Археология

Құрлықтағы жарылмаған оқ-дәрілер мен әскери техниканың сынықтарын анықтауға байланысты тапсырмалар.

1. Мәселені тұжырымдау

Әдетте, «Соғыс жаңғырығы» термині жер астында немесе су қоймасының түбінде орналасқан жарылғыш заттарды (ЖЗ) білдіреді. Олар негізінен қазу және құрылыс кезінде қауіп төндіреді. Егер шындық туралы айтатын болсақ, бұл термин кеңірек мағынаға ие және тек ЖЗ ғана емес, сонымен қатар әскери техника мен оның сынықтарын, толтырылған окоптар мен блиндаждарды, қаза тапқан жауынгерлердің қалдықтарын іздеуді қамтиды. Ұрыс алаңдарында қазба жұмыстарын немесе олар айтқандай, әскери археологияны іздеу қозғалысы - бүкіл ұйымдар мен жеке энтузиастар жүргізеді (1-сурет).

1-сурет  – Қазбалар кезінде QuantumMag магнитометрін пайдалану (сол жақта), QuantumMag магнитометрінің көмегімен табылған Renault FT цистернасының мұнарасы мен шасси элементтері (оң жақта).

Мұндай іздеу объектілері Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде аумағында кең ауқымды әскери операциялар жүргізілген көптеген еуропалық елдерде жиі кездеседі. Оның үстіне бұл мәселенің күрделі екені сонша, Еуропаның көптеген елдерінде жарылмаған оқ-дәрілерді іздестірумен айналысатын арнайы қызметтер бар. Бұл қызмет түрін анықтау үшін арнайы Unexploded Ordnance (UXO) термині бар.

Геофизика тұрғысынан, бұл міндет, көп жағдайда, магниттік және электрлік қасиеттері бойынша негізгі тау жыныстарына қатысты - ерекше контрастты, көмілген металл объектілерін іздеуге келеді (2-сурет). Бұл заттардың көлемі 10-20 см-ден (кіші калибрлі артиллериялық оқ-дәрілер) бірнеше метрге (танк, ұшақтар) дейін өзгереді. Іздеу объектілерінің массасы, тиісінше, жарты килограммнан бірнеше тоннаға дейін.

2-сурет – оқ-дәрілер мен әскери техниканың фрагменттері QuantumMag магнитометрінің көмегімен 3-6 м тереңдікте табылды.

Азияда, Африкада және бірқатар Еуропа елдерінде орын алған кейінгі әскери қақтығыстар уақытынан қалған жарылғыш заттарды іздеудің өзіндік ерекшеліктері бар, өйткені іздеу объектілерінде (әдетте, жаяу әскерге қарсы миналар) көбінесе үлкен металл бөлшектері болмайды. және олардың мазмұны Жарылғыш зат пластик қабықшамен қоршалған. Осыған сәйкес геофизикалық әдістерді қолдану арқылы оларды іздеу әдістері де ерекшеленеді.

Осылайша, сіз оқ-дәрілер мен жабдықтың фрагменттерін іздеуді жоспарлайтын геофизикалық жабдықты таңдаған кезде сізде мыналар туралы ақпарат болуы керек: 

• объектінің өлшемі;

• объект құрайтын материал;

• ықтимал тереңдік.размере объекта; 

2. Объектілердің классификациясы және іздеу әдістері

Жоғарыда айтылғандай, іздеу объектілерін металдық және металл емес деп бөлуге болады, олардың іздеу технологиялары түбегейлі ерекшеленеді. Металл заттарға оқ-дәрілердің басым көпшілігі және барлық әскери техника кіреді. Сирек жағдайларды қоспағанда, біз толығымен немесе ішінара болаттан (сондай-ақ темір мен шойыннан) жасалған заттар туралы айтып отырмыз, яғни. магниттік материалдар.

Металл заттар. Жерленген металл заттарды іздеудің негізгі әдісі әртүрлі конструкциядағы металл іздегіштер болып табылады (3-сурет).

Бұл қарапайым бір жиілікті индукциялық құрылғылар немесе импульстік құрылғылар болуы мүмкін. Біріншісі (4А-сурет) жиілікті профильдеу немесе зондтау (ПС) принципіне негізделген, екіншісі өріс түзілу зондтауымен (MPP, ZSb) ұқсастық бойынша өтпелі процесті өлшеуге негізделген (4В-сурет).

4А-сурет – Индукциялық құрылғылардың жұмыс принципі

4В-сурет – Импульстік құрылғылардың жұмыс принципі

Екеуі де жиілік (FDEM) және уақыт (TDEM) доменінде жұмыс істейтін мамандандырылған электр барлау жабдықтары ретінде жіктелуі мүмкін. Бұл құрылғылар бірнеше (3-5) метр тереңдікте металл заттарды анықтауға мүмкіндік береді, бұл әдетте жарылмаған оқ-дәрілерді, жабдықтардың ұсақ фрагменттерін және басқа да металл заттарды іздеуге жеткілікті. Металл іздегіштің көмегімен 3 м-ден астам тереңдікте оқ-дәрілерді анықтау мүмкін емес.

Индукциялық металл детекторларынан сигналдың ену тереңдігі оның жиілігіне және антеннаның сезімталдығына байланысты екенін ескеру қажет. Жиілік неғұрлым төмен болса, құрылғының таратқыш катушкасынан сигнал енетін тереңдік соғұрлым үлкен болады, дегенмен құрылғының ажыратымдылығы төмендейді және өлшеу қондырғысының өлшемі айтарлықтай артады. Осылайша, терең металл детекторын қолдана отырып, сіз тереңдікте орналасқан салыстырмалы түрде үлкен объектілерді (снарядтар, бомбалар) анықтай аласыз, ал ол жер бетіне жақын орналасқан ұсақ заттарға (қораптар, фрагменттер, металл қалдықтары) сезімтал болмайды. Қазіргі заманғы құрылғылар жиі бірнеше жиілікте жұмыс істейді, бұл әртүрлі тереңдікте орналасқан объектілер туралы ақпаратты алуға мүмкіндік береді. Олар сондай-ақ объектілерді металдың түрі бойынша (қара / түсті) бөлуге қабілетті.

Уақыт доменінде жұмыс істейтін импульстік металл детекторлары әдетте индукциялық детекторларға шеше алатын тапсырмалар ауқымында ұқсас.

Уақыт пен жиілік доменінде жұмыс істейтін заманауи металл детекторларының дизайны өте күрделі болуы мүмкін. Олар әртүрлі бағыттарға бағытталған бірнеше сәуле шығарғыштар мен қабылдағыштардан тұруы мүмкін (5-сурет), бұл деректерді өңдеудің арнайы процедураларымен бірге оқ-дәрі түрін және оның орналасу тереңдігін айтарлықтай дәл анықтауға мүмкіндік береді (6-сурет).

5-сурет – Күрделі импульстік антенна (A) және оған негізделген BUD кешені (B) - Беркли университеті (Gasperikova et al. 2008)

6-сурет – BUD кешенімен алынған мәліметтер негізінде құрастырылған поляризациялық индекс мәндерінің картасы. Жарылғыш металл объектілері жоғары поляризациялық мәндерімен ерекшеленеді (Gasperikova et al. 2008)

Дегенмен, бұл құрылғылар бір бөліктен тұратын өнімдер болып табылады және тәжірибеде оператор мен процессордың жоғары біліктілігін қажет етпейтін сериялық үлгілер жиі қолданылады. Олардың көмегімен алынған деректер көбінесе объектінің өлшемі мен тереңдігін сапалы түрде бағалауға мүмкіндік береді, сонымен бірге оның орнын дәл анықтайды (күндізгі жарық бетіне проекция). Көп жағдайда бұл жеткілікті.

Ескі оқ-дәрілер мен жабдықтардың фрагменттерінің басым көпшілігі темір мен болаттан жасалғандықтан, оларды іздеудің тағы бір, өте танымал әдісі магниттік барлау екені қисынды. Оверхаузер эффектісімен жұмыс істейтін заманауи протондық магнитометрлер мен кванттық магнитометрлер ең жоғары сезімталдыққа ие, ал соңғысы өлшеу жылдамдығына да (7-сурет).

7А-сурет – Minimag Оверхаузерлі магнитометрі

7В-сурет – QuantumMag цезийлі магнитометрі 

Техникалық тұрғыдан, олар ұсақ таяз объектілерді іздеу үшін металл детекторлары ретінде де пайдаланылуы мүмкін, бірақ бұл әдетте ұтымды емес, өйткені магниттік түсіру деректерін жазу және өңдеу әдістері кәдімгі индукциялық немесе импульстік металл детекторларымен жұмыс істеген кезде қолданылатын әдістерге қарағанда күрделірек. . Дегенмен, магнитометрлер өте ықшам болғандықтан, оларды жеткілікті үлкен тереңдік магнитометрлерін пайдалану қиын болатын тар жағдайларда (тығыз бұталар) да қолдануға болады. Сонымен қатар, металл детекторлардан айырмашылығы, магнитометрлер жақсы бүйірлік сезімталдыққа ие, бұл металл заттарды іздеуді тиімдірек етеді.

Әдетте, іздеу объектілері салыстырмалы түрде үлкен және 2-3 метрден астам тереңдікте жатқан немесе металл емес, яғни металл детекторлары үшін контрастсыз болған кезде магнитометрлерді пайдалану орынды болып көрінеді.

Біріншісіне үлкен калибрлі артиллериялық снарядтар, әуе бомбалары, авиация қозғалтқыштары, танктер, автомобильдер және артиллериялық зеңбіректер жатады. Мұндай тереңдікте орналасқан нысаналарды кәдімгі металл детекторларымен анықтау қиын немесе мүмкін емес, сондықтан магнитометрия ондаған метрге дейінгі тереңдікте іздеу кезінде сұранысқа ие - бұл батпақтарды немесе су қоймаларын зерттеу кезінде өте маңызды. Металл затты анықтау қашықтығы оның өлшеміне және магниттелуіне тікелей байланысты, олар неғұрлым үлкен болса, соғұрлым ол магниттік аномалия жасайды. Сонымен қатар, магниттік маркшейдерлік пассивті барлау әдісі болып табылады, ол радио сақтандырғыштармен жабдықталған оқ-дәрілерді іздеу кезінде қауіпсіз етеді.

Екіншісіне ағаш және бетон қорапшалары, толтырылған кратерлер, траншеялар, танкке қарсы арықтар және далалық бекіністің басқа элементтері кіреді. Жағдайларға байланысты олар магнит өрісінің деңгейінің төмендеуімен де, жоғарылауымен де сипатталуы мүмкін.

0 – 5 м тереңдік диапазонында орналасқан кез келген типтегі және өлшемдегі оқ-дәрілер мен жабдықтардың фрагменттерін іздеудің тағы бір әдісі георадар (Георадар) болып табылады. Біртекті өткізбейтін орталарда, мысалы, құм, шымтезек, мұз және басқалары бар, GRL әдісінің тереңдігі айтарлықтай артып, 10 метр немесе одан да көп болуы мүмкін. Керісінше, жеткілікті түрде өткізгіш орталарда, мысалы, саз немесе саздақ, сигнал тез өшеді, ал нақты тереңдік, әдетте, бірнеше метрден аспайды (8-сурет).

8-сурет – Георадар антеннасының жиілігіне ажыратылымдығының және зерттеу тереңдігінің тәуелділігі

1-кесте. Георадар жабдығының ажыратымдылығының антенна жиілігіне тәуелділігі.

Жалпы алғанда, радардың тереңдігіне бірнеше параметрлер әсер етеді, олардың негізгілері: тау жыныстарының электр өткізгіштігі және шығарылатын электромагниттік импульстің жиілігі. Тау жыныстарының кедергісі неғұрлым төмен болса, радар шығаратын электромагниттік толқын сигналы соғұрлым тез өшеді. Импульс жиілігі неғұрлым жоғары болса, зерттеу тереңдігі соғұрлым таяз болады, бірақ ажыратымдылық соғұрлым жоғары болады

Металл детекторлары мен магнитометрлерді қолданатын түсірілім жұмыстармен салыстырғанда, Георадарлық тұсірілім жұмысы орындау және деректерді өңдеу тұрғысынан ең күрделісі болуы мүмкін (9-сурет).

9-сурет – Георадардың жұмыс принципі 

Георадар - іздеу объектісінің тереңдігі мен оның өлшемі туралы жеткілікті дәл ақпарат алуға мүмкіндік береді, бұл ретте нысан металл болуы міндетті емес, бірақ қоршаған ортамен қарама-қайшы келетін диэлектрлік тұрақтыға ие болуы керек. Металл емес объектілерді іздеу үшін (мысалы, пластикалық қораптағы миналар) тізімделген әдістердің ішінде ең қолайлысы жерге енетін радиолокациялық зерттеу болып табылады. Сондай-ақ, радар кейде жер асты құрылымдарын анықтауда өте тиімді. Георадар кемшіліктеріне неғұрлым күрделі әдістер мен деректерді өңдеу, жабдықтың салыстырмалы түрде жоғары құны (әсіресе бірнеше антеннасы бар жинақ) және әдіс белсенді және қазіргі заманғы оқ-дәрілердің электронды сақтандырғыштарын іске қосуы мүмкін. Радарограммаларды сандық өңдеу үшін Georadar-Expert сияқты мамандандырылған бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалану қажет, сонымен қатар геофизика саласында тиісті білім мен дағдыларға ие болу керек.

Негізгі тау жыныстарына қатысты электрлік қасиеттерінде айқын қарама-қайшы келетін үлкен металл объектілерін іздеу үшін электромагниттік барлау әдістерінен басқа, кедергі әдістерін де қолдануға болады, мысалы, электрлік томография (ЭТ) және симметриялы қондырғымен электрлік профильдеу. (ЭП-СП). Бұл әдістер өлшемі бір метрден аз объектілерді іздеу кезінде тиімсіз. Сонымен қатар, мұндай жұмыс өте көп еңбекті қажет етеді және деректерді өңдеу үшін білікті қызметкерлерді талап етеді, сондықтан нақты жағдайларда іздеу мәселелерін шешу кезінде қарсылық әдістері өте сирек қолданылады. Электрлік томография жерасты құрылыстарын іздеу мәселесін сәтті шеше алатынын атап өткен жөн.

Металл емес заттар. Бұл нысанның түрі жарылмаған оқ-дәрілерді іздеу мәселелерін шешу кезінде өте сирек кездеседі. Мұндай объектілерді (көбінесе бұл ағаш немесе пластик қабықтағы миналар) анықтау өте қиын. Бәлкім, оларды анықтаудың оңтайлы геофизикалық әдісі георадиолокация болып табылады, дегенмен іздестіру объектілерінің ерекшелігіне байланысты жердегі енетін радиолокацияны пайдалану оқ-дәрілерді жару мүмкіндігімен қиындайды. Минаны анықтаудың заманауи жүйелері индукциялық немесе импульстік металл детектордан басқа, 1 м-ге дейінгі тереңдікте орналасқан объектілерді анықтауға арналған орнатылған жоғары жиілікті (1000 МГц-тен астам) жерге енетін радарды қамтуы мүмкін, мысалы: Logis-Geotech фирмасының ОКО-3 георадар іздеу жинағы сияқты (10-сурет).

10-сурет – OKO георадар іздеу жинағы

3. Жабдықтар мен жұмыс әдістеріне қойылатын жалпы талаптар

Жабдық пен жұмыс әдістерін таңдағанда, сіз заттардың көлемін, олардың тереңдігін және олар жасалған материалды ескеруіңіз керек. Түсіру шкаласы профиль бойындағы қадам және профильдер арасындағы қашықтық (аумақтық түсіру кезінде) қажетті объектінің өлшемімен немесе одан аномалиямен салыстырылатындай етіп таңдалуы керек. Мәселен, мысалы, үлкен объектілерді (цистерналар мен ұшақтарды) бастапқы іздеу кезінде магниттік түсіру профильдері арасындағы қашықтық 10 м-ге дейін болуы мүмкін, ал аэробомбаларды іздеу кезінде ол 2-3 м-ден аспауы керек. нүктелер (пикеттер) бірінші жағдайда 5 м, ал екіншісінде 1-2 м аспауы керек.

Қажетті объектіні алдын ала локализациялаудан кейін, сондай-ақ жер бетіне жақын орналасқан кішірек объектілерді іздеу кезінде бақылау желісін 0,5 * 0,5 м дейін конденсациялауға болады.

Тапсырмаларға байланысты түсіру техникасы да әртүрлі болуы мүмкін: аномалия картасын құрастыру жоспарлануда ма (6-сурет) немесе объектілерді алу/бейтараптандыру бойынша жұмысты олар анықталған кезде тікелей жүргізу жоспарланған ба (2-сурет); деректерді терең өңдеу қажет немесе тек сапалы бағалау жеткілікті (батпақтағы резервуардың мысалы және модельдеу).

Кез келген түрдегі (электр өткізгіштік және магниттік) ауытқулардың карталарын құрастыру кезінде түсіру өлшеу нүктелерінің координаталары жазылған профильдер желісі бойынша жүргізіледі, соңғы деректерді өңдеу тиісті бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалана отырып, дербес компьютерде жүзеге асырылады.

Еркін іздеу режимінде қол жетімді құралдарды (ағаш қазықтар, маркер таспасы және т.б.) пайдалана отырып, жердегі анықталған ауытқуларды белгілеу жеткілікті.

Тапсырмаларға сүйене отырып, деректерді өңдеуге арналған жабдық пен бағдарламалық қамтамасыз етудің баға/сапаның оңтайлы арақатынасын таңдауға болады. Қарапайым металл детекторы немесе магнитометрді қолдануға болатын жерде күрделі және қымбат көпфункционалды кешендерді пайдалану жиі талап етілмейді.

Электр барлау кешендері және металл іздегіштер

Қазіргі заманғы металл детекторларының нарығы айтарлықтай дамыған. Кәсіби электромагниттік зондтау жабдықтары туралы айтатын болсақ, келесі көп жиілікті жүйелерге назар аударуға болады: Геовизер, АЭМП-14 және МГ-1. Олар баға/сапа қатынасы бойынша өз класындағы ең жақсысы болуы мүмкін. Әртүрлі жиіліктегі сигналдарды шығару мүмкіндігі оларға бірнеше метр тереңдікте электромагниттік зондтау жүргізуге мүмкіндік береді. Жабдыққа жоғары дәлдіктегі GPS/GLONASS навигациялық жүйелерін қосуға болады, бұл егжей-тегжейлі кедергі карталарын жасауға және жоғары дәлдікпен аномальді объектілерді локализациялауға мүмкіндік береді (11 және 12-сурет).

Кедергі әдісімен жұмыс істеуге арналған жабдық нарықта кең ауқымда ұсынылған және оны таңдау ерекше қиындықтар туғызбайды: MEDUSA есептегіштері мен SKAT II генераторынан тұратын жинақ. Оқ-дәрілер мен жабдықтың фрагменттерін іздеу, әдетте, таяз тереңдіктерді (бірнеше метрге дейін) барлаумен байланысты болғандықтан, жұмыстарды орындау үшін қуатты генераторлар қажет емес.

Кедергі әдісінің неғұрлым ақпаратты түрі - электрлік томография әдісі. Айта кету керек, әскери археология мәселелерін шешу кезінде бұл әдістер маркшейдерлік жұмыстың ауырлығына және мәліметтерді түсіндірудің салыстырмалы күрделілігіне байланысты үлкен сұранысқа ие емес, дегенмен олар жерасты өткелдері мен далалық бекініс элементтерін іздеу кезінде жақсы нәтиже береді.

11-сурет – Электрлік түсіру деректеріне негізделген электр өткізгіштік ауытқуларының картасы (электромагниттік профильдеу); сары түспен металл заттармен байланысты жоғары өткізгіштік аймақтары көрсетілген (Bowers 1999)

12-сурет – АЭМП-14 жабдығы (электромагниттік зондтау) және қоршаған ортаның геоэлектрлік моделі бар электр барлау деректері бойынша электр өткізгіштік ауытқуларының картасы; ("KB Electrometry" ЖШС материалдары негізінде)

Магниттік барлау

Қазіргі заманғы магниттік барлау жабдығы Overhauser және MiniMagжәне QuantumMagсияқты кванттық магнитометрлермен, сондай-ақ олардың негізіндегі градиентометрлармен ұсынылған. Бұл құрылғылар жоғары сезімталдық пен өлшеу жылдамдығына ие. Оның көмегімен кез келген масштабтағы зерттеулерді жүргізуге болады, ал заманауи бағдарламалық қамтамасыз ету кез келген пішін мен өлшемдегі объектілерді дерлік локализациялауға мүмкіндік береді (13-сурет).

13-сурет – Магниттік түсірілім деректеріне негізделген магнит өрісінің ауытқуларының картасы. Сол жақта суға батқан броньды машиналарды локализациялау бойынша жұмыс нәтижелері («GEODEVICE» ЖШС); оң жақта - Ютландиядағы темір өндіру орталығындағы жұмыс нәтижелері (Смекалова және т.б. 2007)

Георадиолокация

Қазіргі георадарлар жоғары ажыратымдылықпен ерекшеленеді. Ең үлкен тереңдіктерді зерттеуге арналған ең төменгі жиілікті антенналар да жеткілікті жоғары ажыратымдылықты қамтамасыз етеді. GRL жабдығының рұқсат ету қабілетінің антенна жиілігіне тәуелділігі 1-кестеде көрсетілген.

Антеннаның параметрлері тағайындалған тапсырмалар негізінде таңдалады - терең зерттеу үшін төмен жиілікті антенналарды таңдау керек, ал жер бетіне жақын объектілерді іздеу үшін жоғары жиілікті антенналарды таңдау керек. Қазіргі заманғы радиолокациялық жүйелер, мысалы, MG-250/700M, бірден екі жиілікте түсіруге мүмкіндік береді: 250 және 700 МГц.

Өлшеу нәтижелері - радарограммалар (сурет 14-А, С), әр түрлі уақыттағы немесе тереңдіктегі аудан тіліктерінде (14 Б суреті), диэлектрлік өткізгіштіктің қималары немесе георадар тіркеу атрибуттарының қималары мен тіліктерінде ұсынылуы мүмкін.

Әдебиеттер тізімі:

1. Смекалова Т., Восс О., Мельников А. // Магнитная разведка в археологии /Изд-во СПбГУ, СПб, 73 с., 2007 г.

2. Gasperikova E., Smith T., Morrison F., Becker A., Kappler K. // UXO DETECTION AND IDENTIFICATION BASED ON INTRINSIC TARGET POLARIZABILITIES - A CASE HISTORY/ Geophysics vol.74, Iss.1, 2009.

3. Bowers R., Bidwell B. // Geophysics and UXO detection / The Leading Edge vol. 18, iss.12, 1999. стр 1337-1448

4. Bertrand H., Heberlein D., Frasier J. // Report of UXO Technology Subgroup: Overview and Technology Assessment. / Institute for Defense Analyses, IDA Document D-3007, Log: H 04-001205, 56 c. 2004.