Some results of discovering old vestiges in the vicinity of kinh thien temple

VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  Some results of discovering old vestiges  in the vicinity of Kinh Thien Temple  Vu Duc Minh1*, Nguyen Ba Duan2   College of Science, VNU   Institute of Geophysics, VAST  Received 14 June 2007  Abstract. After reporting the results on the old road foundations around Doan Mon vestige, apart  from investigating to discover old vestiges in the vicinity of Kinh Thien Temple, the authors try to  determine  whether  these  old  discovered  road  foundations  still  exist  and  direct  from  inside  Doan  Mon to Kinh Thien Temple or not?  The results show that it can be imagined that whole investigated area can locate on the flat hill,  with indications of the culture of the Le Dynasty and of the Tran Dynasty at the depth of about 1 m  and  2  m.  The  indications  of  old  road  foundations  and  old  roads  are  clearly  seen.  These  road  foundations and roads have a direction extended from Doan Mon Gate to Kinh Thien Temple. In  addition,  small  noticeable  abnormal  objects  have  been  discovered  in  the  investigated  area.  The  results are reported in this paper.  Keywords: GPR; MRI; Profile; Antennae; Wave patterns.  the  ground.  Among  those,  the  Multi‐electrode  Resistivity Imaging (MRI) method [1, 3] and the  Ground‐Penetrating Radar (GPR) [2, 3] method  are near earth surface ones, which are considered  as the main methods.  In  Vietnam,  geophysicists  start  to  pay  attention to this problem, especially leaders and  managers have been allowed to use geophysical  methods in the work to discover old vestiges in  order  not  to  destroy  the  scene  as  well  as  the  vestiges,  to  help  the  archaeologists  to  see  overall  picture  of  the  area  under  investigation,  and hence to dig only necessary vestiges.  This  paper  presents  some  results  of  discovering old vestiges in the vicinity of Kinh  Thien Temple using above‐mentioned methods.  1. Introduction*  A  difficult  problem  of  archaeological  work  is that in order to discover old vestiges one has  first to rely on signs on the ground surface and  then do excavations by hand digging. This does  not  always  lead  to  a  positive  result,  and  sometimes  partly  destroys  the  vestige.  On  the  other  hand,  if  a  vestige  has  been  found  after  digging,  its  preservation  is  very  difficult,  expensive, and low effective.  Nowadays,  geophysical  archaeological  methods  have  been  successfully  used  in  the  world  for  the  purpose  of  discovering,  locating  and  mapping  archaeological  objects  buried  in  _  Corresponding author. Tel.: 84‐4‐8587781.    E‐mail: minhvd@vnu.edu.vn  * 177  Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  2. Features of the area under investigation and  field methods  At present, the Kinh Thien Temple area and  its  vicinity  (Fig.  1)  have  many  houses  in  use.  Apart  from  these  houses,  internal  roads  are  concreted or asphalted. There are no any sign of  the old vestiges on the ground surface.  However,  above  Kinh  Thien  Temple,  according  to  historical  data,  there  is  a  house  which  was  built  a  long  time  ago  and  has  been  restored.  Below  the  King’s  yard,  there  are  two  stone dragons with heads along the north‐south  direction.  Behind the houses N6 and N18 to the south  is Doan Mon vestige. The Archaeological Institute  and Department of Culture and Information of  Hanoi  have  made  archaeological  excavations  inside  Doan  Mon  vestige.  They  have  found  a  yard covered by the brick, stone jetty of the Le  Dynasty  at  the  depth  of  1‐1.2m,  a  1.3m‐wide  road of the Tran Dynasty covered by the lemon  flower‐color brick at the depth of 1.9‐2m, below  it the road foundations of the Ly Dynasty have  been  found.  In  previous  research  on  the  area  around  Doan  Mon  [3],  we  have  discovered  these  old  road  foundations  behind  Doan  Mon  vestige. Therefore, apart from our investigation  in  order  to  discover  old  vestiges  in  the  Kinh  Thien  Temple  area,  we  want  to  determine  whether  these  old  road  foundations  still  exist  and  direct  from  inside  the  Doan  Mon  to  the  Kinh Thien Temple or not?  We  used  two  geophysical  methods:  GPR  and  MRI.  The  measuring  profiles  have  been  arranged  so  that  they  are  coinciding  with  or  perpendicular  to  the  directions  of  old  road  foundations  found  inside  Doan  Mon  vestige,  from Doan Mon gate to the King’s yard of Kinh  Thien  Temple,  with  two  areas:  area  1  between  Kinh  Thien  Temple  and  house  N15,  area  2  between  houses  N16,  N17,  N6  and  N18.  In  these  profiles,  the  MRI  measuring  profile  with  178 distance of 1 m between the electrodes is profile  DIEN‐2  just  in  front  of  house  N15  and  the  King’s yard and a plenty of the GPR measuring  profiles  with  antennae  of  80  MHz  (denoted  as  80, for example 80D11), 200 MHz (denoted as 2,  for  example  2D4)  and  400  MHz  (denoted  as  4,  for example 4TEST1). These profiles are presented  in Fig. 1.  3. Results of analysis   3.1. Area between houses N16, N17, N6, and N18  In  this  area,  we  have  made  seven  GPR  measuring profiles with antennae of 80, 200 and  400  MHz.  Among  these  profiles,  five  profiles  directed from East to West (profiles 80N30 and  4TEST1,  which  coincide  with  each  other)  and  two  profiles  directed  from  the  south  to  the  north, which coincide with each other but have  different  depths.  Due  to  technical  reason,  MRI  measurements have not been carried out (Fig. 1).  Fig. 2 shows the results of analysis for three  GPR profiles measured by 80 MHz antenna. In  the  wave  pattern  of  these  profiles,  a  sign  of  foundation layers is not seen because wavelength  of  the  80  MHz  antenna  is  large  (about  1.25  m)  and, consequently, many objects of smaller size  are neglected. However, from 2D joined picture  and wave patterns we observe rather clearly the  geological structure of this area (probably it is a  broad and not high hill).  Comparing  the  results  of  the  GPR  sections  of  two  coinciding  GPR  profiles  80D9N  and  80D9N2  having  different  depths  (Fig.  3),  one  can  see  that  geological  structure  signs  along  these  profiles  coincide  with  each  other  and  are  at small depth (about 2.5 m) in the beginning of  the profiles.  Fig. 4 presents the results of the GPR sections  with 200 MHz and 400 MHz antennae. All three  GPR  sections  show  similar  characteristics,  namely  many  abnormal  objects  and  strong  179 Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  reflecting borders. A sign of foundation layer at  1m depth exist but not clearly; foundation layer  at 2m depth is rather clearly seen on the profile  2TEST1 but not clearly on other profiles due to  distance is not deep enough. In the ending part  of  the  profiles  (closed  to  house  N17  in  the  scheme),  there  are  strong  reflecting  geological  borders  at  small  depth  (only  about  1.5  m)  sloping  to  the  beginning  of  the  profiles.  This  can be a vestige of a hill area. It is covered by a  filled land affected by human activities.  Especially,  on  two  GPR  sections  4TEST2  and  4TEST1  there  is  a  sign  of  a  road  of  the  Le  Dynasty,  on  both  sides  of  which  there  are  two  stone  jetties,  in  particular  clear  on  the  GPR  section  4TEST2,  in  the  middle  of  which  we  observe  multiple  reflections  since  radar  waves  beat at strong reflecting objects (brick, stone etc.).  This  sign  is  clearly  seen  in  Fig.  5.  However,  these  two  profiles  are  about  10  m  apart  but  distance  between  two  stone  jetties  is  changed?  On  the  GPR  section  4TEST2  it  is  from  distance  at  5.5  to  10  m  (4.5  m),  on  the  GPR  section  4TEST1 from distance at 6.5 to 9.5 m (3 m). This  problem  should  be  clarified  in  the  next  investigation.    Fig. 1. Position scheme of geophysical investigation profiles.  Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  180   Fig. 2. Wave patterns and 2D joined pictures of 80 MHz‐antenna profiles:   two profiles 80N31, 80N30 and one profile 80D9N2.    Fig. 3. Comparison of the results of the GPR sections of the profiles 80D9N2 (above)   and 80D9N (below) coinciding with each other but with different depths.  181 Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186    Fig. 4. Wave patterns and results of analysis for profiles 2TEST1 (above), 4TEST2 (middle) and 4TEST1 (below) 3.2.  Area  in  the  front  of  the  King’s  yard  of  Kinh  Thien Temple  In this area, we have made 4 GPR measuring  profiles  with  antennae  of  80  MHz,  200  MHz  and  one  MRI  profile  (DIEN‐2).  Among  those,  profiles  80D11  and  2D4  coincide  with  each  other,  in  front  of  the  King’s  yard;  the  profiles  80D12 and 2D5 coincide with each other, in front  of  the  yard  of  house  N15  and  nearly  coincide  with  the  profile  DIEN‐2.  These  profiles  direct  from  the  east  gate  to  the  west  gate  (Fig.  1),  or  from the right to the left in wave patterns.   In  the  wave  pattern  of  the  GPR  measuring  profiles with antennae of 200 MHz (Fig. 6), one  can  see  two  foundation  layers  at  the  depth  of  about 1 m and 2 m, existing from the beginning  to  the  end  of  the  profiles.  Probably  these  two  foundation  layers  are  related  to  the  culture  of  the  Le  Dynasty  and  the  Tran  Dynasty.  On  the  GPR section 2D5 (in front of house N15) a sign  of  2m‐foundation  layer  is  weaker;  on  the  GPR  section  2D4  (in  front  of  the  King’s  yard),  this  foundation  layer  is  clearer  and  somewhat  sloping  to  east.  On  both  profiles,  abnormal  objects are discovered. On the GPR section 2D4,  there  are  several  strong  reflections  at  distance  of  11‐24  m  (in  the  part  in  front  of  the  King’s  yard) from ground surface to the depth of 1.7 m.  This  can  be  due  to  multiple  reflections  from  terraces  in  front  of  the  King’s  yard  under  ground. On the GPR section 2D5, there are two  regions at distance of 4‐10 m and 15‐20 m, at the  Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  depth  of  0.5‐1.2  m  in  which  an  indication  of  inhomogeneous environment exists. Especially,  between these two regions (at distance of 10‐15 m)  there are very strong reflections at the depth of  1.2 m and below. These may be reflections from  a flagstone or from rather thick concrete.  Fig.  7  presents  a  comparison  of  two  wave  patterns  of  the  same  profile  2D5  but  measured  by  RAMAC equipment  with  500 MHz antenna  and  by  SIR  10B  equipment  with  200  MHz  antenna.  One  can  see  two  inhomogeneous  regions on both sides and one strong reflecting  anomaly  in  the  middle  of  which  have  rather  clear  and  coinciding  indications.  One  can  observe indication of this anomaly in the wave  pattern  of  profile  80D12  (Fig.  8)  and  pseudoresistivity cross‐section (Fig. 9).   182 In  the  wave  pattern  of  the  GPR  profiles  (80D12  and  80D11)  with  antennae  of  80  MHz  (Fig.  8)  indications  of  foundation  layers  and  of  some abnormal objects are not clear because the  antenna of low frequency (80 MHz) is used and,  consequently,  many  objects  with  smaller  size  are neglected. In addition, this type of antenna  does not have the curtain that causes the wave  patterns to be strongly perturbed. However, in  the  wave  patterns  some  large  objects  such  as  geological  borders  and  terraces  in  front  of  the  King’s  yard  on  profile  80D11  near  the  King’s  yard are indicated rather clearly. The geological  borders start to appear at small depth (about 3 m)  indicating non‐flat geological structures. It may  be  a  hill  area,  which  has  been  leveled  or  deposited many times.    Fig. 5. Wave patterns and 2D joined pictures of profiles 4TEST1 and 4TEST2.  Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  183   Fig. 6. Wave patterns and results of analysis for profiles 2D5 (above),   2D4 (below) and 2D joined picture (middle).    Fig. 7. Comparison of two wave patterns of profile 2D5: obtained by RAMAC equipment   with 500 MHz antenna (above) and by SIR 10B equipment with 200 MHz antenna (below).  184 Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186    Fig. 8. Wave patterns and results of analysis for profiles 80D12 (above) and 80D11 (below).    Fig. 9. Comparison of the GPR section 2D5 (above) and MRI section DIEN‐2 (below).  Fig. 9 presents a comparison of GPR section  2D5  (above)  and  MRI  section  DIEN‐2  (below).  The  positions  of  these  two  profiles  are  nearly  the  same.  One  can  see  two  inhomogeneous  regions  on  both  sides  and  strong  reflecting  anomaly  in  the  middle  of  which  described  above  coincide  well  with  three  high‐resistivity  regions  on  the  pseudoresistivity  cross‐section.  Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  With  the  resistivity  scale,  perhaps  anomaly  in  the  middle  is  concrete.  Below  this  anomaly,  there  is  a  low‐resistivity,  rather  symmetrical  region.  With  these  indications,  it  can  be  a  reservoir  which  is  made  of  concrete.  Below  it,  there  is  a  low‐resistivity  region,  this  is  the  reason  of  strong  diminishing  of  radar  waves,  affecting penetrability of the GPR signals.  4. Concluding remarks  ‐ In the area between houses N16, N17, N6  and  N18,  results  of  analysis  for  the  profiles  by  GPR  methods,  through  2D  joined  picture  and  the  wave  patterns  of  80  MHz‐antenna  profiles,  allow  to  observe  rather  clearly  the  geological  structure at old times. It can be a flat hill. When  measuring  by  200  and  400  MHz  antennae,  results  show  indications  of  many  abnormal  objects  and  several  strong  reflection  borders,  especially  the  indications  of  the  road  of  the  Le  Dynasty,  the  stone  jetties  on  both  sides,  the  indications  of  multiple  reflections  due  to  beating  of  radar  waves  at  strong  reflecting  objects  (brick,  stone  etc.).  The  foundation  layer  at the depth of 2 m is also clearly seen. Close to  house N17, there is a geological border of strong  reflections  at  small  depth  (only  about  1.5  m).  This can be a vestige of a hill area. It is covered  by a filled land affected by human activities.  ‐ In the front area of the King’s yard of Kinh  Thien  Temple,  results  of  analysis  for  the  profiles  by  the  GPR  methods  also  show  rather  clear  indications  of  geological  borders,  foundation  layers  on  the  wave  patterns  and  of  terraces  in  front  of  the  King’s  yard  on  profile  80D11 closed to the King’s yard. The geological  borders start to appear at small depth (about 3 m),  indicating non‐flat geological structures. It may  be  a  hill  area,  which  has  been  leveled  or  deposited  many  times.  In  the  wave  patterns  of  the  200  MHz  antenna  profiles,  there  are  two  185 foundation layers at the depth of about 1 m and  2  m.  Probably  these  two  foundation  layers  are  related to the culture of the Le Dynasty and the  Tran  Dynasty.  On  both  GPR  sections,  some  abnormal objects have also discovered. On GPR  section  2D4  (in  the  part  in  front  of  the  King’s  yard),  there  are  several  strong  reflections  at  distance of 11‐24 m from ground surface to the  depth  of  1.7  m.  This  can  be  due  to  multiple  reflections  from  terraces  in  front  of  the  King’s  yard  under  ground.  On  GPR  section  2D5  (in  front of house N15) at the depth of 0.5‐1.2 m, there  is an indication of inhomogeneous environment.  Especially, at distance of 10‐15 m there are very  strong reflections at the depth of 1.2 m and below.  These  may  be  reflections  from  a  flagstone  or  from  rather  thick  concrete.  Comparing  GPR  section  2D5  and  MRI  section  DIEN‐2  having  nearly  the  same  position,  one  can  see  that  results obtained by both methods are very close  to each other. It can be expected that anomaly in  the middle is concrete. Below this anomaly, there  is a low‐resistivity, rather symmetrical region.  ‐  Thus,  it  can  be  imagined  that  whole  area  under  investigation  can  be  located  on  the  flat  hill,  with  indications  of  the  culture  of  the  Le  Dynasty  and  of  the  Tran  Dynasty  at  the  depth  of  about  1  m  and  2  m.  The  indications  of  old  road  foundations  and  old  roads  are  clearly  seen.  Comparison  with  our  previous  results  of  investigation  around  Doan  Mon  vestige  shows  that  these  road  foundations  and  roads  have  a  direction  extended  from  Doan  Mon  Gate  to  Kinh Thien Temple. In addition, small abnormal  objects have been discovered, which are scattered  on the profiles.  ‐  Once  again,  it  can  be  stated  that  the  application  of  GPR  and  MRI  methods  to  discover old vestiges in the ground in Vietnam  is very feasible and effective. However, in order  to indicate exactly the position and structure of  old  vestiges,  one  has  to  select  relevant  antennae,  to  arrange  the  system  of  profiles  so  186 Vu Duc Minh, Nguyen Ba Duan / VNU Journal of Science, Earth Sciences 23 (2007) 177‐186  that a 3D picture of the area under investigation  can  be  constructed,  to  determine  exact  wave  propagation  velocity  of  the  environment  under  investigation,  to  carry  out  measurements  and  investigation in more detail.  ‐  We  have  improved  and  are  continuing  to  improve  the  MRI  method  in  the  direction  of  selecting, improving the electrodes, development  of  ways  and  procedure  of  data  collection  as  well  as  programs  for  analysis  in  order  to  increase  the  effectiveness  of  this  method  in  general  and  of  application  of  combination  of  the  GPR  and  improved  MRI  methods  in  particular to discover old vestiges.  Acknowledgements  The  author  would  like  to  thank  BSc.  Pham  Hoai  Nam,  MSc.  Ta  Quoc  Khanh  ‐  the  staff  members  of  the  Institute  for  Conservation  of  Monuments and MSc. Do Anh Chung ‐ the staff  of  the  Centre  for  Termite  Control  Research,  Institute  for  Water  Resources  Research  for  helping us during measurements in the field.  References  [1] Geotomo  Software,  Res2dinv  Manual  Ver.  3.5.4,  Penang, Malaysia, 2004.  [2] N.  Stewart,  H.  Griffiths,  Ground  Penetrating  Radar,  2nd  Edition,  MPG  Books  Limited,  Bodmin,  Cornwall, UK, 2004.  [3] Vu  Duc  Minh,  Nguyen  Ba  Duan,  Application  of  methods  of  Ground  Penetrating  Radar  and  of  Multi‐electrode  Resistivity  Imaging  to  discover  old road foundations around Doan Mon vestige,  VNU  Journal  of  Science,  Earth  Sciences  23  (2007)  126.  ... by a filled land affected by human activities.  ‐? ?In? ?the? ?front area? ?of? ?the? ?King’s yard? ?of? ?Kinh? ? Thien? ? Temple,   results? ? of? ? analysis  for  the? ? profiles  by  the? ? GPR  methods  also  show  rather  clear  indications  of? ? geological ... behind  Doan  Mon  vestige. Therefore, apart from our investigation  in? ? order  to  discover  old? ? vestiges? ? in? ? the? ? Kinh? ? Thien? ? Temple? ? area,  we  want  to  determine  whether  these  old? ?... structure  signs  along  these  profiles  coincide  with  each  other  and  are  at small depth (about 2.5 m)? ?in? ?the? ?beginning? ?of? ? the? ?profiles.  Fig. 4 presents? ?the? ?results? ?of? ?the? ?GPR sections  with 200 MHz and 400 MHz antennae. All three