Применение геофизических методов для оценки структуры и границ укрепленных поселений

Журбин И.В.

(Физико-технический институт УрО РАН, Ижевск) ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТРУКТУРЫ И ГРАНИЦ УКРЕПЛЕННЫХ ПОСЕЛЕНИЙ*

*Исследования выполняются при финансовой поддержке РФФИ, грант 11-06-00213а

Ключевые слова: Геофизика, городище, границы и структура поселения, оборонительные сооружения.

Междисциплинарное изучение оборонительных сооружений средневековых городищ Иднакар, Учкакар, Гурьякар, Садейкар и Рождественского позволило восстановить изменение конфигурации поселений.

Zhurbin I.V. (Izhevsk) APPLICATION OF GEOPHYSICAL METHODS TO THE ESTIMATION OF STRUCTURE AND BORDERS OF FORTIFIED SETTLEMENTS

Key words: Geophysics, ancient settlement site, settlement boundaries and structure, fortified constructions

Interdisciplinary study of fortifies constructions of medieval sites of the ancient settlements of Idnakar, Uchkakar, Guryakar, Sadeykar and Rozhdestvenskoe has allowed to reconstruct the changes in the settlements ' configuration.

Реконструкция процессов развития древних поселений невозможна без всестороннего изучения системы обороны. Информация о расположении линий укреплений и параметрах оборонительных сооружений (форма, размеры, технология возведения и пр.) является основой для определения границ поселений, изучения планировочной структуры в целом, а также конфигурации и относительной хронологии формирования их структурных частей.

Очевидны две основные проблемы, возникающие при изучении системы укреплений. В первую очередь - существенные трудозатраты раскопок оборонительных сооружений. Следовательно, изучение традиционными археологическими методами каждой линии обороны по всей длине практически невыполнимо. Вероятно, поэтому специальные исследования системы укреплений являются, скорее, исключением, чем правилом, а информация об оборонительных сооружениях приводится по единичным разрезам. Вторая проблема связана с тем, что некоторые линии укреплений разрушены в древности или практически уничтожены в результате поздней хозяйственной деятельности. Указанные обстоятельства определяют необходимость использования геофизических методов для предварительного поиска оборонительных сооружений.

В практике применения геофизических методов при изучении объектов историко-культурного наследия выразительные результаты получены при выявлении погребенных остатков каменных конструкций: фундаментов башен и стен, подземных ходов и других элементов фортификационных сооружений

(Слепак и др., 2004; Слукин, 1988; Эпельбаум и др., 2006). Учитывая высокую контрастность физических свойств камня по отношению к грунту, используется практически весь спектр геофизических методов: электроразведка, магниторазведка, сейсморазведка, георадарная съемка и пр. Исследования земляных оборонительных сооружений в большинстве случаев направлены на выявление линий укреплений, которые визуально не прослеживаются, например, засыпанные рвы и сглаженные распашкой валы (Домбровский и др., 1962; Молодин и др., 2004, с.264-266; Скакун, Тарасов, 2000; Тибелиус, 1995). Спектр используемых геофизических методов не так широк: магниторазведка, электроразведка и высокочастотное электромагнитное зондирование. В некоторых случаях применение различных модификаций электроразведки позволило восстановить форму сохранившейся части укреплений, их структуру и оценить состав грунтов (Бобачев и др., 2006; Дьяченко и др., 1999; Станюкович, 1997, с.24-25).

Отличительной чертой подхода, применяемого геофизической экспедицией Физико-технического института УрО РАН (г. Ижевск) при изучении средневековых укрепленных поселений Прикамья, является предварительная "планиграфическая" геофизическая съёмка всей вероятной территории распространения культурного слоя (площадное электропрофилирование, магниторазведка). Анализ геофизической карты позволяет предварительно определить границы поселения и его структурных частей, в общих чертах восстановить планировку и выявить "скрытые" оборонительные сооружения. Для уточнения геометрических параметров валов и рвов проводятся исследования методом электротомографии - "стратиграфическая" геофизическая съёмка. Эффективность такого подхода доказана при изучении средневековых городищ бассейна р. Чепцы (Иднакар, Учкакар, Гурьякар, Садейкар) и Рождественского городища на Верхней Каме, что позволило выявить общие тенденции и характерные особенности формирования планировочной структуры.

С точки зрения выявления границ поселений и оценки их структуры наиболее интересные результаты получены при решении следующих задач:

1) Выявление и оценка конфигурации линий оборонительных сооружений, которые были реконструированы (выровнены) в древности и в настоящее время визуально не фиксируются (внутренние линии оборонительных сооружений городищ Иднакар и Учкакар).

2) Восстановление расположения участков укреплений, уничтоженных в результате поздней хозяйственной деятельности (Рождественское городище, городища Учкакар и Гурьякар и Садейкар). Обычно такие объекты выражены в рельефе фрагментарно и неоднозначно.

3) Оценка формы, размеров и структуры сохранившихся оборонительных сооружений (Рождественское городище, городища Иднакар и Учкакар).

Выявление оборонительных сооружений, реконструированных в древности

На Солдырском I городище Иднакар IX-XШ вв., одном из наиболее крупных поселений Прикамья эпохи средневековья, визуально фиксируются два мощных вала: внешний - ограничивает территорию городища, а средний делит его на две примерно равные части. Внутренняя линия укреплений в рельефе не выражена, выявлена в результате раскопок и комплексных исследований (Иванова, 1998). Исходя из результатов археолого-геофизических исследований, можно предположить, что вал внутренней линии оборонительных сооружений представлял собой достаточно однородный массив глины длиной не менее 84 м. В целом форма вала в профиле на всем его протяжении практически неизменна:

близкая к вертикальной внутренняя сторона и пологий наружный склон. Ров практически полностью заполнен глиной, вероятно, срезанной при позднем выравнивании этой линии укреплений (Иванова и др., 2013, с.110-111, рис.3-4). Результаты геофизических исследований хорошо согласуются с археологическими данными. Как показали раскопки 1993 и 2007-2009 гг., вал имел форму трапеции шириной основания около 6 м, шириной в верхней сохранившейся части - 3,4-3,8 м, высота сохранившейся части насыпи 0,9-1,3 м. С внутренней стороны вал оставался практически вертикальным, благодаря стенкам срубов.

Аналогичная ситуация наблюдается и на другом городище чепецкой археологической культуры - Кушманском городище Учкакар 1Х-ХШ вв. Это самое западное, пограничное укрепленное поселение и центр средневекового микрорегиона. Городище расположено на правом берегу р. Чепцы, на мысу, площадка имеет подтреугольную форму. В настоящее время на поселении визуально прослеживаются две линии обороны. Анализ геофизических данных позволяет утверждать, что внутренняя часть городища, расположенная на стрелке мыса, была ограничена линией укреплений дугообразной формы длиной около 50 м, включающей вал (ширина - около 10 м, высота сохранившегося основания вала от поверхности материка - до 0,5 м) и ров (ширина 6-8 м, глубина более 1 м). Вал и ров в рельефе не выражены, но контур рва однозначно выявляется методами электроразведки и магниторазведки. Данное предположение подтверждено раскопками 2013 г.

Таким образом, междисциплинарные исследования Иднакара и Учкакара позволили получить принципиально новую информацию о планировке поселений: эти центры округи чепецкой археологической культуры имели трехчастную структуру.

Восстановление расположения участков укреплений

Геофизические исследования Рождественского городища 1Х-Х1У вв. проводились на двух разноплановых участках линии укреплений: на разрушенной части (вал срезан для прохода сельскохозяйственной техники на площадку городища) и на сохранившихся участках оборонительных сооружений (см. ниже). На разрушенном участке основание вала однозначно фиксируется на геофизической карте как линейная область низкого сопротивления. Форма и ориентация этой аномалии сопротивления соответствует общей конфигурации сохранившейся части вала городища. При этом по данным электрометрии возможна оценка расположения и размеров ядра вала: ширина глиняного основания - 10-11 м, высота сохранившегося основания вала от поверхности материка - до 0,5 м. Ров на участке исследований не выявлен, что согласуется с результатами археологических исследований (Белавин, Крыласова, 2008, с.79-82). Аналогичные результаты получены при исследовании внешней линии укреплений Кушманского городища Учкакар, где прослеживается проход между краем площадки и валом шириной около 10 м.

Площадка Гординского I городища Гурьякар 1Х-ХШ вв. много лет распахивалась, в результате чего оборонительные сооружения в рельефе практически не выражены: высота валов 0,1-0,4 м, а глубина рва в центре внешний линии (остальные рвы визуально не фиксируются) - 0,1-0,5 м (Иванов и др., 2004, с.119-120). Раскопки укреплений не проводились, следовательно, их расположение и размеры определены достаточно условно. Электрометрические исследования позволили с высокой степенью достоверности выявить три линии оборонительных сооружений. Геофизические исследования включали измерения

методом электропрофилирования, что позволило определить взаимное расположение и конфигурацию линий укреплений, а для уточнения геометрических параметров валов и рвов проводились исследования методом электротомографии. Анализ результатов комплексных электрометрических исследований позволил оценить основные геометрические параметры всех линий укреплений: ширина основания вала; высота сохранившегося основания от поверхности материка; ширина и глубина рва (см. табл.). Расстояние между внутренней и средней линией укреплений составляет около 36 м, а средней и внешней - 42 м.

Следовательно, проведенные геофизические исследования позволили не только существенно уточнить параметры каждой линии оборонительных сооружений и восстановить систему обороны городища Гурьякар в целом, но и выявить общие тенденции формирования планировочной структуры центров округи чепецкой археологической культуры (Иднакар, Гурьякар и Учкакар).

В рамках данного направления актуальна задача определения границ укрепленных поселений - выявление и оценка конфигурации внешних линий обороны, разрушенных поздней хозяйственной деятельностью. Примером успешных исследований является определение границ Заболотновского городища Садейкар. Это поселение рассматривается как памятник переходного периода двух взаимосвязанных археологических культур - поломской (У-1Х вв.) и чепецкой (1Х-ХШ вв.). Городище открыто в конце 1880-х гг. Н.Г.Первухиным, по наблюдениям которого с напольной южной стороны оно было ограничено дуговидным валом и рвом. Поверхность площадки распахивалась, в настоящее время оборонительные сооружения в рельефе не выражены, однако, их расположение и параметры определены по результатам электрометрических исследований. Длина участка укреплений, выявленного при геофизической съемке, составляет около 32 м. Комплексный анализ результатов электропрофилирования и электротомографии позволяет предположить, что ширина вала составляет 4-6 м, а высота сохранившегося основания вала от поверхности материка - до 0,5 м. Ширина рва около 6-7 м, глубина - до 1,5 м. Ров заполнен контрастным гумусированным слоем. Наличие данного объекта подтверждено археологическими данными шурфа, заложенного по геофизическим данным на границе вала и рва.

Таким образом, комплексные электрометрические исследования городища Садейкар, охватившие всю вероятную территорию распространения культурного слоя, позволили реконструировать планировку поселения и определить его границы. Полученные результаты существенно меняют сложившиеся представления об укрепленных поселениях поломской археологической культуры.

Оценка размеров и структуры оборонительных сооружений

Актуальной задачей является не только поиск оборонительных сооружений, но и их детальное изучение. Метод электротомографии принципиально позволяет восстановить форму и геометрические параметры сохранившейся части укреплений, выявить их структуру (слоистость-однородность) и оценить состав грунтов. В частности, при междисциплинарных исследованиях городища Иднакар была восстановлена структура всех трех линий оборонительных сооружений на всем их протяжении (Иванова и др., 2013). Сравнительный анализ геофизических данных и результатов раскопок позволил утверждать, что при возведении валов не было единого стандарта - каждая из линий обороны отличается по форме, составу грунтов и технологии возведения:

- внутренний вал на всем протяжении представлял собой достаточно однородный массив глины (см. выше);

- в насыпи среднего вала (без учета последующих расширений) зафиксировано не менее четырех вариантов структуры: суглинки с различными примесями, перекрытые с внешней стороны материковой глиной; песчаная основа, перекрытая суглинками и материковой глиной; суглинки (внутренняя часть) и супеси (внешний склон) с различными примесями, перекрытые с внутренней стороны материковой глиной; насыпь материковой глины;

- ядро внешнего вала состоит из суглинка с незначительными включениями гумуса, его перекрывает слой глины с мергелем. Вероятно, структура насыпи вала не изменяется на всем протяжении.

Измерения методом электротомографии по нескольким профилям на Рождественском городище (Журбин, 2012а) выявили некоторые вариации структуры насыпи вала. В целом структура насыпи вала принципиально не отличается - внешний склон состоит из материковой глины, а внутренняя часть насыпи сформирована, вероятно, суглинками с включением гумуса. При этом наблюдаются отличия с точки зрения технологии формирования. В центральной и северо-восточной частях линии укреплений первоначально было сформировано суглинистое основание, которое было перекрыто мощной насыпью из материковой глины, а в северо-западной части - фиксируется лишь отсыпка материковой глины по внешнему краю вала.

Проведены геофизические исследования двух сохранившихся линий оборонительных сооружений городища Учкакар - средней и внешней. По визуальным оценкам средний вал хорошо сохранился, очевидных нарушений нет. Длина вала по гребню составляет 98 м. Со стороны средней части городища перепад высот невелик (0,3-0,5 м), а с внешней стороны - между предполагаемым гребнем вала и дном заплывшего рва перепад составляет 2 - 2,3 м. Ров практически не выражен в рельефе, лишь ближе к краям площадки читается по понижению поверхности глубиной до 0,30 м. Измерения методом электротомографии позволяют предположить, что ширина основания среднего вала составляет 12-14 м, а ширина рва, фиксируемая на геофизических разрезах -10-12 м, а глубина - не менее 1 м (Журбин, 2012б). Контур внешней границы этого рва в плане восстановлен по данным электропрофилирования внешней части городища. Наблюдается чёткая корреляция результатов применения различных методик электроразведки, что говорит о достоверности интерпретации геофизических данных. Внешняя линия обороны: ширина основания вала - 1618 м; ров внешней линии укреплений несколько меньше: ширина - до 10 м, глубина - не менее 0,7 м. Характер изменения удельного сопротивления позволяет предположить, что насыпь валов обеих линий оборонительных сооружений сформирована из суглинков с различными примесями, перекрытых с внешней стороны материковой глиной.

В целом при геофизических и археологических исследованиях зафиксированы аналогии по структуре и форме основания валов городищ бассейна р. Чепцы (Иднакар и Учкакар) и Рождественского городища на Верхней Каме.

Анализ результатов междисциплинарных исследований средневековых городищ бассейна р. Чепцы (Иднакар, Учкакар, Гурьякар, Садейкар) и Рождественского городища на Верхней Каме показал эффективность методики восстановления формы, размеров и структуры археологических объектов по геофизическим данным. К достоинствам предложенного подхода можно отнести

возможность оперативного поиска оборонительных сооружений, не выраженных в рельефе и, следовательно, определение конфигурации и размеров поселения на различных этапах его развития. Дальнейшие исследования позволяют оценить форму и структуру укреплений, что дает возможность определения этапов и технологии их возведения. Эффективность метода основана на комплексном использовании археологических и геофизических данных.

Информация о границе распространения культурного слоя, полученная по данным малоглубинной геофизики, позволит определить зоны охраны памятника с последующей фиксацией их в землеустроительной документации, что необходимо для принятия мер по сохранению объектов историко-культурного наследия в процессе любых земляных работ и строительства. В соответствии с этим развитие специализированной естественно-научной методики исследования и сохранения памятников историко-культурного наследия на основе геофизических методов является актуальной научной и практической задачей.

Литература:

Белавин, Крыласова, 2008 - Белавин А.М., Крыласова Н.Б. Древняя Афкула: археологический комплекс у с. Рождественск. - Пермь: ПГПУ, 2008. - 603 с.

Бобачев и др., 2006 - Бобачев А.А., Горбунов А.А., Модин И.Н., Шевнин В. А. Электротомография методом сопротивлений и вызванной поляризации // Приборы и системы разведочной геофизики. 2006. - №2. - С.14-17.

Домбровский и др., 1962 - Домбровский К., Стопиньский П., Ступницкая Е. Исследование археологических памятников методом определения величины электросопротивляемости грунта // СА. - 1962. - №3. - С.105-115.

Дьяченко и др., 1999 - Дьяченко А.Г. Погорелов Ю.С., Семушев М.И. Археолого-геофизические исследования Яблоновского городища в Лесостепном Приосколье // Археология Центрального Черноземья и сопредельных территорий. Тезисы докладов научной конференции. - Липецк: Липецкий гос. пед. ин-т, 1999.

- С.159-165.

Журбин, 2012а - Журбин И.В. Геофизические исследования планировки и оборонительных сооружений Рождественского городища // Труды Камской археолого-этнографической экспедиции. Вып. VIII.: Археологические памятники Поволжья и Урала: современные исследования и проблемы сохранения и музеефикации. - Пермь: ПГПУ, 2012. - С.306-312.

Журбин, 2012б - Журбин И.В. Малоглубинная электроразведка при комплексных исследованиях средневековых поселений Прикамья (Кушманское городище) // Археология и геоинформатика. Вып. 7 [Электронный ресурс]. - М.: Институт археологии РАН, 2012. (CD-ROM).

Иванов и др., 2004 - Иванов А.Г., Иванова М.Г., Останина Т.И., Шутова Н.И. Археологическая карта северных районов Удмуртии. - Ижевск: Удмуртский ин-т истории, языка и литературы УрО РАН. 2004. - 276 с.

Иванова, 1998 - Иванова М.Г. Иднакар: Древнеудмуртское городище IX-XIII вв. - Ижевск: Удмуртский ин-т истории, языка и литературы УрО РАН,1998.

- 294 с.

Иванова и др., 2013 - Иванова М.Г., Журбин И.В., Кириллов А.Н. Оборонительные сооружения городища Иднакар: основные итоги междисциплинарных исследований // Археология, этнография и антропология Евразии. 2013. № 2(54). - С.108-119.

Молодин и др., 2004 - Молодин В.И., Парцингер Г., Гаркуша Ю.Н., Шнеевайсс Й., Гришин А.Е., Новикова О.И., Чемякина М.А., Ефремова Н.С., Марченко Ж.В., Овчаренко А.П., Рыбина Е.В., Мыльникова Л.Н., Васильев С.К., Бенеке Н., Манштейн А.К., Дядьков П.Г., Кулик Н.А. Чича - городище переходного от бронзы к железу времени в Барабинской лесостепи. Т. 2. -Новосибирск: Изд-во Ин-та археологии и этнографии СО РАН. 2004. - 336 с.

Скакун, Тарасов, 2000 - Скакун Н.Н., Тарасов В. А. Результаты применения магниторазведки и каппаметрии при исследовании поселения трипольской культуры Бодаки // Археологические вести. - СПб.: Ин-т истории материальной культуры. 2000. Вып.7. - С.60-69.

Слепак, 2004 - Слепак З.М., Нугманова Г.Г., Гилязов И.И. Прогнозирование сохранившихся остатков древних строений по данным электромагнитного зондирования территории исторического центра г. Казани // Археология и естественные науки Татарстана. - Казань: Изд-во Ин-та истории АН РТ. 2004. Кн. 2. - С.26-43.

Слукин, 1998 - Слукин В.М. Неразрушающие методы исследования памятников архитектуры. - Свердловск: Изд-во Уральского ун-та. 1988. - 220 с.

Станюкович, 1997 - Станюкович А.К. Основные методы полевой археологической геофизики // Естественно-научные методы в полевой археологии. - М.: Ин-т археологии РАН. 1997. Вып.1. - С.19-42.

Тибелиус, 1995 - Тибелиус В.Я. Результаты геофизических исследований на Аркаиме // Россия и Восток: проблемы взаимодействия: Материалы конференции. - Челябинск: Челябинский гос. ун-т. 1995. Ч. У. Кн. 2. - С.184-193.

Эпельбаум и др., 2006 - Эпельбаум Л.В., Хесин Б.Э., Иткис С.Е. Особенности геофизических исследований на археологических объектах Израиля // РА. - 2006. - №1. - С.59-70.