METODY GEOFIZYCZNE PROSPEKCJI TERENOWEJ
- ogólne zastosowanie slajd1
W ostatnich latach coraz częściej stosuje się badaniach archeologicznych metody geofizyczne. Odgrywają one ważną rolę w zakresie lokalizacji i poszukiwania zabytków archeologicznych. Ten typ prospekcji jest możliwy dzięki istnieniu kontrastu (zmian badanych paramentów) pomiędzy obiektem archeologicznym a jego otoczeniem.
slajd2Metody geofizyczne możemy podzielić na:
· pasywne – rejestrujące zmiany pewnych parametrów np. metoda magnetyczna
· aktywne – sztuczne wywołujące taki kontrast np. działanie zewnętrznym polem elektrycznym - metoda elektrooporowa lub polem elektromagnetycznym – metoda elektromagnetyczna
W zależność od stosowanej metody obserwuje się inne parametry fizyczne.
slajd3 tabela 1.
- opór elektryczny właściwy (rezystywność)
- przewodność elektryczna właściwa (konduktywność)
- przenikliwość magnetyczna
- podatność magnetyczna
- stała dielektryczna
Metody geofizyczne moga być wykorzystywane do badania wszystkich kategorii stanowisk archeologicznych tz.:
· stanowisk widocznych w terenie (np. ruiny)
· płytko zalegających obiektów (np. niszczonych orką)
· stanowisk głęboko ukrytych pod powierzchnią ziemi (np. puste przestrzenie – piwnice, niektóre rodzaje grobów).
Teoretycznie każdy obiekt należący do jednej z wyżej wymienionych grup można zlokalizować za pomocą geofizyki, jednak w praktyce wynik prospekcji zależy od wymiarów obiektów, stosunku rozmiarów do głębokości zalegania oraz od tego w jakim stopniu właściwości fizyczne obiektu różnią się od właściwości fizycznych otoczenia. Idealna dla badań geofizycznych jest sytuacja, kiedy poszukiwane pozostałości zalegają stosunkowo płytko i różnią się od otoczenia zarówno wartościami podatności magnetycznej i przewodności elektrycznej.
METODA ELEKTROOPOROWA (GEOELEKTRYCZNA)slajd4
Metoda elektrooporowa podobnie jak inne metody geofizyczne prospekcji archeologicznej wywodzi sie z geologii, gdzie była stosowana już przed I wojną światową. W archeologii została wpowadzona jako pierwsza z metod geofizycznych w 1946 r. przez Richarda Atkinsona na stanowisku Dorchester on Thames. W 1953 r. John Martin i Anthony Clark opracowali pierwszy przyrząd pomiarów elektrooporowych dla celów badań archeologicznych.
Zasada metody.
W metodzie tej wykorzystuje sie fakt, że zarówno skały jak i gleba w różnym stopniu przewodzą prąd elektryczny. W pomiarach opieramy się na obserwacji takich parametrów fizycznych jak:
Im konduktywność większa tym lepszy przewodnik.
Im wieksza rezystywność tym gorszy przewodnik.
slajd5
Wartości przewodności elektrycznej i oporu właściwego niektórych skał oraz obiektów archeologicznych przedstawia tabela 2. Wartości te wyznaczone są w warunkach laboratoryjnych. Z przedstawionych danych wynika, że opór gruntu zależy od rodzaju gleby i skał. Glina, ił, humus i less wykazują mniejszą oporność czyli lepiej przewodzą prąd. Natomiast nieporowate skały typu bazalt czy granit mają większą oprność a więc są gorszymi przewodnikami.
W terenie rejestrujemy przewodność i opór pozorny to znaczy średnią wartość oporności lub przwodności warstw zalegajacych do maksymalnej głębokości penetracji prądu.
slajd6
Opór elektryczny oraz przewodność elektryczna mogą zmieniać się w zależność od stopnia zawilgocenia skał i gruntów co przedstawia tabela 3. Im większa wilgotności ośrodka tym mniejszy opór a więc lepsza przewodność.
slajd7
Znajdujące się w ziemi obiekty zaburzają równomierność rozkładu oporności i dlatego mogą być zlokalizowane za pomocą odpowiedniej aparatury pomiarowej.
Ryc. 1 przedstawia rozkład linii prądowych w ośrodku jednorodnym oraz zakłócenie linii gdy w ośrodku jednorodnym znajduje się ciało o innej przewodności.
Przypadek A - ośrodek jednorodny – układ linii ekwipotencjalnych jest regularny.
Przypadek B – w ośrodku jednorodnym znajduje się dobry przewodnik – linie ekwipotencjalne zbliżają się do siebie.
Przypadek C – w ośrodku jednorodnym znajduje się zły przwodnik– linie ekwipotencjalne oddalają się od siebie.
Slajd8
Ryc. 2 przedstawia schematycznie wyniki badań metodą elektrooporową. Zwiększenie oporność może świadczyć o istnieniu pod ziemią np. murów, fundamentów lub pustych przestrzeni. Zmniejszenie oporności może być spowodowane np. istnieniem rowu, jamy wypełnionej humusem, który gromadzi więcej wilgoci.
slajd9 Metodyka pomiarów elektrooporowych.
Pomiary wykonuje się na obszarsze wcześniej wyznaczonej siatki pomiarowej. Badany obszar dzieli sie na kwadraty najcześciej o bokach od 0,5 m do 1 m. Wielkość siatki pomiarowej uwarunkowana jest dokładnością badań jaką chcemy uzyskać. W wyznaczonych miejscach przeprowadza się pomiar oporu. Pomiar odbywa się według następującego schematu (Ryc. 3). Przez elektrody AB zwane elektrodami prądowymi wprowadza się do ośrodka prąd (najczęściej prąd zmienny) o natężeniu I [mA]. W czasie przepływu prądu między elektrodami pomiarowymi M i N powstaje różnica potencjałów V [mV]. Znając natężenie prądu i różnicę potencjału można wyznaczyć oporność pozorną ośrodka.
Slajd10
gdzie K współczynnik układu pomiarowego wynikająca z rozstawu elektrod zasilających i pomiarowych.
Wzajemne relacje miedzy elektrodami prądowymi AB i pomiarowymi MN decydują o zasięgu głębokościowym prospekcji. Zasięg jest większy im wieksza jest odległość między elektrodami AB. Teoretyczne wyliczono, że głębokość prospekcji powinna równać się 1/4 odległości między elektrodami AB. Istotny wpływ na zasięg głębokościowy mają również inne czynniki takie jak istnienie przypowierzchniowej warstwy wysokooporowej. Warstwa ta powoduje zahamowanie przenikania prądu w głąb badanych warstw. Prąd rozchodzi się po powierzchni, tworzą tzw. ekrany elektryczne. Wraz ze wzrostem głębokości pomiaru wzrasta błąd, którym obarczone są wyniki, dlatego najczęściej przeprowadza się pomiary na określonej głębokość w obrębie jednego stanowiska tzw. pomiar profilowany. Przeprowadzenie pomiarów zmian oporu w pionie wzdłuż wyznaczonej siatki nazywa się sondowaniem pionowym.
slajd11 Techniki pomiarów elektrooporowych.
- Metoda bezpośredniego wprowadzenia prądu – Direct Current Method. Metoda wykorzystująca dwie elektrody prądowe AB i dwie elektrody pomiarowe MN. W praktyce stosuje się różne układy elektrod. (Ryc. 4.)
- Metoda oparta na zjawiskach reakcji elektro-chemicznych zachodzących pod wpływem prądu elektrycznego - Self Potential.
- Metoda polaryzacji wzbudzonej. Obserwuje się tutaj zanik napęcia po wyłączeniu urządzeń zasilających - Induced Polaryzation.
Opracowanie wyników.
slajd12 W najwcześniejszym okresie pomiary terenowe i opracowanie wyników było bardzo pracochłone. Pomiary zapisywano na specjalnych kartach następnie sporządzono wykresy i mapy izolinii rozkładu pionowego oporności. Przykłady Ryc. 5. , Ryc. 6.
slajd13 Obecnie zautomatyzowana technika pomiarów, automatyczny zapis wyników oraz interpretacja bardzo ułatwiają pracę badawczą. Wykorzystuje się tzw. urządzenie mobilne z jednostką napędową oraz nawigacją GPS ułatwiającą lokalizację punktów pomiarowych oraz kontrolę toru jazdy.
slajd14 Nowoczesna aparatura pomiarowa posiada system do przechowywania wyników w pamięci z możliwością transmisji danych do komputera. Programy komputerowe mają możliwość analizy i graficznej prezentacji pomiarów elektrooporowych. Programy umożliwiają wygenerowanie rozkładu oporności pozornej w postaci map kolorowych i w odcieniach szarości oraz reliefowych.
slajd15 Wady i zalety.
Zalety:
- nie niszczy istniejących pozostałość archeologicznych
- metoda szybka, zastosowanie systemu mobilnego zwiększa przebadany obszar nawet dziesięciokrotnie.
Wady:
- na wyniki badań ma wpływ wilgotność oraz istnienie naturalnych uskoków i pękneć warstw, w których może zbierać się woda
- ograniczeniem metody jest istnienie warstw o wysokiej oprności utrudniających prospekcję
- utrudnienie ze względu na istniejące sieci wodno-kanalizacyjne, energetyczne i telekomunikacyjne.
Ze względu na powyższe wady interpretacja powinna być dokonywana przez spacjalistów z dużym doświadczeniem.
slajd16 Ośrodki w Polsce zajmujące się metodami geofizycznymi:
Instytut Archeologii i Etnologii PAN w Warszawie - Krzysztof Misiewicz
Instytut Fizyki UAM w Poznaniu – Przemysław Kiszkowski.
Muszaki