位于现代城市公园的历史坟墓
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位于现代城市公园的历史坟墓

考古学家使用包括 GPR 在内的多种地球物理工具在西弗吉尼亚州查尔斯顿的一个曾经是公墓的城市公园中寻找 19 世纪的坟墓。

作者:Jarrod Burks,博士
俄亥俄河谷考古公司

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hio Valley Archaeology, Inc. 与西弗吉尼亚州立大学合作,代表西弗吉尼亚州查尔斯顿市在 Ruffner 纪念公园进行了地球物理调查工作。 这项工作的重点是定位曾经与 Ruffner 公墓有关的坟墓,该公墓现在是一个名为 Ruffner 纪念公园的城市公园。 该墓地由 Ruffner 家族于 1803 年建立,该家族在羽翼未丰的查尔斯顿市上方的卡纳瓦河沿岸拥有大片土地 (图1).

随着查尔斯顿的发展,包括 Ruffner 家族公墓在内的一英亩土地在 1831 年至 1871 年间被出售给该市,用作城市墓地,此时新的 Spring Hill 公墓成为该市的墓地。 虽然从 Ruffner 公墓挖掘出多达 50 个墓葬并移至 Spring Hill 公墓,但仍有许多墓葬留在原地。

在 1920 年代,这片土地从墓地变成了公园。 剩下的石碑被连根拔起,平放在地上,整个一英亩的地块被两英尺厚的填料覆盖。

地球物理调查的目标是 (1) 检测可能的坟墓,(2) 定位埋藏的标记石,以及 (3) 识别墓地的其他组成部分,例如地块边界和内部路径或道路。

图1
位于西弗吉尼亚州查尔斯顿市的拉夫纳纪念公园,前身为拉夫纳公墓。

虽然调查包括来自 GPR、磁梯度测量和接地电阻的数据,但这个故事突出了 GPR 数据的结果。

用地球物理仪器探测坟墓

众所周知,使用地球物理测量仪器很难检测到坟墓,而且通常是出于不可预测的原因。 在一些墓地,每一个坟墓都可能被探测到,而在另一些墓地,仪器完全看不到坟墓。

坟墓的三个主要方面决定了它们在地球物理调查中的可探测性:坟墓及其内部和周围的土壤、墓穴的存在、使用的棺材类型以及它是否仍然完好无损。

宿主土壤: 可检测性的这种差异大部分源于用于掩埋的区域中发现的土壤类型的变异性,例如沙质土壤与粘土质土壤。 一些土壤类型比其他土壤类型更容易进行坟墓检测。

图2
坟墓及其组成部分的理想化例子。

墓穴:在地球物理勘测过程中,对于较旧的坟墓(即 19 世纪及更早的时期)进行成功检测,也许最重要的方面是坟墓竖井及其填充物。 坟墓是椭圆形到矩形的洞,在地下挖出两到六英尺。 它们的水平范围变化很​​大,并且取决于坟墓居住者的大小(例如,成人与儿童)以及棺材和/或墓穴的使用。 与较小的青少年墓葬相比,地球物理仪器更容易检测到较大的墓碑,例如成人墓碑。

放置在坟墓井中的土壤类型对于地球物理测量设备的检测也很重要。 墓穴中的沉积物是可检测的,因为它们的性质与周围完整的土壤明显不同(即,它们受到干扰)。 然而,在没有独特层的土壤中挖出的坟墓比在具有许多独特层的土壤中挖出的坟墓更难被发现。 在极端情况下,当在 GPR 数据中寻找土壤差异时,在沙丘或沙滩沙等均质介质中挖一个洞,然后用相同的沙子回填可能更难检测到。

其他几个土壤特征也影响了坟墓的可探测性。 由于墓穴填充物的土壤特性(孔隙度、密实度等)与周围未受干扰的土壤不同,因此墓穴对水分的保持和排水往往与周围环境不同。 因此,土壤水分差异在严重可探测性中起着关键作用。 例如,最近的大雨可以使 GPR 更容易探测到坟墓的顶部。

土壤层的中断或扰动是所有坟墓共有的,有时可以通过 GPR 检测到。 许多坟墓,尤其是较旧的坟墓,在棺材倒塌和坟墓竖井填充物沉降时会发生沉降(图2,坟墓2)。 这会在表面留下一个凹陷。 通常,用于填充塌陷坟墓的土壤来自与原始坟墓竖井填充物不同的来源。 这种不同的土壤有时可以用 GPR 检测到。

墓穴:当然,坟墓里的东西也是可探测性的主要贡献者——钢筋混凝土拱顶很容易被几乎所有类型的测量仪器和任何土壤类型探测到(图2, 坟墓 3)。

美国几乎所有的现代坟墓都涉及将棺材放置在地下墓穴中——这种做法也被用于世界许多其他地方。 较旧的坟墓有时包含用砖或木头制成的拱顶。 不管是什么材料,金库肯定会影响坟墓中的土壤水分含量,假设它可以深入地下,让 GPR 更容易检测到它们。

棺材:棺材的类型也可能影响地球物理调查期间坟墓的可探测性。 大多数木棺都不会被发现,在较老的墓地中,许多木棺已经倒塌并腐烂了(图2,坟墓2)。 然而,如果完好的木制棺材仍然含有气穴,则有可能被 GPR 检测到(图2, 坟墓 1)。

一种类型的棺材更容易用地球物理仪器检测——铸铁棺材/棺材。 美国的第一个铸铁棺材专利于 1848 年颁发,此后不久(1850 年代),铁棺材被用于全国各地的墓地,尽管数量很少,而且主要用于富裕的个人。 GPR 可以检测任何类型的金属棺材,如果它足够大,甚至可以检测到棺材硬件(钉子不太可能大到用 GPR 检测),假设 GPR 信号可以深入地下以到达棺材,情况并非总是如此。

探地雷达是最流行的地球物理方法,它可以深入地下,并具有足够的分辨率来检测坟墓中的人类遗骸。 但即使 GPR 可以穿透足够深,骨骼和土壤也具有相似的 GPR 特性,因此通常没有足够的对比度来产生可解释的反射。 此外,由于在大多数墓地中存在其他更容易检测到的物体,因此检测非常细微的特征或物体(例如土壤中的骨头)变得复杂。 例如,树根在 GPR 数据中可能非常独特,它们可以掩盖其旁边和下方的细微 GPR 反射。

其他地下物体:除了坟墓,墓地还包含墓地标记、墙壁、路径、道路、小型建筑地基、周边围栏、水井和其他类型的装饰/花园特征。 寻找这些特征的地球物理特征对于确定墓地的结构以及墓地的一般位置以及墓地边界的位置非常重要。 墓地边缘也可以通过墓地外发生的活动来区分。 例如,在墓地或墓地的边缘进行耕作通常会在地球物理数据中产生独特的耕作模式,而墓地中则明显不存在。

调查地点的土壤条件

鲁夫纳纪念公园的土壤由较深的细砂壤土组成,粘土含量显着增加,从地表以下约 41 厘米开始向下延伸至地表以下约 132 厘米,细砂壤土再次出现。 沙质土壤非常适合 GPR 勘测,因为它们允许 GPR 信号比淤泥或黏壤土更深入地渗透到地下。

GPR数据收集

使用 Noggin 500 系统在 Ruffner 纪念公园收集 GPR 数据(图3)。 500 MHz 中心频率 GPR 是适合大多数考古应用的中频系统。 一个 54 纳秒的时间窗口用于“监听”从发射的 GPR 脉冲到大约 2 米深度的返回反射。

图3
NOGGIN 500 MHz SmartCart 系统在现场收集数据。

在 500 MHz 时,每 2 厘米收集一次 GPR 迹线或“读数”,即每米 50 条迹线。 将 20 米长(1000 条迹线)的 GPR 勘测线收集在网格中,横断面间隔 25 厘米。 此次调查共收集了约11,200米的数据和560,000条轨迹。

显示被解释为埋藏标记石头的反射的 GPR 横截面显示在 图4.

图4
GPR 剖面显示了可能与墓碑相关的异常(用白色箭头表示)的示例,这些异常通常发生在地表以下 50-80 厘米处。

从 65 到 85 cm 的 GPR 幅度深度切片示于 图5 解释了 15 个可能的墓碑。

图5
地表以下 65-85 厘米处的 GPR 振幅切片图显示了可能的墓碑——黄色箭头表示该图中可见的至少 15 个可能的墓碑之一。

根据 GPR 结果,用土壤取芯设备测试了五个被认为是标记石头的位置,并且在所有五个案例中,石头都在地表以下约 55 厘米至 80 厘米(即约 2 英尺)之间遇到。

显示被解释为坟墓的反射的 GPR 横截面显示在 图6.

图6
带有白色箭头的 GPR 剖面图表明了坟墓的明显和微妙的迹象——注意它们是如何出现在剖面中的 120 厘米以上,在与树根相关的许多双曲线下方,这些双曲线通常比地表以下 80 厘米浅。

从 120 到 140 cm 的 GPR 幅度深度切片示于 图7. 高振幅、局部反射器被解释为坟墓。

图7
从地表以下 120 到 140 厘米的 GPR 振幅切片图显示了可能的坟墓——黄色箭头表示该图中可见的许多坟墓之一。

成果

地球物理调查结果发现了 207 个可能的坟墓和至少 41 块埋在地下的标记石,以及一条可能通往墓地的原始路径和另外两个不确定来源的大型直线特征。图8)。 检测到的石头和可能的坟墓出现在不同的行/行中,在公园中间附近有密集的集群。

图8
地球物理调查结果的解释,显示可能和可能的坟墓,以及公用设施和其他可能感兴趣的特征。

地球物理调查工作的结果表明,墓地呈规则的网格布局,一排排垂直于道路和河流。 虽然在整个公园内发现了可能的坟墓和标记,但大部分检测到的坟墓位于公园中心附近,位于纪念纪念碑和道路之间。 在探地雷达和磁力计调查中检测到三个铁埋容器(在 图8)。 其中两个与墓地西部边缘的原始 Ruffner 地块有关。

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