Geofizyczne metody prospekcji.doc

Natalia Bawolak

I rok, grupa 1

Geofizyczne  metody prospekcji archeologicznej

Opierają się na różnicach w przewodnictwie prądu elektrycznego i natężenia pola magnetycznego między danym obiektem archeologicznym a jego otoczeniem.

Dzieli się je na  :

1) pasywne - tylko rejestrują zmiany parametrów np. metoda magnetyczna i grawimetryczna

2) aktywne - wywołują zmiany np. elektrooporowa, elektromagnetyczna i sejsmiczna

Zostały zapożyczone z geologii i wymagają stosowania specjalistycznego sprzętu. Odczyt i interpretacja wyników  muszą być dokonywane przez fachowców. Sprawia to, że są drogie, ale często sprawdzają sie podczas badań. Należą do niedestrukcyjnych metod prospekcji, co jest dużą zaletą przy badaniach.

Metoda elektrooporowa

Była pierwszą metodą geofizyczną użytą w archeologii. Wymaga dużej ilości pomiarów, aby uzyskać dokładny obraz danego stanowiska. Z jej pomocą rejestruje się zmiany oporności gruntu dzięki temu, że warstwy geologiczne w różnym stopniu przewodzą prąd elektryczny. Intensywność przewodzenia i oporu gruntu zależy od rodzaju gleby, skał i rozkładu wilgotności (im większa wilgotność, tym mniejszy jest opór). Jeśli w ziemi znajduje się obiekt, to zaburza rozmieszczenie oporności i może być wykryty. Obiekty o większej oporności niż otoczenie powodują powstanie anomalii dodatniej. Są to np. kamienne mury, fundamenty i  puste przestrzenie. Anomalia ujemna występuje, gdy mają niższą oporność np. rowy, jamy, fosy, pogorzeliska i pozostałości palenisk i ognisk. Pomiar rezystancji polega na wbijaniu zespołu elektrod w ziemię, a urządzenie pomiarowe samo wyznacza punkt pomiaru na mapie, rejestruje i zapamiętuje wynik, a po serii pomiarów tworzy też mapę z zaznaczonymi wynikami. Jej dokładność zależy od zagęszczenia punktów pomiarowych i doświadczenia osoby dokonującej badania.

Metoda elektrooporowa pozwala na lokalizowanie pozostałości architektonicznych, rowów, jam, ziemianek i  konstrukcji ziemno- drewnianych oraz na określanie układu warstw geologicznych, zasięgu stanowiska i występowania złóż surowców mineralnych. Zastosowana w zamkniętych pomieszczeniach służy do wykrywania fundamentów, piwnic i innych pozostałości po wcześniejszej zabudowie. Wyniki pomiarów zależą od warunków klimatycznych, dlatego  trzeba dostosować odpowiednio czas prowadzenia badań. Nie powinno się ich organizować w czasie deszczu i zaraz po nim z powodu zbyt dużej wilgotności gruntu. Zaburzenia w rozkładzie oporności powodują naturalne uskoki, pęknięcia warstw i występowanie osadów mineralnych oraz sieci przesyłowe np. energetyczne. Odczyty i interpretacje wyników są skomplikowane, dlatego powinni zajmować się tym specjaliści. Do pomiarów stosuje się najczęściej dwie techniki :

1)      Profilowania geoelektryczne elektrooporowe- wyniki przedstawia się w formie kolorowych map  lub  planów w odcieniach szarości oraz jako zestaw map, które pokazują rozkład oporności na różnych głębokościach

2)      Sondowania geoelektryczne elektrooporowe- wyniki w postaci map izolinii lub przekrojów geoelektrycznych

Metoda magnetyczna

Jej działanie polega na wyszukiwaniu obiektów, które wytwarzają anomalie magnetyczne, które są różnicą między średnim natężeniem ziemskiego pola magnetycznego na określonym terenie a jego wielkością w danym punkcie. Zaburzenia magnetyczne powodują głównie :

1)      Skupiska ferromagnetyków (ciała mające obszary stałego namagnesowania, przez co działają jak małe magnesy) np. żelazne przedmioty, piece hutnicze

2)      Substancje z termiczną magnetyzacją szczątkową, czyli z utrwalonymi liniami sił pola magnetycznego.  To pole różni się od dzisiejszego i daje to możliwość wykrycia anomalii, jakie tworzą np. paleniska z przepalona gliną, piece garncarskie, skupiska ceramiki, konstrukcje z wypalonej cegły.

3)      Substancje o różnej podatności magnetycznej, czyli zdolności do zmian namagnesowania pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Dzięki temu powstają dodatnie anomalie np. wypełniska jam i rowów oraz ujemne np. kamienne mury.  Obiekty tworzą kontrast z otoczeniem.

Wielkość zaburzenia  i jego rodzaj zależy od głębokości zalegania obiektów.

Często używa się w czasie badań magnetometru protonowego, który szybko i łatwo dokonuje pomiarów. Może on ulegać zakłóceniom powodowanym przez  Słońce, trakcje elektryczne, sieci wodociągowe, gazowe, ruch pociągów i samochodów (do 500 m odległości).  Aby zmniejszyć błędy pomiarowe stosuje się dwa urządzenia na raz. Używane są też gradientometry typu „flaxgate” i magnetometry „pompowane optycznie”. Dobre wyniki uzyskiwane są tylko do głębokości jednego metra. Negatywny wpływ na pomiary mogą mieć występujące płytko pod ziemia rudy żelaza  lub bakterie produkujące maghemit.

Metoda magnetyczna pomaga także w badaniu terenów zalesionych i łąk. Uzyskane wyniki przedstawiane są jako mapy izolinii lub plany w różnych odcieniach szarości.

Metoda elektromagnetyczna

Powstała z połączenia metod elektrooporowej i magnetycznej. Składa się na nią kilka technik takich jak :

1)      Elektromagnetyczny pomiar przewodności gruntu- wzbudza się pole elektromagnetyczne, które tworzy w glebie prąd elektryczny, a urządzenie pomiarowe rejestruje przewodność gruntu. Zasięg tej prospekcji wynosi od 1 do kilku metrów.

Metoda jest skuteczna tylko przy badaniu stanowisk jednowarstwowych. Wyniki dotyczą tylko położenia obiektu bez określonej głębokości, na której zalega. Najczęściej stosuje się tą metodę do poszukiwania dużych obiektów np. dróg, wypełnisk rowów, palenisk i skupisk ceramiki. Pozwala też na zlokalizowanie pustych przestrzeni w warstwach ziemi i jej zmian chemicznych oraz na określenie zasięgu stanowiska. Aparatura pomiarowa nie musi stykać się z gruntem, ale jest bardzo podatna na zakłócenia ze strony budynków, linii energetycznych i przepalonych współczesnych obiektów. Wyniki przedstawia się też w postaci map izolinii lub cieniowanych szara barwą.

2)      Metoda radiowa (VLF)- opiera się na sygnale emitowanym przez stacje radiowe (fale ultradługie VLF w paśmie 10-50 kHz). Analiza tego sygnału pozwala odczytać zmiany oporności w warstwach gleby. Przydaje się w poszukiwaniu dawnej architektury i dróg.

3)      Metoda radarowa GPR- Urządzenie emituje energię elektromagnetyczną jako drgania fali, która przechodząc przez warstwy ulega odkształceniom. Odbiorniki rejestrują echo i porównują z wysłanym sygnałem. Uzyskuje się obraz warstw geologicznych. Jednak często jest on trudny w interpretacji i bardzo złożony.

4)      Wykrywacze metali- emitują zmienne pole elektromagnetyczne generowane prądem elektrycznym. Pole wzbudza w metalowych przedmiotach prądy wirowe, które powodują anomalie. Wykrywacze rejestrują te zakłócenia, co  pozwala odnaleźć dany obiekt. Zasięg działania wynosi tylko 0,5- 1 m. Można za ich pomocą odkryć też skupiska ceramiki, paleniska, piece, jamy, rowy i ściany. W archeologii stosuje się wykrywacze głównie w czasie ratowniczych prac wykopaliskowych.

Metoda sejsmiczna

Polega na wywoływaniu fal sejsmicznych i rejestrowaniu czasu ich rozchodzenia, odkształceń i przebiegu. Daje to możliwość zlokalizowania przeszkód takich jak puste przestrzenie, uskoki i warstwy o innej sprężystości. Fale tworzy się uderzając młotem o wadze 10- 20 kg w metalowe płyty. Informacje rejestrują geofony połączone z sejsmografem i ułożone wzdłuż linii profilowych. Wyniki badań prezentowane są w formie wykresów czasu odbioru sygnału. 

Metoda sejsmiczna jest najrzadziej stosowana w archeologii, ale przydaje się przy poszukiwaniu murów, fundamentów, piwnic, bruków, szybów, chodników i sztolni kopalnianych.

Metoda grawimetryczna

Opiera się na mierzeniu zmian przyspieszenia ziemskiego, co daje możliwość lokalizowania obiektów powodujących te zmiany. Pomiary są robione w obrębie odpowiedniej siatki w odniesieniu do stałego punktu obserwacji. Dane muszą być też poddane korelacji. Metoda nadaje się jedynie do lokalizowania pustych przestrzeni pod powierzchnia gruntu. Stosuje się ja rzadko z powodu małej wiarygodności i trudnej interpretacji wyników.