|
РусАрх |
Электронная научная библиотека по истории древнерусской архитектуры
|
Источник: Гинодман А.Г., Голосов В.П., Гранит Б.А. Обнаружение археологических объектов сейсмическим методом. Все права сохранены.
Материал предоставлен библиотеке «РусАрх» А.Г. Гинодманом. Все права сохранены.
Размещение в библиотеке «РусАрх»: 2014 г.
А.Г. Гинодман, В.П. Голосов, Б.А. Гранит
Обнаружение археологических объектов сейсмическим методом
Геофизические методы, в частности, сейсмические, успешно применяются при изучении подземных частей различных объектов. При этом исключаются какие-либо земляные, буровые и другие подобного вида работы, нарушающие целостность вмещающей среды, т.е. метод является экологически “чистым”.
Поскольку объекты исследований находятся, как правило, на небольших глубинах ( единицы или первые десятки метров ), в сейсморазведке чаще всего используются поверхностные волны, хотя хорошие результаты могут быть получены также при использовании объемных ( отраженных ) волн. Сейсмические колебания генерируются ударами молота по поверхности земли, накапливаются для повышения помехоустойчивости, затем регистрируются цифровыми сейсмостанциями.
Общий признак проявления неоднородности при пересечении ее сейсмическим профилем - резкое ослабление волн при встрече с преградой, главным образом, за счет отражения от ее поверхности. На рис.1 приведены примеры волновых картин при пересечении заглубленной преграды - остатков фундамента ( рис.1,а ) и коллектора на глубине 1,5 - 2м (рис.1,б ). В первом случае наблюдается практически полное экранирование поверхностных волн преградой, точность обнаружения ее кромки определяется расстоянием между сейсмоприемниками и, как правило, составляет 0,5 - 1м. Аналогичную картину мы наблюдаем и в случае пересечения заглубленного коллектора; при этом на удалении 4 - 5м от "мертвой" зоны за счет дифракции при сравнительно небольшом размере преграды восстанавливается регистрация поверхностной волны.
Эффект экранирования сейсмических волн различного рода преградами использовался нами при изучении 3-х объектов:
1.Подземных коллекторов на территории Б.Эрмитажа ( С.-Петербург );
2.Подземной полости на территории Вознесенского монастыря (г.Александров);
3.Опорной стены у Покровского собора ( Храма Василия Блаженного ).
1. Исследования на территории Б.Эрмитажа для уточнения положения в плане сети дренажных труб XVIII века.
Здание Зимнего дворца, в пределах которого расположен комплекс музеев Б.Эрмитажа, испытывает проблемы, связанные с неглубоким и часто меняющимся уровнем грунтовых вод ( УГВ ).
Положение УГВ регулировалось с помощью дренажного коллектора, часть которого в плане показана на рис.2. Коллектор расположен во внутреннем Большом дворе и представляет собой систему труб и колодцев кирпичной кладки диаметром около 1м. В отдельных раскопах обращает на себя внимание идеальная цилиндрических форма труб, построенных в XVIII веке.
Трубы выводились за пределы здания в Неву и Зимнюю канавку; на них были установлены домкраты, которые опускали, либо поднимали заслонки в зависимости от уровня воды в Неве, поддерживая тем самым постоянный УГВ на территории дворца. В настоящее время эти регуляторы отсутствуют.
Точное положение дренажных труб было утеряно, известно было их примерное расположение. Для ремонта системы потребовалось уточнить положение труб в плане. С этой целью отрабатывалась сеть сейсмических профилей ( рис.2 ), шаг между сейсмоприемниками составлял 1м, между пунктами возбуждения – 4м.
Характер зарегистрированной волновой картины аналогичен той, которая приведена на рис.1,б. Уточненное положение коллектора показано на рис.2.
2.Геофизические работы на территории Вознесенского монастыря в г.Александров ( в связи с поисками библиотеки Ивана IV ).
Библиотека Ивана Грозного на протяжении многих лет являлась объектом пристального внимания. Неоднократно появлялись, а затем исчезали сведения о библиотеке ( в том числе описей ), предполагалось, что она представляла бы огромную ценность в случае ее обнаружения .
Документально известные работы по поиску библиотеки относятся к 1724 году; существует большая библиография исследований на эту тему. География поисков обширна: Московский Кремль, Александров, Вологда, Рязань. Главным объектом исследований, естественно, был Московский Кремль, большое внимание уделялось также кремлю в г.Александров, в пределах которого расположен Вознесенский монастырь. Среди книг, унаследованных от Софьи Палеолог, могли быть греческие пергаменты, латинские хронографы, древнееврейские манускрипты. Библиотека таинственно исчезла. Возможно, след ее обрывается именно в Александровской Слободе. Здесь в течение многих лет ( с 1564 по 1582г ) была резиденция Ивана IV, это место стало одним из крупнейших политических и культурных центров России; в 1578г здесь была основана первая на Руси типография.
Несмотря на неудачи, интерес к библиотеке не угасал. Это видно хотя бы из того, что в 90-е годы ХХ века, по инициативе мэрии Москвы, поиски были продолжены, в том числе и в г. Александров. Была принята версия о том, что библиотеку ( “Либерию” ) Иван Грозный увез в Александровскую слободу, где он провел, как отмечалось, значительную часть времени своего царствования. Я.Стеллецкий, занимавшийся поисками в течение многих лет, считал, что в слободе могла находиться часть “Либерии”, своеобразный “походный филиал” библиотеки.
Описываемые ниже сейсмические исследования были сосредоточены на территории Вознесенского монастыря, одной из самых старых построек в г.Александров. Работы проводились с применением современной аппаратуры, методики полевых работ и обработки на ЭВМ, с использованием волн разных классов (продольных и поперечных). На прилегающей к монастырю территории было обнаружено несколько аномалий, характерных для плотных включений, по всей вероятности, остатки фундаментов домов. Определено также положение уровня грунтовых вод ( УГВ ), которое было учтено при последующих работах.
Наиболее интересные результаты получены при изучении подвального помещения церкви Покрова. Эта церковь – одно из самых чтимых Иваном IV мест, где он “многими часами творил молитвы и размышлял о судьбах вверенного ему государства”.
План подвального помещения церкви показан на рис.3. Помещение разделено на 2 части массивной кирпичной перегородкой с аркой в центре. Пол сложен из грубообработанных блоков белого камня.
Сейсмоприемники располагались вдоль профиля длиной 12м (рис.3) на специальных подставках с интервалом 0,3м, пункты возбуждения ( ПВ, вертикальные удары) перемещались вдоль профиля с шагом 1,5м. Из-за малых размеров помещения ( 8 х 12м ) исследования возможно было проводить только с использованием поверхностных волн. Предстояло обнаружить на сейсмограммах участки с аномальной структурой волнового поля, связанного, в свою очередь, с возможными аномальными объектами под полом погреба.
Результаты работ указывают на то, что непосредственно у поперечной перегородки со стороны большого зала под каменным полом на глубине от 2 до 3-4м возможно наличие полости ( камеры ) шириной не менее 1 – 1,5м ( рис.3 ).
Ниже приведены сейсмические материалы, подтверждающие сделанные выводы. На сейсмограмме ( рис.4 ) вверху обозначены номера трасс, следующие, как отмечалось выше, с интервалом 0,3м; слева видна шкала времен в миллисекундах. На сейсмограмме отчетливо видны оси синфазности поверхностных волн, распространяющихся в сторону больших пикетов со скоростью около 300 м/с.
На рис.4 сейсмограмма с записью продольных волн при ПВ5 пересекает в средней части ( трасса 25 ) центральную перегородку. Именно на этом пикете наблюдается резкое, на порядок, уменьшение амплитуд записи. Столь резкое затухание амплитуд свидетельствует о том, что на пути волн возникает преграда, т.е перегородка опирается не на пол, а уходит на глубину не менее чем на 2-4м.
Само по себе уменьшение амплитуд волн при встрече с “жесткой” преградой является нормальным явлением, отмеченным выше ( рис.1 ). Однако, в рассматриваемом случае необычным является превращение регулярной записи в нерегулярную, хаотическую на определенном участке профиля, расположенном у перегородки ( трассы 22-25, заключенные в прямоугольник на рис.4 – при ПВ5, а также при ПВ1- внизу справа ); положение аномального участка в плане показано на рис.3.
Превращение регулярной записи на каком-то участке в нерегулярную, хаотическую указывает на то, что на этом участке лучи волн пересекают некую неоднородность, в данном случае – полость, камеру, заполненную каким-то неоднородным материалом. Т.е. можно предположить, что здесь имеются 2 преграды. Основная ( продолжение перегородки вниз, под пол ), о которой говорилось выше (трасса 24); она полностью экранирует всю поступающую к ней энергию. Перед ней может находиться неоднородность, которая пропускает лучи, но нарушает их регулярность, делает запись хаотической, рассеивает энергию. Таким образом, есть основания полагать, что объем полости неоднороден по физическим свойствам, он содержит какие-то включения.
Сейсмическими наблюдениями на поверхности земли вблизи церкви с помощью отраженных волн была определена глубина залегания уровня грунтовых волн ( УГВ ), равная 22м. Столь большая глубина УГВ объясняется тем, что монастырь расположен на высоком холме, в подошве которого протекает река. Простыми подсчетами можно установить, что при глубине от поверхности земли до пола подвального помещения, равного примерно 5м, и глубине полости еще 3-5м – расстояние от ее дна до уровня грунтовых вод превышает 10-12м; это может обеспечить достаточно сухой микроклимат в полости.
Для более детального изучения выявленной камеры желательно провести наблюдения как минимум еще на 3 – 4 профилях, положение которых показано на рис.3. В случае положительных результатов, т.е. таких, которые были получены на отработанном профиле, представляется целесообразным вскрытие полости.
3. Некоторые результаты сейсморазведочных работ на Васильевском спуске у храма Василия Блаженного.
Коллектив геофизиков, проводивший исследования карстово-суффозионной опасности сейсмическими методами в Московском регионе, предпринял попытку провести такие исследования вблизи храма Василия Блаженного. Однако, выполнить работы по принятой методике многоволновой сейсморазведки не удалось: возбуждение поперечных волн горизонтальными воздействиями на брусчатке технически оказалось сложным; ограничились продольными волнами ( возбуждение которых производится вертикальными ударами ).
Наблюдения проводились на профиле длиной 200м, проходящем вдоль ограды храма в направлении р.Москвы. Применялся метод многократных перекрытий с регистрацией как поверхностных, так и отраженных волн.
По характеру волнового поля в пределах профиля выделяются 3 зоны ( рис.5,а ):
первая зона – интервал пк 25 – 115,
вторая зона – интервал пк 115 – 150,
третья зона – от пк 150 до конца профиля.
На рис.6 представлена сейсмограмма расстановки длиной 46м, которая пересекает в средней своей части границу между 1-ой и 2-ой зонами; левее этой границы фиксируется “нормальное” волновое поле: преломленная на кровле коренных пород волна t1 со скоростью V1 = 300м/с и поверхностная волна Релея ( R ) с VR = 140 м/c. В правой половине сейсмограммы скорости указанных волн резко, в 3 – 4 раза, возрастают: V1 = 1100 м/c, VR = 550 м/c. На границе зоны раздела ( пк 115 ) образуется отраженная поверхностная волна от субвертикального контакта.
В 3-ей зоне, т.е. от пк 150 и до конца профиля волновое поле восстанавливается, т.е. становится похожим на начальную часть профиля ( 1-ю зону ).
Результаты, полученные по поверхностным волнам, дополняются данными по отраженным волнам. На сейсмическом разрезе (рис.5,б) четко проявляется “жесткое” тело вблизи храма, в пределах которого полностью отсутствует какая-либо сейсмическая запись. Четкость фиксации этого тела обусловлена способом обработки материалов, а именно, суммированием по общей точке приема (ОТП). При таком способе обработки в точки приема на поверхности земли не попадают лучи отраженных волн, встретившие на своем пути инородное тело ( эффект экранирования ); соответствующие точки приема оказываются “слепыми”. За пределами жесткого тела отраженные волны формируют нормальные сейсмические горизонты ( рис.5,б ).
По совокупности описанных выше характеристик волнового поля строение среды может быть охарактеризовано следующим образом ( рис.5,6 ). На участке от начала профиля до пк115 имеет место “нормальный” геологический разрез, сложенный в верхней 15 – 20 – метровой части песчано-глинистыми породами. На участке пк 115 – 145 фиксируется некое “жесткое” тело, обладающее резко контрастными границами с вмещающей средой: на пк115 образуется четкая отраженная поверхностная волна, далее волны становятся высокочастотными и высокоскоростными, а с пк145 волновое поле “восстанавливается”. По обе стороны от этой зоны фиксируются спокойно залегающие сейсмические границы: верхняя, на времени около 70-80 мс ( на глубине 15-20 м ), приурочена к уровню грунтовых вод ( УГВ ); граница испытывает погружение под зданием храма, что может быть обусловлено процессами суффозии ( т.е. переносом частиц породы из верхних интервалов разреза к нижним ).
Большой интерес представляет природа “слепой” зоны на сейсмическом разрезе. По нашим представлениям она связана с массивным твердым телом, предположительно каменной кладкой, несколько эродированной ( судя по скоростям волн ) в верхней своей части.
Толщина стены по данным сейсморазведки составляет примерно 30м ( рис.5 ), глубина верхней кромки от поверхности – 2– 4м. Положение нижней кромки не определено, однако по косвенным признакам, таким, как особенности распространения поверхностных волн, глубина ее составляет не менее 5м от верхней кромки.
Описанное массивное тело, возможно, выполняет роль опорной стены для фундамента храма со стороны крутого склона Васильевского спуска. Если предположение справедливо, то это фортификационное сооружение XVI века практически исключает “сползание” Храма по крутому склону Васильевского спуска в сторону р.Москвы.
Все материалы библиотеки охраняются авторским правом и являются интеллектуальной собственностью их авторов.
Все материалы библиотеки получены из общедоступных источников либо непосредственно от их авторов.
Размещение материалов в библиотеке является их цитированием в целях обеспечения сохранности и доступности научной информации, а не перепечаткой либо воспроизведением в какой-либо иной форме.
Любое использование материалов библиотеки без ссылки на их авторов, источники и библиотеку запрещено.
Запрещено использование материалов библиотеки в коммерческих целях.
Учредитель и хранитель библиотеки «РусАрх»,
академик Российской академии художеств
Сергей Вольфгангович Заграевский