Лаборатория по Археогеофизика

-         Кратко представяне на лабораторията

-       Геофизически проучвания на археологически обекти

-       Индустриални (технически) приложения на геофизичните методи


Лаборатория по Палеолуминесценция




 


Лаборатория по Археогеофизика

Ръководител: доц., д-р Явор Й. Шопов

Геофизически проучвания на археологически обекти

 

            Лабораторията по Архео- геофизика е единствената у нас лаборатория, която се занимава с разработване на нови геофизични методи и апаратура за изследване на археологически обекти и тяхното датиране. Тя подготвя студенти по археогеофизика и извършва теренни геофизически измервания на археологически обекти.

Използвани методи:

            Лабораторията използва следните геофизични методи за търсене и недеструктивно изследване на археологически обекти:

I. Радарни методи

            1. Георадар- Методът е разработен от НАСА за изследване на лунния грунт за нуждите на американската космическа програма и е подобен на ехолота (сонара). През последните 5- 10 години археогеофизическите приложения на георадара претърпяха революционно развитие и той се наложи като най- мощният архео- геофизически метод (Conyers, 2004). Георадара позволява регистрация на някой толкова фини археологически обекти, че те са почти незабележими с просто око при археологически разкопки (Conyers, 2004).

            Георадара излъчва импулси от радиовълни и мери разстоянието до обекта по забавянето на отразеният от обекта сигнал.

Предимства:

            а. Единствен метод позволяващ създаване на двумерни карти (срезове) на подземните обекти на различни дълбочини под земната повърхност без разкопаването им  (Conyers et al., 2004), (фиг.1):

Фиг. 1. Двумерна карта (срез) на погребани основи на сграда и римски водопровод на 125-150 см под земята (Conyers et al., 2004).

Фиг. 2. Тримерна карта на погребаните основи на сграда и римски водопровод от фиг.1

(Conyers et al., 2004).

б. Единствен метод позволяващ създаване на тримерни реконструкции на точната форма и дълбочина на подземните обекти  (Conyers et al., 2004), (фиг.2)

            в. Позволява точно определяне на дълбочината на залягане на аномалиите

г. Позволява визуализация на подземните обекти в реално време. Данните се изобразяват като графики (радарграми) на дисплея по време на измерването (фиг. I.3- I.7).

д.Позволява едновременно геофизично поручване и археологическо сондиране на регистрираните аномалии.

е. Има най-висока разделителна способност от всички геофизически методи

            ж. Може да сканира вертикални стени и да локализира нехомогенности в тях

з. Регистрирания сигнал се поддава на компютърна обработка за извличане на детаили невидими в изходния скан на обекта и графично представяне на резултатите.

            и. Бързо сканиране на големи площи. Ефективен е за мащабни изследвания с висока хоризонтална резолюция;

            й. Позволява привързване на различни археологически сондажи чрез сканиране на пространството между тях.

к. Измерването може да се извърши през вода, лед, асфалт, бетон и др. покрития (фиг. I.11- I.13)

л. При трудни терени може да се извърши поточково измерване, даващо по-дълбоко проникване

Недостатъци:

            а. Много висока цена на апаратите, поради което с такива уреди разполагат само единични геофизични лаборатории в страната

            б. Относително плитка дълбочина на работа, която в зависимост от проводимоста на почвата варира от 1 до 4 метра. В сух пясък без следи от морска вода може да работи и на много по-голяма дълбочина. В сухи обекти и сгради е постигана дори дълбочина над 17 метра (фиг. I.13- I.14). Метода обаче е абсолютно неприложим при наличие на солена вода и други субстрати с висока проводимост.

            в. Интерпретацията на регистрирания сигнал е много сложна. Това е най- сложният и комплексен археогеофизичен метод (Conyers, 2004).

            г. За археогеофизически приложения на георадара е необходим експерт с изключително рядка и специфична квалификация в областа на геофизиката, геологията и статистическата физика. Специалистите по други приложения на георадара не могат лесно да се обучат на неговите археогеофизически приложения.

Областите на приложение на георадара в археологията (Conyers, 2004) са:

Недеструктивно локализиране и картиране на културни слоеве и подземни археологически обекти:

- гробници (фиг.3.4) и погребения (фиг.I.23)

- тунели, катакомби и канали (фиг. I.7.).

- стени и сгради- фиг.1, 2

- землянки (Conyers, 2004)

- огнища (Conyers, 2004)

- метални и керамични предмети и замазки (Фиг. I.17.).

- празнини и дефекти в постройки (фиг.I.1. -I.2.)

- пещери, бункери, каверни и карстови образувания (фиг. I.5, I.6).

- подземни резервоари (Фиг. I.25, I.27).

- заровени и зазидани тръби- фиг. I.15- I.17.

Недеструктивна стратификация на

- седименти, речни и езерни наслаги- фиг. I.12.

- почвени слоеве, вкл. древни обработвани земи (Conyers, 2004);

- водни хоризонти (Фиг. I.19.);

- пропадания, разседи, свлачища и др. (фиг. I.3.).

Недеструктивно изследване и мониторинг на археологически обекти и Паметници на културата и на подземни комуникации.

Измервания с георадар на наши археологически обекти

Първите успешни измервания на археологически обект с георадар у нас бяха извършени на 24 и 25 Ноември 2007 г. в гробницата в м. "Голямата Косматка". С него бяха измерени 60 скана на стените и пода на гробницата в м. "Голямата Косматка". Всеки скан се състои от по 92 до 691 (средно по 392) измервания на различните трасета на проникване на радарното лъчение в дълбочина, т.е. направени са измервания на около 23500 трасета.  Разделителната способност на получените сканове в посоката на сканиране (т.е. разстоянието между измерените трасета) варира от 1,3 до 1,7 см.

Методиката на работа е следната:

Единият от операторите плъзга антената на георадара (която е монтирана фабрично на шейна) върху изследваният обект и съобщава на втория оператор кога антената минава покрай марките за разстояние.

Вторият оператор въвежда марките (маркерите) в скана, който през това време се набира и визуализира в компютъра на георадара. При сканирането на пода за марки бяха използвани маркери нанесени върху рулетка. При сканирането на стените за марки бяха използвани маркери от хартиена лепенка за оптика (която не оставя следи по обекта върху който се залепва). Те бяха предварително нанесени с помощта на лазерен нивелир. 

Стените на предверието, камерата и саркофага предварително бяха маркирани с точки, разположени във вертикални и хоризонтални редове, наподобяващи план - квадратна мрежа, за да може по хоризонталните редове да се  плъзга антената на георадара.

Фиг.3. А. (горе) Радарграма (скан) на стената на предверието от 0- 50 см над пода. Тя показва, че радарното лъчение се разпространява в гранит поне до 16 метра западно от него. Б. (долу) Радарграма на стената на предверието от 2- 2,50 м над пода. Тя показва, че радарното лъчение се разпространява през каменната стена (горе) в хомогенната почва (долу) извън нея (могилния насип).

Обработката на данните от георадара е изключително бавен и сложен процес ако се цели извличане на пълната информация от тях. Информацията, която може да се получи експресно от оглед на суровите сканове е незначителна в сравнение с тази, която може да се получи чрез сложни и времеемки компютърни обработки на резултатите. Информацията която може да се извлече за сега е следната:

ч

 

 

 

 

 

 

 

Вертикален срез на 0,75- 1,5 метра от стената на кръглата камера на гробницата в м. "Голямата Косматка". По средата на скана е пресечена външната стена на неизвестна кръгла постройка.

 

 

 

 

 

 

 

Вертикален срез на 1,5- 2,25 метра от стената на кръглата камера на гробницата в м. "Голямата Косматка". В началото и в края на скана са пресечени външните стени на неизвестна кръгла постройка.

 

 

 

 

 

Вертикален срез на 4,50- 5,25 метра от стената на кръглата камера на гробницата в м. "Голямата Косматка". В началото и в края на скана са пресечени външните стени на неизвестна кръгла постройка. Трите вертикални линии между тях може да са колони.

 

фиг.4 Вертикални срезове на интензитета на радарното лъчение отразено от обекти  около гробницата в м. "Голямата Косматка" измерен през стената на кръглата камера на гробницата. Нулевият интензитет е даден с черен цвят, слабият с тъмно син, средният с небесно- син,  силният с зелен, много силният с жълт, а  най- силният е представен с червен цвят

1. Скановете на стените на гробницата в долният им край показват, че радарното лъчение се разпространява в еднороден материал (фиг.3.А) поне до 16 метра във всички посоки. Материалът на стените е гранит. От тук следва, че гробницата е вкопана на около 50 сантиметра дълбочина в гранитна площадка с диаметър поне 35 метра. На височина над 50 сантиметра от пода се регистрира могилният насип от почва през гранитната стена на гробницата (фиг.3.Б). Това не означава, че площадката е кръгла. Тя може да продължава във всички посоки, но радарното лъчение не достига до краищата й.

2. Георадарът e eдинственият метод позволяващ създаване на двумерни карти (срезове) на подземни обекти на различни дълбочини под земната повърхност без разкопаването им. Ние използваме тази уникална възможност, като за целта сканирахме 4 групи от по 5 успоредни скана на височина от 0 до 250 см:- две групи сканове в предверието, една хоризонтална и една вертикална в кръглата камера.

 

Фиг 5. Схема на гробницата и 15-те среза (с дебелина по 75 см) на радарния сигнал получен при сканирането й.

 

Методиката на обработката е следната:

Петте успоредни скана се сумират в една тримерна база данни. След това тя се нарязва на 15 среза (фиг.4) през 20 наносекунди (съотвестващи на дебелина от 75 см при преминаване на сигнала през почва до 3 м.- през въздух). Срезовете са с разделителна способност 0.1 м. по Х  и 0.5 м по Y-оста. Тъй като сканираната камера е кръгла и получените срезове са кръгли сегменти (фиг 5). Двумерните карти, които се получават от тях имат вид на отпечатъци от цилиндрични печати (фиг. 4)

Получените двумерни карти (фиг. 4) показват, че от западната стена на кръглата камера се намира втора неразкопана кръгла камера. Вероятно в нея има вътрешни колони. Неразкопаната кръгла камера е по- голяма от тази в отворената гробница.

На 25 Ноември 2007 г., за да се потвърдят и допълнят данните от георадара бе извършено вертикално електрическо сондиране на дълбочина от 1 до 14 метра над мястото на засеченият неизвестен обект. Установено беше, че обекта започва на дълбочина 6.50 метра под повърхноста на могилата и достига до около 12 метра под нея (до предполагаемото ниво на местния терен).

При разкопките на гробницата от д-р Китов през 2004 година са намерени елементи от сграда от бял варовик, а гробницата на Севт-III е изцяло от гранит. Те вероятно са взети от друга съседна сграда и са използвани за зазидване на гробницата. Не е изключено тези елементи да са били от засечената с георадара сграда.

 

Публикации в пресата за това изследване:

.Суперрадар откри в прочутата могила тайна стая с нещо в Косматката. Георги Милков, в. 24 Часа, 15 декември 2007 г., стр.: 1, 13-15

.Георадар на НАСА показа неразкопана сграда в Голяма Косматка Археолозите очакват да намерят бронзовата статуя на тракийския цар Севт ІІІ. Петър Марчев, 02.02.2008- http://www.slovesa.net/%d0%b3%d0%b5%d0%be%d1%80%d0%b0%d0%b4%d0%b0%d1%80-%d0%bd%d0%b0-%d0%bd%d0%b0%d1%81%d0%b0-%d0%bf%d0%be%d0%ba%d0%b0%d0%b7%d0%b0-%d0%bd%d0%b5%d1%80%d0%b0%d0%b7%d0%ba%d0%be%d0%bf%d0%b0%d0%bd%d0%b0-%d1%81%d0/

.Георги Китов: Могилата Голяма Косматка крие още тайни. Деляна Бобева, 28 януари 2008 http://dariknews.bg/view_article.php?article_id=219721

.Могилата Голяма Косматка крие още тайни 2008-02-01

http://www.touristsales.com/news.php?&ntype=1&year=2008&month=2&news=27514&page=3

+ още около 60 различни интернет страници.

 

Георадарни геофизични измервания на археологическия обект до с. Ябълково

            С георадар бяха сканирани 211 вертикални профила по около 500 измервания всеки (фиг.6). Разделителната им способност варира от 2 до 6 сантиметра. Те покриват 21 правоъгълни полигона. Регистрираните аномалии бяха нанесени на план- квадратната мрежа на обекта.

            Вертикалните сканове на всички профили покриващи два полигона (които бяха сканирани в успоредни трасета на всеки 50 сантиметра) бяха обединени в тримерни бази данни. След това те бяха нарязани на двумерни хоризонтални срезове на различни дълбочини. Така бяха изчислени 35 хоризонтални среза на два полигона на различни дълбочини с дебелина от  20 и от 40 сантиметра, които покриват дълбочините от повърхността до 6 метра дълбочина. Получените двумерни карти на аномалиите на различни дълбочини визуализират местоположението на търсените археологически обекти под повърхността.

Фиг. 6. Сканиране на профили от един полигон на неолитен археологически обект до с. Ябълково с георадар

II. Електросъпротивителни методи

            2. Електропрофилиране чрез измерване на профили на привидното електрическо съпротивление. Използва четири електрически сонди (електрода). Максималната постигана у нас дълбочина на изследване на археологически обект с геофизически измервания е 19 м. (Шопов, 2007) и е постигната с този метод. Дълбочина на работа на наличната апаратура е до 40 метра. Използва се за търсене на подземни гробници, пещери, тунели, кладенци, бункери, рудни находища, вода и др. С него могат да се откриват и големи метални предмети и съоръжения, подземни кабели и др.

 

Фиг. 7 Двумерна карта на съпротивлението на Омуртаговата могила

 

            3. Вертикално електрическо сондиране (ВЕС)- Използва се за определяне на точната дълбочина на залягане на аномалиите на същите обекти както електропрофилирането. 

            4. Електротомография (непрекъснато електрическо профилиране)- позволява визуализация на аномалиите на привидно електрическо съпротивление и на обектите които ги създават (фиг.7-8).

 

Областите на приложение на Електропрофилирането, Вертикалното електрическо сондиране и Електротомографията в археологията са:

Недеструктивно локализиране и картиране на:

- гробници и гробове, тунели, катакомби и канали, пещери, бункери, каверни и карстови образувания

Предимства:

            а. Изключителна дълбочина на измерванията.

б. Реално това е единственият ефикасен метод за локализиране на дълбоки обекти като гробници, храмове и гробове в големи могили

в. Позволява създаването на интегрални двумерни карти на подземните аномалии (фиг.7, 8):

г. Позволява създаването на приблизителни тримерни реконструкции на очертанията на подземните аномалии (Шопов, 2007)

д. Вертикалното електрическо сондиране позволява определяне на дълбочината на залягане на аномалиите

 

Недостатъци:

            а. Изключително бавно, трудоемко и скъпо сканиране.

            б. Не може да работи на терени покрити с бетон, асфалт и плътна каменна настилка

            в. Изисква интрузивен контакт (забиване на електроди в пръста над обекта)

г. Използва точково измерване;

д. Чувствителен към интерференции от близки метални обекти;

е. Не може да се използва върху асфалт, бетон или монолитна скала;

ж. Ефективността му намалява при ниски стойности на съпротивлението на средата

 

Електропрофилиране на Омуртаговата могила

Измерени бяха 8 профила на привидното електрическо съпротивление и 8 вертикални електрически сондирания на Омуртаговата могила до с. Свещари на дълбочина до 19 метра. Получените резултати са представени на 3-мерни графики (фиг.14) и карти. Установено бе, че насипа на цялата могила съдържа слой от пясък и чакъл, който има стойности на привидното електрическо съпротивление като тези на археологически обекти. Той заляга на дълбочина от 5 метра под върха на могилата до дълбочина 4 метра към северозападния и’ край и до дълбочина 1.8 метра в североизточния край на могилата. Той изтънява от центъра към краищата на насипа от около 2 метра до 20-30 сантиметра. Наличието на този слой е подтвърдено при разкопки в могилата от Д. Гергова от Археологическия институт и музей на БАН.

            Предишното електропрофилиране на могилата направено от Ил. Катевски не е засекло намерените от нас аномалии, защото дълбочината му на измерване е едва 5 метра, а аномалиите регистрирани от нас са разположени значително по-дълбоко- на 7-16 метра дълбочина (Шопов, 2007).

Фиг. 8 Тримерна карта на съпротивлението на Омуртаговата могила. Дългата ос е оста S-N. Вертикалната ос е в Omh/m. По Шопов (2007)

 

Публикации в пресата за това изследване:

.Български археолози ще търсят гроба на първия владетел на тракийското племе гети. Вести, 14 април 2007

.Търсят гроба на първия владетел на тракийското племе гети - Пловдив култура, 15.04.2007

http://plovdiv.mconet.biz/index.php?action=fullnews&id=306582&category=1761&category_name=%D0%B0%20%D0%B0%D0%9B%D0%B0%D0%9E%D0%B0%D0%92%D0%B0%D0%94%D0%B0%D0%98%D0%B0%D0%92

 

            III. Индукционни методи- използват военни технологии за търсене на мини

 

5. Импулсна индукция- Позволява локализация на големи метални предмети на дълбочина до 6 метра. Работи и през камъни и зидове. При този метод се излъчват мощни електромагнитни импулси и между тях се мери индукцирания в обекта ток (Aittoniemi et al., 1986).

Предимства:

            а. Работи и през камъни и зидове.

            б. Бързо сканиране

            в. Висока точност на локализиране на аномалиите

Недостатъци:

            а. Относително плитка дълбочина на работа, която в зависимост от размера на металния обект варира от 2 до 6 метра.

б. Регистрирания сигнал не се поддава на компютърна обработка       

            в. Не позволява точно определяне на дълбочината на залягане на аномалиите

            г. Подземни кабели, арматура или метални мрежи маскират обекта и не позволяват използването на метода

            д. Не позволява определяне на вида на метала

            6. Електромагнитна индукция- Позволява локализиране на малки метални предмети и определяне на метала от който са изградени те, по неговата проводимост (Gardiner, 1967).

Излъчва се електромагнитно поле и се мери индукцирания в обекта ток когато обекта попадне в периметъра на регистриращата бобина. Позволява локализиране на малки метални предмети и определяне на метала от който са изградени те.

Предимства:

            а. Позволява локализиране на малки метални предмети

            б. Позволява определяне на метала от който е изграден обекта

            в. Голяма точност на локализиране на аномалиите

Недостатъци:

            а. Много плитка дълбочина на работа, която в зависимост от размера на металния обект варира от 0.3 до 1 метър.

б. Регистрирания сигнал не се поддава на компютърна обработка       

            в. Не позволява точно определяне на дълбочината на залягане на аномалиите

            г. Подземни кабели, арматура или метални мрежи маскират обекта и не позволяват използването на метода

 

            IV.Електростатични методи

7. Лабораторията разработва и използва един нов архео-геофизичен метод, наречен метод на остатъчния заряд.

Ние създаваме тримерни реконструкции на формата на подземните обекти и измерваме двумерни карти (срезове) през 5 сантиметра дълбочина от тях, чрез измерване на мрежа от сканове на терена с георадар. За сега това е най- информативният метод за недеструктивно изследване на археологически обекти. Ние разполагаме с нужната апаратура и инструменти за теренни измервания с методите 1-7 на археологически и други обекти.

          В някой случаи еднозначното решение на задачата изисква употребата на два или повече уреда поради ограниченията в приложимоста на всеки от методите.

 

Специфика на измерванията

            Документирането на измерванията и локализирането на подземните аномалии върху карти на повърхноста на терена или чертежи на сгради е сложна и трудоемка работа. Локализирането на подземните аномалии върху повърхноста на терена изисква измерване на позицията на детектора спрямо репери на терена по време на самите измервания. За това в измерванията трябва да участват един геофизик, които прави самите измервания и двама сътрудници, които да регистрират мястото на детектора и неговото движение. В последствие тези измервания се нанасят на карта на терена. Така се получава карта на разположението на регистрираната аномалия.

            Всички геофизични проучвания са недеструктивни и безвредни за археологическите обекти за разлика от сондирането, което може да ги повреди.

 

Изисквания за предварителна подготовка на терена

1.      За използване на метод 1 (георадар) изследваният терен трябва да е предварително изсечен, окосен и почистен от камъни, дървета и храсти така, че над повърхноста на терена да не стърчат обекти на повече от 5 см. Това се налага, защото антената се плъзга по изследваната повърхност и е необходимо да се осигури плътен контакт с повърхноста на терена. Плътният допир с повърхноста повишава дълбочината на работа до 2,5 пъти.

2.      За използване на методи 2- 7 изследваният терен трябва да е предварително изсечен и почистен от храсти и видими метални предмети така, че да се осигури свободно движение на детектора и оператора над всяка точка от изследваният терен.

3.      За използване на всички методи е необходимо да се осигури карта или точна схема на изследваният терен с разделителна способност поне 1 метър.

4.      За използване на всички методи е необходимо да се осигури репер на изследваният терен спрямо който да се ориентират и нанасят измерванията.  

 

Използвана апаратура

Най- подходящият геофизичен метод за решаването на повечето археологически задачи е земният радар (георадар, наричан още земен “скенер”). Преди създаването на георадара подземни обекти от пластмаса, теракота, бетон и асфалт се смятаха за неоткриваеми. Георадара стана основният метод за локализиране и картиране на непроводящи, неметални и немагнитни обекти.

 

Георадар (Земен радар)

 

Георадарът е цифров портативен уред за подповърхностно сканиране предназначен за работа по широк спектър от геотехнически, геологически, екологически, инженерни и други задачи, при които е необходимо подповърхностно наблюдение. По време на сканирането операторът вижда радиолокационната картина на дисплея на компютъра в реално време. Данните се записват на твърдата памет на компютъра за цифрова обработка, разпечатка и интерпретация на резултатите. На екрана на компютъра обаче не се виждат директно обектите, т.к. образа на обекта в скана (и на екрана) е хипербола. Това драстично усложнява интерпретацията на данните.

Принципът на действие на апаратурата за подповърхностно радиолокационно сондиране (георадар) се основава на излъчването на свръхшироколентови (наносекундни) импулси от метровия, дециметровия и сантиметровия диапазон на радиовълните и приемане на сигналите, отразени от границите на изследваната среда, имащи различни електрофизични свойства. Такива граници в изследваните среди се явяват контактът между сухи и влагонаситени почви- ниво на подпочвените води, контактите между скали с различни свойства, границите камък- въздух, почва- метал и т.н.

Георадарът открива метални обекти, тунели, гробници, кладенци, бункери и всичко, което се отличава от обкръжаващата среда. Този високо технологичен радар изследва обширни области с голяма прецизност. Хиляди квадратни метра площ може да бъде изследвана за един ден.

Използваният от нас георадар работи на дълбочина максимално до 25 метра (Лаб. Археогеофизика, 2007) с разделителна способност от 1- 15 сантиметра, като сканира и визуализира обекта в реално време (по време на изследването). Георадара не изисква интрузивен контакт. Той не поврежда изследваните обекти.

Позволява създаване на двумерни карти (срезове) на подземните обекти на различни дълбочини под земната повърхност чрез допълнителна компютърна обработка. Позволява създаване на тримерни реконструкции (3D образ) на точната форма и дълбочина на подземните обекти 

Наличният георадар може да се използва и за изследване под вода в сладководни басеини (фиг. I.12.; Лаб. Археогеофизика, 2007).

 

Апаратура за Електропрофилиране, Вертикално електрическо сондиране и Електротомография

 

Ние прилагаме тези методи използвайки уред за измерване на привидното електрическо съпротивление, който е аналогичен на модела Accumeter Pro VI на Accurate locators.

Дълбочината му на работа е до 40 метра.

Това е точен резистивитиметричен геофизичен уред, измерващ съпротивлението на обектите в земята за откриване на рудни находища, пещери (кухини), тунели, гробници, вода или големи метални обекти. Подходящ е за търсене и локализиране на минерали, метали, опасни отпадъци, разливи, кухини и  др. Приложим е за инженерни, геотехнически, еколожки и археоложки изследвания.

Електропрофилирането се извършва чрез пропускане на ток в земята и измерване на резултатното напрежение на повърхността. Дълбочината на изследването зависи от разстоянието между електродите. Мери се големината на съпротивлението, което зависи от вида на почвата, скалата, влажността, порестостта, влагата и особено от наличието на кухини. Прилага се за локализиране на аномалии в геоложките условия, детектиране и картиране на замърсявания, разливи, опасни отпадъци, минерали и др.

Вертикалното електрическо сондиране се използва основно за вертикално профилиране и определяне дълбочинността и дебелината на геоложките слоеве и аномалиите.

 

Изисквания за работа на археологически обекти!

 

            Съобразно законите на Република България за работа на археологически обекти се изискват:

            1. Копие от валиден открит лист за теренни геофизически измервания на археологически обекти издаден от Теренния съвет за археологически проучвания, който съдържа имената на членовете на лабораторията, които ще извършват измерванията или

            2. Копие от валиден открит лист за археологически разкопки на обекта, издаден от Теренния съвет за археологически проучвания + възлагателно писмо на името на членовете на лабораторията, които ще извършват измерванията + осигуряване на присъствието на един от титулярите на открития лист през цялото време на теренните измервания.

Изключения от тези изисквания не се допускат при никакви обстоятелства!

 

Литература

 

.Aittoniemi et al. (1986) US Pattent 4,605,898, 7p.

.Conyers L. B. (2004) Ground- penetrating radar for archaeology.Altamira press. Oxford, 201p.

.Dermendjiev V., Shopov Y. Y., Buyukliev G. N. (1996) High- Precision Method of Cave Deposits Dating and an Implication for Archeometric Study. - Physical and Chemical Techniques (PACT) Journal 45, IV.7, pp. 307-312

.Gardiner F. G. (1967) US Pattent 3, 355,658, 4p.

.Индустриални (технически) приложения на геофизичните методи (2015). Лаборатория по Археогеофизика- интернет страница: www.phys.uni-sofia.bg/bul/departments/ucsrt/agpl/index.html

.Китов Г., М. Първин, Я. Шопов (2008) Проучване с георадар на могилата, Голямата косматка“ до с.Шипка. Археологически открития и разкопки през 2007 г. стр. 291-292

.Лаб. Археогеофизика (2007). Лаборатория по Археогеофизика- интернет страница: www.phys.uni-sofia.bg/bul/departments/ucsrt/agpl/index.html

.Шопов Я.Й., Дерменджиев Вл., Буюклиев Г. (1993) Нов метод за датиране на природни материали с периодична макроструктура. Авторско свидетелство за изобретение 51012, Бюлетин на ИНРА т.8, 1, с.20-21

.Шопов Я. Й. (2007) Електропрофилиране на Омуртаговата могила- сп. Авангардни изследвания на древните българи, т.1, стр. 57-58; Отчети на Археологическия институт и музей на БАН, 2006 г.

.Шопов Я.И. (2008) Възможности и ограничения на археогеофизичните методи.- в: “По пътя на миналото”- Сборник научни статии по повод 65- годишнината на д-р Георги Китов, ТЕМП, ИК Арос, София, стр. 204-209

.Shopov Y., Diana Stoykova, Antoniya Petrova, Valentin Vasilev, Ludmil Tsankov (2008) Potential and limitations of the archaeo-geophysical techniques.- Geoarchaeology and Archaeomineralogy (Eds. R. I. Kostov, B. Gaydarska, M. Gurova). Proceedings of the International Conference, 29-30 October 2008 Sofia, Publishing House “St. Ivan Rilski”, Sofia, pp. 320-324.             

.Шопов Я. Й. (2009) Тайната на успехите на д-р Георги Китов - Ави-Тохол (Авитохол), 31, стр. 3-4

 

 

I. Индустриални (технически) приложения на геофизичните методи използвани от лабораторията по Архео-геофизика в строителството, ВИК, геотехниката, инженерната геология, мините, електроснабдяването, транспорта, армията,криминалогията, охраната и екологията

 

 

Областите на приложение на георадара са:

 

СТРОИТЕЛНИ ПРИЛОЖЕНИЯ

 

При проектиране на сгради, пътища, летища, газопроводи и нефтопроводи е необходимо подробно да се изучи геоложкия строеж на почвата и скалите в района за строителство. Използването на геофизически методи в проучването за строителството, особенно при сложни инженерно-геоложки условия на строителните площадки, дава допълнителна информация за строежа на грунта и повишава качеството на проекните решения.

 

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

 

- празнини (фиг.1, 2) и дефекти в постройки

-свлачища, пропадания, разломи (фиг.3), разседи и др. опасности (фиг.4) за строежите при проектиране на нови жилищни комплекси и сгради.

- невидими пукнатини в сгради

- участъци на деградиране на железобетона от корозия на арматурата

- корозия на връзките на панели

- проводници и арматура (фиг.11) в подове, стени и тавани

- елементи на подово отопление

- септични ями и канали (фиг.20);

- пещери (фиг.5), каверни(фиг.6) и др.карстови образувания предизвикващи пропадания на терена

- подземни резервоари (фиг.30)

- заровени и зазидани тръби (фиг.20), кабели (фиг.21), и др.;

- тунели (фиг.7), катакомби и канали

-подземни силови, телефонни или други кабели, които биха били закачени при изкопи за строежи или ремонт, което би довело до късо съединение, прекъсване на кабелите или дори инциденти по време на работа. Това предпазва от разрушаването им при строителни работи и от инциденти при тях

 

фиг.I.1.Интензитет на отражение на радарният сигнал от тавана на 4 ет на сграда Б на Физическия факултет (фиг.2) измерен от 5 етаж през бетонната плоча над тях.

Я. Шопов, Д. Стойкова (лаб. Археогеофизика)

фиг. I.2. Фотография на контрафорсите (бетонните греди) на тавана на 4 ет на сграда Б на Физическия факултет измерени с георадар (фиг.1)

Я. Шопов, Д. Стойкова (лаб. Археогеофизика)

 

Недеструктивно локализиране и идентифициране на подземни тръби от метал, пластмаса, керамика, бетон и азбестобетон.

 

 

Недеструктивна оценка на състоянието и мониторинг на:

стабилността на терена, настилки и фундаменти

 

фиг. I.3. Локализиране на свлачище по разлом Radar Systems inc

фиг.I.4.Локализиране на легло на древна река,което не се забелязва на повърхноста Radar Systems inc

 

фиг. I.5.Локализиране на пещери във варовик на 7 и 18 метра дълбочина. Radar Systems inc

фиг. I.6. Локализиране на каверна (ляво) във варовик под слой глина (горе)  Radar Systems inc

 

Оценка на амортизацията на:

сгради, кули, тераси, гаражи, балкони, панели, жезелни и бетонни конструкции.

фиг. I.7. Железопътен тунел на 15 метра дълбочина във варовик.

Radar Systems inc

фиг. I.8. Екстремален профил на две стени на 5 ет на сграда Б на Физическия факултет измерен от 6-тия етаж през бетонната плоча над тях.

Я. Шопов (лаб. Археогеофизика)

ИНЖЕНЕРНИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Георадара измести рентгена в дефектоскопията на големи съоръжения, поради вредноста, високата цена, времеемкоста и ограниченията на рентгеновата дефектоскопия.

фиг. I.9. Двумерна карта (в метри) на радарният сигнал от бетонни греди на тавана (с дебелина 25см) и празнини между тях- 80см. Поради разсейването на сигнала радара “вижда” 7.46 метра, вместо 7-те метра които сканира. Виждат се и луминесцентните лампи (фиг.1) м/у 3-4 и 4 и 5ти метър от скана Я. Шопов, Д. Стойкова (лаб. Археогеофизика)

фиг. I.10. Фотография на контрафорсите (бетонните греди) на тавана на 4 ет на сграда Б на Физическия факултет измерени с георадар (фиг.1, 9).

Същият обект е представен и на фиг.1, 2 и 9

Я. Шопов, Д. Стойкова (лаб. Археогеофизика)

фиг. I.11. Локализиране на арматура в железобетонен под.

Radar Systems inc

фиг. I.12. Профилиране на езеро от дъното на пластмасова лодка.Локализирани са няколко метални обекта много добре забележими в слоя тиня като хиперболи. Radar Systems inc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фиг. I.13. Радарният сигнал от двете бетонни греди в средата на тавана на мазето на сграда Б на Физическия факултет измерен НА 17,11- 17,38 МЕТРА ДЪЛБОЧИНА от 5 етаж през 5 бетонни плочи с обща дебелина 3,25 метра! Тази дълбочина е със 70% по-голяма от посочената от производителя максимална дълбочина на работа на уреда!!! Я. Шопов, Д. Стойкова

фиг. I.14. Фотография на контрафорсите (бетонните греди) на тавана на мазето на сграда Б на Физическия факултет измерени с георадар на фиг.13.

 

сн. Я. Шопов (лаб. Археогеофизика)

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- стени (фиг.8), подпори (фиг 1,2, 9, 10), арматура (фиг 11) и др. носещи конструкции;

- вградени елементи и системи в конструкции (фиг.8, 13-14)

 

- празнини (фиг.1,2) и дефекти в структури;

- тръби (фиг.15, 16) , кабели и проводници в конструкции (фиг. 17)

 

Определяне на:- дебелина на настилки, фундаменти, асфалт, бетон и др.;

- изтъняване, изкривяване и други видове износване на настилки, фундаменти и др.;

- мрежата от проводници, метални или пластмасови тръби

 

Недеструктивно изследване, оценка на състоянието и мониторинг на:

настилки, площадки, фундаменти, плочи, крепежни и носещи конструкции и др. структури.

 

КОМУНИКАЦИИ, ГАЗОПРОВОДИ, НЕФТОПРОВОДИ, ВОДОПРОВОДИ И КАНАЛИЗАЦИЯ

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- заровени и зазидани тръби (фиг.15, 16), канали (фиг.16,18), кабели (фиг.17), тунели (фиг.7) и др.;

- подводни тръби, кабели и др.;

- течове по тръбопроводи (водни, газови и др.).

фиг. I.15. Локализиране на три метални нефтопровода, зарити в земята на 1- 1,5 метра дълбочина. Всяка тръба дава хиперболичен сигнал.  Radar Systems inc

фиг. I.16. Локализиране на канализационна тръба (долу), минаваща перпендикулярно под метален тръбопровод (горе) Sensors & Software inc

 

 

 


Фиг. I.17. Локализиране на пластмасови и метални тръби и кабел,  зарити в земята. Всяка тръба и кабел дават хиперболичен сигнал, на върха на който се намира тя. Sensors & Software inc

 

Фиг. I.18. Сканиране на градски терен с георадар за търсене на канализационни тръби от екип на лабораторията по археогеофизика

 

ТРАНСПОРТНИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- пукнатини, пропадания, празнини и др. дефекти в основата и настилката на пътища, писти, Ж.П. линии и др. транспортни съоръжения;

- пукнатини, пропадания, празнини и др. дефекти в тунели и тунелни конструкции;

- изтънявания, изкривявания, пукнатини, празнини и др. дефекти в мостове и мостови конструкции.

Недеструктивно измерване на дебелината на:

платната на мостове, настилки, нов и стар асфалт, фундаменти, дренаж и др.

Недеструктивно изследване, оценка на състоянието и мониторинг на

пътища, писти, Ж.П. линии, тунели, мостове и др. съоръжения.

Оценка на амортизацията на мостове, писти, тунели, надлези, многоетажни паркинги и др.

ХИДРОЛОЖКИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

-          Подземни реки

-          подземни води (фиг.19)


Недеструктивно определяне на дълбочината на водното ниво на подземните води

Фиг. I.19. Определяне на дълбочината на водното ниво на подземните води Sensors & Software inc

 

ГЕОЛОЖКИ И ГЕОТЕХНИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕНИЯ

През последното десетилетие драстично нарастна използването на метода на подповърхностно радио-локационно сондиране (георадар) в практиката на инженерно-геологическите проучвания. В сравнение с традиционните геофизически методи (електроразузнаване, сеизморазузнаване) методът на радиолокационно сондиране се отличава с изключително висока разделителна способност по дълбочина, висока детайлност на проучванията, при възможност за получаване на информация за строежа на изследваният разрез и визуализация на резултатите по време на измерването, в следствие на което се получава висока производителност на проучванията.

Картиране на профили и изследване на структурата на:

- скали;

- седименти;

- подводни седименти;

- скални повърхности под седиментни скали

- скално дъно и дънни отлагания на сладководни басейни (езера и реки)- фиг.12

- почви;

- подземни води;

- водни хоризонти  (фиг.19);

- карстови образувания (пещери (фиг.5), каверни (фиг.6), въртопи, понори и др.);

- пропадания, разседи, свлачища (фиг.3) и др.;

Недеструктивна стратификация и стратиграфско картиране на

- седименти;

- почви;

- водни хоризонти (фиг.19);

Откриване и картиране на структурните нееднородности в разрез (карст, тектонични нееднородности, контакти на литологически различни скали, участъци на вклиняване на пластовете, включвания на скални породи в седиментна среда и т.н.);

Сондиране и измерване на торфени и сапропелни отлагания

Недеструктивно изследване, оценка на състоянието и мониторинг на подземните водни ресурси, геоложката и хидрогеоложката обстановка

Недеструктивно определяне на:

- дебелина и плътност на снежна и ледена покривка

- дълбочина на основната скала

Характеризиране на пукнатини и разломи

 

МИННИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Недеструктивно локализиране и картиране на:

- опасни зони в открити рудници и минни галерии.

- стари подземни минни галерии.

- въглищни пластове;

- рудни залежи;

- солни залежи;

- боксити;

Недеструктивно изследване, оценка и мониторинг на находищата и опасните зони.

 

ВОЕННИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- бункери, скривалища, подземни складове, пещери  и др. стратегически подземни обекти

- противопехотни и противотанкови мини;

- неексплоадирали снаряди (фиг.20) и гранати;

- дефекти в бункери, полигони, тунели, пътища, писти, мостове и др. стратегически обекти

- кабели (фиг.17), тръбопроводи (фиг.15-16), тунели  (фиг.7) и др. комуникации;


Геофизичните методи се прилагат ефективно дори в разузнаването!

 

Фиг. I.20. Локализиране на неексплодирали снаряди на различна дълбочина Sensors & Software inc

 

КРИМИНАЛОЖКИ (СЪДЕБНИ) И ОХРАНИТЕЛНИ ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- Зазидани сейфове, каси (фиг.21) и скривалища

- Тайни единични и масови гробове (фиг.22, 23);

-тунели прокопани под банки, затвори, трезори, галерии, музеи, складове (фиг.24) и др. сгради с цел обир или бягство от затвор

- заровени, зазидани и скрити по друг начин улики, оръжия (фиг.25), боеприпаси (фиг.20), опасни вещества и др.

- подслушващи устройства

Недеструктивно изследване, оценка на състоянието и мониторинг на обекти, предмет на съдебно разследване или специални охранителни мерки.

 

Фиг. I.21. Скан на тухлена стена. Централната част на профила ясно показва сигнал от зазидана каса. Radar Systems inc

фиг. I. 22. Локализиране на заровено човешко тяло

Sensors & Software inc

              


Фиг. I.23. Пре-погребени човешки останки (в центъра) и тръба в ров (ляво) по Conyers , 2004

 

Фиг. I.24. Кухина (изкоп) под бетона Sensors & Software inc

 


Фиг. I.25. Локализиране на заровен пластмасов контейнер (ляво) и пистолет (дясно) Sensors & Software inc

 

ОКОЛНА СРЕДА

 

      Електропроводими замърсявания на подземните води силно поглъщат сигнала на георадара и за това той е ефективен уред за картиране на разпространението на такива замърсявания  (фиг.26).

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- течове и разливи на замърсители (фиг.26);

- септични ями и канали;

- заровени, зазидани или потопени замърсители;

- подземни резервоари (фиг.27) и хранилища на замърсители;

 

Недеструктивно изследване, оценка на състоянието и мониторинг на


замърсени терени, подпочвени води, резервоари и хранилища на опасни отпадъци, и защитени природни обекти или паметници на културата.


Фиг. I.26. Профил на пясък с повишена проводимост от изтичане на замърсители предизвикваща бързо затихване на сигнала Sensors & Software inc

Фиг. I.27. Локализиране на резервуари с тръби, лежащи под асфалт, бетон и жици. Sensors & Software inc

 

СЕЛСКОСТОПАНСКИ ПРИЛОЖЕНИЯ

Недеструктивно локализиране, определяне на дълбочината и картиране на:

- Нивото на подпочвените води (фиг.19)

- дренажни тръби и съоръжения

- корените на дърветата

 

ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИ СПАСИТЕЛНИ ОПЕРАЦИИ

Недеструктивно локализиране на хора и предмети затрупани от лавини:

 

Използвана апаратура

Най- подходящият геофизичен метод за решаването на тези задачи е земният радар (георадар, наричан още земен “скенер”). Преди създаването на георадара подземни обекти от пластмаса, теракота, бетон и асфалт се смятаха за неоткриваеми. Георадара стана основният метод за локализиране и картиране на непроводящи, неметални и немагнитни обекти.

Георадар- Методът е разработен от НАСА за изследване на лунния грунт за нуждите на американската космическа програма и е подобен на ехолота (сонара). Георадарът е цифров портативен уред за подповърхностно сканиране предназначен за работа по широк спектър от геотехнически, геологически, екологически, инженерни и други задачи, при които е необходимо подповърхностно наблюдение. По време на сканирането операторът вижда радиолокационната картина на дисплея на компютъра в реално време. Данните се записват на твърдата памет на компютъра за цифрова обработка, разпечатка и интерпретация на резултатите.

Принципът на действие на апаратурата за подповърхностно радиолокационно сондиране (георадар) се основава на излъчването на свръхшироколентови (наносекундни) импулси от метровия, дециметровия и сантиметровия диапазон на радиовълните и приемане на сигналите, отразени от границите на изследваната среда, имащи различни електрофизични свойства. Такива граници в изследваните среди се явяват контактът между сухи и влагонаситени почви- ниво на подпочвените води, контактите между скали с различни свойства, границите скала- въздух, почва-метал и т.н.

Георадарът открива метални обекти, тунели, гробници, кладенци, бункери и всичко, което се отличава от обкръжаващата среда. Този високо технологичен радар изследва обширни области с голяма прецизност. Хиляди квадратни метра площ може да бъде изследвана за един ден.

Използваният от нас георадар работи на дълбочина до 25 метра (фиг.14-15) с разделителна способност от 2- 15 сантиметра, като сканира и визуализира обекта в реално време (по време на изследването). Георадара не изисква интрузивен контакт. Той не поврежда изследваните обекти.

Позволява създаване на двумерни карти (срезове) на подземните обекти на различни дълбочини под земната повърхност чрез допълнителна компютърна обработка. Позволява създаване на тримерни реконструкции (3D образ) на точната форма и дълбочина на подземните обекти 

Георадарът е идеален за локализиране на подземни електрически кабели, тръби, канали, празнини и определяне на дебелина на плочи или настилка при изследване на шосета, мостове, канализация, електроснабдяване, телефонни линии, за трасиране на подземни водни магистрали (естествени и изкуствени), и картиране на градската комуникация, необходимо при строителни работи. Работи ефективно при локализиране на подземни обекти и измерване на стабилноста на терена преди започване на изкопна дейност за строеж или ремонт.

Лабораторията по Археогеофизика използва георадар, който може да се използва и за изследване под вода в сладководни басеини. Той е мощен съвременен уред, който може да се използува за много различни приложения и за рещаване на цялостни проучвателни проблеми.