С., Скорый С.А. Памятники скифской эпохи Днепровского Лесостепного Правобережья (КиевоЧеркасский регион). -- К., 1989. -- 336 с.

9. Покровська Є.Ф. Хотівське городище // АП УРСР. -- 1952. -- Т. IV. -- С. 12--20.

Размещено на Allbest.ru