Applied near surface geophysics : the detection of unmarked graves in the U.K.

This thesis contains the study and application of near-surface geophysical techniques including Ground Penetrating Radar (GPR) and bulk ground electrical resistivity. The study has been carried out in relation to the detection of unmarked graves, with aims to understand the advantages and disadvantages of each technique, along with the optimal equipment configurations for target detection success. A thorough study and application of the magnetic susceptibility method has also been undertaken in order to test the applicability of this technique. Finally, relationships between the age of known burials and the nature of geophysical responses have been tentatively identified. The practical experiments and case studies have used GPR antennas frequencies ranging from 110 MHz to 900 MHz, whilst the bulk ground electrical resistivity method has utilised standard archaeological array configurations of the twin probe array configuration, with mobile probe spacings of 0.5 m and 1 m. The magnetic susceptibility has utilised a 20 cm diameter surface probe for data collection. Geophysical survey results have shown that generally mid-range antennae frequencies are optimal for graves detection, although soil type and depth of the targets may play a significant role in the success of the GPR survey. Both 0.5 m and 1 m probe spacing for bulk ground electrical resistivity surveys are also recommended to be utilised, with the only inconvenience given by the fact that the graves may not possess any electrical response. This consideration has led to the understanding that the electrical method shall be always used as a complementary technique to GPR. Key variables from this study suggest the importance of expected depth of burials in the choice of equipments and settings, and that trial preliminary surveys shall always be conducted, if possible, over known burials before full surveys. The magnetic susceptibility method has been found to be unsuitable for the detection of deeply buried objects like graves. A relationship between the nature of geophysical anomalies and burials age has been identified for GPR and electrical resistivity method, although a larger dataset will be required for statistically valid correlation.

Il presente elaborato di tesi di laurea riguarda lo studio e l’applicazione di metodi geofisici mediante l’utilizzo di tecniche quali Ground Penetrating Radar (GPR) e metodo elettrico della resistività. Lo studio è stato intrapreso con lo scopo di individuare l’applicabilità e l’affidabilità delle tecniche sopra citate per il rilevamento e la localizzazione di sepolture non contrassegnate, insieme alla definizione dei settaggi della strumentazione più adeguati allo scopo. Inoltre sono stati condotti studi e applicazioni del metodo della suscettibilità magnetica con l’obiettivo di verificarne la compatibilità e l’affidabilità nella localizzazione di tombe. Infine, si è cercato di individuare una correlazione tra la data di sepoltura e il responso geofisico in termini di natura dell’anomalia. Gli esperimenti e i casi di studio trattati sono stati condotti mediante l’utilizzo di antenne GPR con frequenze comprese tra i 110 MHz e i 900 MHz, mentre per quanto riguarda il metodo della resistività elettrica è stata utilizzata la configurazione dell’array denominata “twin probes array configuration”, con una spaziatura tra gli elettrodi mobili di 1 m o 0,5 m. Il metodo della suscettibilità magnetica è stato condotto utilizzando un sensore di 20 cm di diametro per la raccolta di dati superficiali di suscettibilità magnetica. Le indagini geofisiche svolte hanno evidenziato la migliore adattabilità alla localizzazione delle sepolture da parte delle antenne GPR a media frequenza (attorno ai 450 MHz), nonostante sia il tipo di suolo che la profondità dei target possano giocare un ruolo fondamentale nel buon esito dell’indagine geofisica. Per quanto riguarda il metodo elettrico, le configurazioni con 0,5 m e 1 m di spaziatura tra gli elettrodi mobili sono entrambe raccomandabili nel caso in cui la profondità del target cercato non sia nota a priori, con il solo svantaggio dato dal fatto che le tombe potrebbero non possedere alcun contrasto geofisico nei confronti del metodo. Questa considerazione suggerisce come sia sempre consigliato utilizzare il metodo elettrico in maniera complementare al metodo GPR. Dall’esperienza di lavoro svolto in codesto elaborato di tesi, si può desumere come sia la profondità delle sepolture che la necessità di svolgere, ove possibile, indagini preliminari per testare la strumentazione e Estratto xiii individuare i settaggi ottimali siano di fondamentale importanza per il buon esito finale dell’indagine geofisica. Il metodo della suscettibilità magnetica si è invece rivelato essere inadatto per l’individuazione di oggetti sepolti a significative profondità come tombe e sepolture. E’ stata infine identificata una relazione tra epoca di sepoltura e natura del segnale geofisico di risposta ottenuto per GPR e metodo della resistenza elettrica, nonostante siano necessari ulteriori studi in merito al fine soprattutto di ampliare il dataset a disposizione con lo scopo di conferire un maggior significato statistico alle correlazioni.