В.А. Шевченко

Магниторазведка, или магнитометрия – один из методов разведочной геофизики, позволяющий проводить неинвазивное изучение строения Земли. Основная область применения – геологоразведочные работы и региональное изучение геологического строения, также метод используется при решении археологических, инженерных, технических и других задач.

Первое применение геофизических методов при изучении объектов культурного наследия произошло в 1946 г. (метод сопротивлений). Первое применение магниторазведки в археологических целях относится к концу 1950-х гг. прошлого века, наиболее активный этап начинается с 1990-х гг. За эти 40 лет были сделаны важные шаги в вопросах разработки аппаратуры, развития методик измерения, обработки и интерпретации результатов [1]. Метод активно развивался в европейских странах, США; работали над ним и советские геофизики [2].

Магниторазведка основывается на измерении суммарного магнитного поля Земли. Помимо глубинных объектов, таких как ядро Земли, на результаты измерений оказывают влияние и приповерхностные объекты. Степень влияния того или иного объекта на магнитное поле определяется его физическими свойствами и контрастностью этих свойств по отношению к вмещающей среде. Чаще всего «магнитность» вещества описывают через магнитную восприимчивость κ (рис. 1). Для измерения κ в полевых условиях применяют специальные приборы – каппаметры. Приводится магнитная восприимчивость, как правило, в 10-5 ед. СИ. Наиболее часто магнитные свойства проявляют некоторые окислы железа, например магнетит (FeO∙Fe2O3). В естественном состоянии железо распределено в земной коре и составляет около 5% её массы. При этом в почвах и некоторых горных породах (например, в глинах) железо содержится в виде немагнитных соединений. Большинство магматических и метаморфических горных пород содержит то или иное количество магнитных соединений железа.

С точки зрения археологии наиболее интересно влияние человеческой деятельности на магнитную восприимчивость различных грунтов. Здесь важно отметить, что при поступлении энергии извне немагнитные гидроокислы железа способны переходить в магнитные соединения. Такой процесс происходит, например, при обжиге глин, что обусловливает значительную магнитную восприимчивость кирпича и керамики. Аналогичные преобразования происходят при готовке, обогреве жилища и прочих бытовых делах. Менее очевидным проявлением описанного механизма является повышение магнитной восприимчивости в результате гниения, сопряжённого с выделением тепла, и других процессов почвообразования, что объясняет повышенную магнитную восприимчивость почв. Помимо процессов, связанных с преобразованием вещества, важную роль играет и перенос. Так, локальное понижение рельефа со временем будет заполняться почвенными частичками, что приведёт к повышению магнитной восприимчивости на этом участке.

Рис. 1 Магнитная восприимчивость различных веществ [3]

Аномальный эффект от почвенных неоднородностей может достигать 20 нТл, обожжённые объекты (такие как печи) могут формировать аномалии до 1000 нТл, а железные предметы и шлаки – до 2000 нТл [3]. Аномальный эффект от конкретного объекта определяется контрастностью его магнитной восприимчивости по сравнению с вмещающей средой, размерами и глубиной залегания. Если размер связан с амплитудой линейно, то глубина влияет чуть более сложным образом – приповерхностные объекты имеют большую амплитуду, но маленькую ширину, глубинные – наоборот.

Форма аномалий может быть различной. Аномалия от точечного источника имеет форму диполя, отрицательный полюс которого направлен на магнитный север, а положительный – на юг. Не вдаваясь в подробности, отметим, что подобная конфигурация может быть осложнена остаточной намагниченностью. С другой стороны, объекты сложных форм могут формировать столь же разнообразные аномалии, вплоть до взаимной компенсации аномального эффекта и отсутствия явно выраженной аномалии.

Исходя из вышесказанного, можно в первом приближении сформировать перечень объектов, хорошо подходящих для выявления магниторазведкой:

  • Печи, горны, объекты производства
  • Фундаменты и фрагменты сооружений, инфраструктура
  • Ямы, рвы, колодцы и иные почвенные неоднородности
  • Достаточно крупные полости

Другими словами, магниторазведка находит своё применение, как в поселенческой, так и в погребальной археологии. При анализе результатов магниторазведочных работ важно понимать, что магнитное поле не отражает в явном виде информации о составе или форме аномалообразующего объекта: подобные заключения есть результаты интерпретации, и редко бывают однозначны. Основными помехами для магниторазведки являются всевозможные металлические объекты (автомобили, заборы, сооружения и т.д.), линии электропередач, подземные коммуникации и т.д., что существенно снижает эффективность магниторазведки, например в городских условиях.

Прогнозирование эффективности магниторазведки на том или ином памятнике – задача неоднозначная, лучше всего при подобных оценках ориентироваться на предшествующие или аналогичные работы. При их отсутствии возможно проведение моделирования, успешность которого напрямую зависит от полноты априорной информации.

Список литературы:

1. Herbich T.(2015). Magnetic prospecting in archaeological research: a historical outline. Archaeologia Polona, 53, 21–68. 

2. Франтов Г.С., Пинкевич А.А.Геофизика в археологии // Л.: «Недра». 1966. 212 с.

3. Восс О., Мельников А.В., Смекалова Т.Н. Магнитная разведка в археологии. 12 лет применения Оверхаузеровского градиентометра GSM-19WG, ред.: Беван Б.В., Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, 2007 г., 73 стр.