Geophysical Electrical Resistivity Method in the Investigation of Multi-Layered Buried Archaeological Remains: Aydın Küçüktepe Höyük Example

Abstract

Geophysical methods, which can be applied non-destructively in the field, especially the electrical resistivity method, have techniques that produce high-resolution solutions and proven effectiveness in investigating archaeological sites. This manuscript presents an example of investigating buried structures in a large ancient settlement (Höyük) area using geophysical data. The subsurface's resistivity distribution was analyzed by two-dimensional and three-dimensional inversion processes using 29 ERT data obtained along parallel lines. The resistivity model obtained by analysis of ERT profiles collected with the Wenner electrode array was visualized with 3-D depth sections. The determined resistivity characters revealed findings, both on the surface and deeper, regarding a layered structure stratigraphy in the Aydın Küçüktepe Höyük area. Study results have shown that geophysical methods in archaeological excavation sites effectively reduce interpretation uncertainties and possible errors and provide much better subsurface characterization.

Keywords

• Archaeogeophysics
• Resistivity Tomography
• Geoarchaeology
• Ancient Settlement (Höyük)
• Aydın

Çok Katmanlı Gömülü Arkeolojik Kalıntıların Araştırılmasında Jeofizik Elektrik Özdirenç Yöntemi: Aydın Küçüktepe Höyük Örneği

Abstract

Tahribatsız olarak sahada uygulanabilen jeofizik yöntemler ve özellikle elektrik özdirenç yöntemi, arkeolojik alanların araştırılmasında yüksek çözünürlüklü çözüm üreten tekniklere ve kanıtlanmış etkinliğe sahiptir. Bu makale, jeofizik veriler kullanılarak büyük bir Höyük alanında gömülü yapıların araştırılmasına dair bir örnek sunmaktadır. Yeraltının özdirenç dağılımı, paralel hatlar boyunca elde edilen 29 ERT verisini kullanan iki boyutlu ve üç boyutlu ters-çözüm işlemleriyle analiz edildi. Wenner elektrot dizilimi toplanan ERT profillerinin analizi ile elde edilen yeraltı özdirenç modeli, 3-Boyutlu derinlik kesitleri ile görselleştirilmiştir. Belirlenen özdirenç karakterleri yüzeyde ve daha derinde olmak üzere Aydın Küçüktepe Höyük alanında katmanlı bir yapı stratigrafisine dair bulguları ortaya çıkarmıştır. Çalışma sonuçları, jeofizik yöntemlerin arkeolojik kazı alanlarında kullanımının, yorumlama belirsizliklerini ve olası hataları etkili bir şekilde azalttığını ve çok daha iyi yeraltı karakterizasyonu sağladığını göstermiştir.

Keywords

• Arkeojeofizik
• Özdirenç Tomografi
• Jeoarkeoloji
• Höyük
• Aydın

References

1. [1] Berge, M. A., Drahor, M. G. 2011. Electrical Resistivity Tomography Investigations of Multilayered Archaeological Settlements: Part II – A Case from Old Smyrna Höyük, Turkey. Archaeological Prospection 18(4), 291-302.
2. [2] Karaaslan, H., Karavul, C. 2018. Usefulness of electrical and magnetic methods in finding buried structure of the Alabanda Ancient Cistern in Çine Town, Aydın City, Turkey. Arabian Journal of Geosciences 11, 178.P. 2008.
3. [3] Karavul, C., Karaaslan, H., Demirkol, A. 2016. Investigation of structures in the Alabanda Bouleuterion by electrical resistivity method. Arabian Journal of Geosciences 9, 511.
4. [4] Candansayar, M. E., Başokur, A. T. 2001. Detecting small‐scale targets by the 2D inversion of two‐sided three‐electrode data: application to an archaeological survey. Geophysical Prospecting, 49(1), 13-25. 2004.
5. [5] Ekinci, Y. L., Balkaya, Ç., Şeren, A., Kaya, M. A., Lightfoot, C. S. 2014. Geomagnetic and geoelectrical prospection for buried archaeological remains on the Upper City of Amorium, a Byzantine city in midwestern Turkey. Journal of Geophysics and Engineering, 11(1), 015012.
6. [6] Papadopoulos, N. G., Tsourlos, P., Papazachos, C., Tsokas, G. N., Sarris, A., Kim, J. H. 2011. An algorithm for fast 3D inversion of surface electrical resistivity tomography data: application on imaging buried antiquities. Geophysical Prospecting, 59(3), 557-575.
7. [7] Karaaslan, H. 2020. Edge detection for the buried archaeological structures with the geophysical image processing method in the Alabanda Ancient Cistern in Turkey. Archaeological Prospection, 27(3), 275-284.
8. [8] Papadopoulos, N. G., Tsourlos, P., Tsokas, G. N., Sarris, A. 2006. Two‐dimensional and three‐dimensional resistivity imaging in archaeological site investigation. Archaeological Prospection, 13(3), 163-181.

9. [9] Tonkov, N., Loke, M. H. 2006. A resistivity survey of a burial mound in the ‘Valley of the Thracian Kings’. Archaeological Prospection, 13(2), 129-136.
10. [10] Drahor, M. G., Berge, M. A., Kurtulmuş, T. Ö., Hartmann, M., Speidel, M. A. 2008. Magnetic and electrical resistivity tomography investigations in a Roman legionary camp site (Legio IV Scythica) in Zeugma, Southeastern Anatolia, Turkey. Archaeological Prospection, 15(3), 159-186.
11. [11] Drahor, M. G., Kurtulmuş, T. Ö., Berge, M. A., Hartmann, M., Speidel, M. A. 2008b. Magnetic imaging and electrical resistivity tomography studies in a Roman military installation found in Satala archaeological site, northeastern Anatolia, Turkey. Journal of Archaeological Science, 35(2), 259-271.
12. [12] Rabbel, W., Erkul, E., Stümpel, H., Wunderlich, T., Pasteka, R., Papco, J., Niewönher, P., Barış, Ş., Çakın, O., Pekşen, E. 2015. Discovery of a byzantine Church in Iznik/Nicaea, Turkey: an educational case history of geophysical prospecting with combined methods in urban areas. Archaeological Prospection 22, 1–20.
13. [13] Yilmaz, S., Balkaya, Ç., Cakmak, O., Oksum, E. 2019. GPR and ERT explorations at the archaeological site of Kılıç village (Isparta, SW Turkey). Journal of Applied Geophysics, 170, 103859.
14. [14] Uğur, A. 2003. Aydın Şehrinin Kuruluşu ve Gelişme Evreleri. Coğrafi Bilimler Dergisi, 1(2), 41-62.
15. [15] Mansel, A. M. 1995. Ege ve Yunan Tarihi, Türk Tarih Kurumu Basımevi, Ankara.
16. [16] Tunçdilek, N. 1986. Türkiye’de Yerleşmenin Evrimi, İstanbul Üniversitesi Yayınları, No: 3367, İstanbul.
17. [17] Yaylalı, S., Akkan, Y., Tütüncüler, Ö., Erdan, E. 2015. Çakırbeyli-Küçüktepe Höyük 2014 Yılı Kazı Çalışması. 37. Uluslararası Kazı, Araştırma ve Arkeometri Sempozyumu, 11-15 Mayıs, Erzurum, 417-432.
18. [18] Yaylalı, S., Akkan, Y., Tütüncüler Bircan, Ö., Erdan, E. 2017. Çakırbeyli-Küçüktepe Höyük 2015-2016 Çalışmaları. 39. Uluslararası Kazı, Araştırma ve Arkeometri Sempozyumu, 22-26 Mayıs, Bursa, 113-132.
19. [19] Dora, O. Ö., Kun, N., Candan, O. 1992. Menderes Masifi’nin metamorfik tarihçesi ve jeotektonik konumu. Türkiye Jeoloji Bülteni, 35, 1-14.
20. [20] Yılmaz, S., Oksüm, E., Cakmak, O., Dogan, O., Tekelioglu, E. 2018. Preliminary results of an integrated archaeo-geophysical survey on the basis of ancient finds unearthed by an illegal excavation at Kılıç Ören site (Isparta, Turkey). Archaeological Prospection, 25, 197–207.
21. [21] Loke, M. H. 2010. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys. https://www.geotomosoft.com/downloads.php (Erişim Tarihi: 28.06.2020)
22. [22] Zhou, B., Dahlin, T. 2003. Properties and effects of measurement errors on 2D resistivity imaging surveying. Near surface geophysics, 1(3), 105-117.
23. [23] Loke M. H., Barker R. D. 1996a. Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections using a quasi-Newton method. Geophysical Prospecting, 44, 131-152.
24. [24] Loke M. H., Barker, R. D. 1996b. Practical techniques for 3Dresistivity surveys and data inversion techniques. Geophysical Prospecting, 44, 499-524.
25. [25] Loke, M. H., Acworth, I., Dahlin, T. 2003. A comparison of smooth and blocky inversion methods in 2-D electrical imaging surveys. Exploration Geophysics 34: 182–187.
26. [26] Olayinka, A. I., Yaramanci, U. 2000. Use of block inversion in the 2-D interpretation of apparent resistivity data and its comparison with smooth inversion. Journal of Applied Geophysics, 45, 63–81.