新石器时代遗址浅层地层的综合磁阻和电阻率成像技术

《Journal of Applied Geophysics》：Integrated magnetic and electrical resistivity imaging of shallow stratigraphy at a Neolithic site

　　

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  在新石器时代的Favella遗址进行的综合地球物理调查和沉积学分析。
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  沉积学数据和磁化率数据支持一个由两个单元组成的岩性模型。
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  基于棱镜的3D磁重建技术描绘了地下的第一级地质结构。
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  研究结果揭示了一个古河道和类似阶地的系统，这可能反映了人为改造的痕迹。
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  2D电阻率反演证实了古河道的存在，并限制了当地的地下水文状况。

引言

Favella della Corte（位于意大利南部的科森扎）是该地区最古老的考古遗址之一，可追溯到新石器时代。它坐落在Crati河沿岸的河阶地上，处于Sibari平原上（见图1a），主要在早期新石器时代（大约公元前6000-5700年）被人类居住，在公元前5000年代末期则处于新石器时代中期和晚期的过渡阶段（Tiné, 2012）。该地区人类社区的存在通过发掘出的住所遗迹、卢卡尼亚风格的红色单色陶器、经过打磨的燧石武器以及黑曜石刀片等证据得到证实（Tiné, 2009b）。

研究像Favella della Corte这样的新石器时代遗址对于重建意大利南部乃至整个地中海盆地早期农业社区的社会经济、技术和文化发展轨迹具有重要的意义（Barker, 1985; Robb, 2007; Tiné, 2009b）。新石器时代是人类史前史中最具变革性的时期之一，其特征是农业和畜牧业的兴起、定居方式的日益固定化，以及新的社会和经济组织形式的出现（Whittle, 1996; Guilaine, 2003）。考古遗址是记录这些过程的主要证据库，保存了能够重建居住组织、房屋结构、生存策略、技术实践和资源利用模式的物质遗存（Renfrew and Bahn, 2020）。由于意大利南部作为连接地中海中部和东部的自然走廊的地理地位，它在研究农业经济、技术创新和文化传统的传播方面具有特别重要的意义（Malone, 2003; Robb, 2007）。因此，对该地区新石器时代遗址的系统研究为实现文化传播机制、区域性联系、人口流动以及日益复杂的社会网络发展提供了关键见解（Guilaine, 2003）。

在许多考古场景中，尤其是史前遗址中，地表证据往往缺失或被沉积物堆积、冲积物、植被覆盖、农业活动或微妙的地形变化严重掩盖。这些因素经常阻碍传统的考古调查方法，限制了地下遗迹的识别（Kvamme, 2003; Conyers, 2013）。为了克服这些限制，地球物理调查已成为现代考古研究不可或缺的一部分，提供了一种非侵入性和高分辨率的方法来探测和描述各种埋藏的考古目标（参见Bozzo等人，1994；Sarris和Jones，2000；Clark和Clark，2003；Gaffney和Gater，2003；Maillol等人，2004；Zunino等人，2009；Conyers，2013；Schmidt等人，2015；Simon等人，2015；Wallner等人，2022），同时还能支持遗址的古环境重建（参见Dalan和Banerjee，1996；Bates和Bates，2000）。此外，地球物理技术能够连续地在多个空间尺度上研究浅层地下，从而在不破坏考古记录的情况下识别人为特征（Gaffney和Gater，2003）。包括电阻率和全场磁强度数据采集在内的地球物理调查为了解地下物理性质提供了互补信息，当将这些数据整合到多方法框架中时，可以更准确地解释考古沉积物（Linford，2006；Conyers，2013）。

鉴于Favella della Corte遗址在考古学上的重要性，本研究旨在对其地层和地下水文条件进行描述，以重建可追溯至新石器时代的人为古环境。为此，在图1b所示的区域进行了非侵入性的全场磁和电阻率地球物理调查，并结合了磁化率测量和现有的沉积学分析（Tiné，2009a）。本文的其余部分安排如下：第2节概述了Favella della Corte遗址的地质和考古特征，重点介绍过去在该调查区域内进行的沉积学分析；第3节讨论了全场磁强度和磁化率数据集的采集情况，以及电阻率数据，并分别使用三维和二维反演技术对这些数据进行了建模；最后，第4节综合解读了研究结果，提供了遗址的古环境重建。

章节片段

地质和考古背景

Sibari平原的地层（见图1a）主要由硅质砂构成，其上覆盖着较粗的砂和砾石（Tiné, 2009b）。这些地层与中高能量的河流搬运和沉积过程相关，由于其相对较高的渗透性，通常含有地下水位。此外，与河流泛滥过程相关的淤泥和黏土与较粗的砂和砾石交替出现（

数据采集

在全场磁调查中，我们在两个不同的区域A1和A2进行了测量，覆盖面积达11,600平方米（见图1b）。沿测量线每2米采集一个数据点，每条测量线之间的距离也为2米。使用的仪器是Scintrex MP3质子进动磁力计，分辨率达到0.1纳特斯拉，A1区域采集了2300个样本，A2区域采集了700个样本。全场磁值经过校正，以消除日变影响，校正工作是在距离测量点约50米的临时基站进行的。

结果与讨论

在本节中，我们将对上述地球物理技术的所有结果进行详细的主题性讨论。为了总结和整合各个结果，图6展示了一个基于E5剖面数据（该剖面最接近S1探沟）的综合解释模型，包括电阻率反演结果、S1点的直接地层观测和磁化率测量结果，以及一个垂直剖面图

结论

本研究结合了非侵入性地球物理方法、沉积学分析和探沟中的磁化率测量，重建了Favella della Corte新石器时代遗址的古环境。现有的沉积学分析揭示了一个由三层组成的地层系统，其中中间层为厚度不定的含沙淤泥。独立来看，磁化率数据强调了内部沉积过程的作用

CRediT作者贡献声明

Alberto Cogliati：负责撰写初稿、可视化制作、方法论设计和数据分析。Alessandro Ghirotto：负责撰写、修订与编辑、软件开发和方法论设计。Andrea Zunino：负责撰写、修订与编辑、软件开发和方法论设计。Luca Peruzzo：负责监督工作。Jacopo Boaga：负责监督工作。Mauro Pavan：负责资源调配和调查工作。Egidio Armadillo：负责撰写、修订与编辑、监督工作、资源调配和概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了帕多瓦大学的地球科学系提供的财务支持

Alberto Cogliati|Alessandro Ghirotto|Andrea Zunino|Luca Peruzzo|Jacopo Boaga|Mauro Pavan|Egidio Armadillo