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【内容提要】我国历史悠久、文明灿烂，历史文化遗产极为丰富。在探索中华民族文明源流和发展的过程中，考古学及其他相关学科发挥了重要作用，同时带动了许多探测技术在考古实践中的应用。随着时代的发展，实验考古与公众考古在考古学研究中愈发重要，可为诸多田野考古所不能解决的问题提供实际操作方法，模拟复原或重构古代物质文化面貌；并可以此为平台，将考古学研究成果以丰富的形式回馈于社会。然而国内相关研究及设施相当缺乏。另外，由于地面资料与地下资料之间的关系是复杂的，地表线索以及技术探测数据与地下遗存分布情况的关联度与准确度越来越受到关注，开展探测技术适用性和应用成效评测技术攻关，建立可控考古试验场，是当前我国考古探测领域进步与发展的迫切任务。 【关键词】可控 考古 物探 试验场 一 引 言 当前，田野考古工作愈来愈追求工作的效率、科学性和系统性，考古学研究的理念也不断更新。田野考古工作不仅能够为考古学家提供系统诠释古代社会和文化的物证，而且为全面评估物质文化遗产的价值和保护策略，为开展公众教育提供大量珍贵的资料。在这个背景下，需要借入地质学、冶金学、地理与环境科学、物理学、化学、生命科学和计算机技术等自然科学的方法，进行多学科综合研究。由此带动了考古学从田野考古操作技术到实验室分析技术的全面发展，形成了多学科共同探讨考古学问题的局面。这正成为现代考古学的发展趋势。 现代科学技术在田野考古调查、勘探与评估中起到重要作用。田野考古调查与勘探的目的在于发现古代遗存。通过对这些遗存空间分布的研究，以探索古代社会结构和人类行为。通过对古代遗存分布现状的考察，探索这些遗存的埋藏和保存状况，为文化遗产的管理和保护提供依据。 随着全球经济发展、环境变化和多极化的趋势，人类文化遗产所遭受的破坏和不确定性因素日趋增加，通过现代科技支持的考古调查与勘探，为文化遗产的价值评估、管理和保护提供依据的需求大大增加，推动了现代无损勘探技术在田野调查中的应用。从上世纪50年代初开始，国外的聚落考古得以迅速发展，经过“新考古学”的推动，包括航空和航天遥感、现代物理和化学探测方法等在内的现代科学技术在考古调查中得到迅速和广泛的应用，由此也引发出“考古学纯洁性的丧失”的讨论。从80年代开始，现代科技在田野考古调查和勘探中应用的广度和深度都大大增加。考古学研究开始从对单个考古遗址的研究扩展到“遗址外”和“非遗址”的范围，从对单纯的人类社会关系网络的研究扩展到对人类与其生存环境之间互动关系的研究，从实践上对田野考古调查和勘探工作所需获取的信息量提出了新的要求，推动了田野考古调查和勘探工作进入新的阶段。 田野考古第一步要发现并记录遗址和遗迹，进而对遗址的范围、类型和布局作出判断。由于地面现象与地下文物遗存及埋藏环境之间关系的复杂性，近年来，考古界越来越关注这样一个问题，即地表调查的线索与地下遗存的存在和分布情况的关联度与准确度。因此，在地表对地下遗存的探测方法则成为更为全面地了解地下遗存的重要手段。 但是，由于地面资料与地下资料之间的关系是复杂的，开展地表线索以及技术探测数据与地下遗存分布情况的关联度与准确度研究，开展探测技术适用性和应用成效评测技术攻关，是当前我国考古探测领域进步与发展的迫切任务。 二 考古勘探技术的应用现状分析 传统意义上的田野考古调查主要是对古代文化遗存的发现，但从上世纪50年代初美国学者威利在秘鲁河谷的聚落考古调查实践开始，将田野考古的调查方法逐步引入到考古学聚落形态研究的重要领域，由此包括航空和航天遥感、现代物理和化学探测方法、以定量统计学为基础的空间统计抽样和数学建模技术以及现代信息管理技术等在内的现代科学技术在考古调查中得到迅速和广泛的应用。 第二次世界大战结束不久，考古地球物理勘探技术即诞生。如1958年Martin Aitken首次报道了利用新的质子磁力仪成功定位一座前所未知的“陶窑”，然而这一结果的考古价值尚不明显，如令他失望的是，这并非真正的“陶窑”［1］，而只是一个灰坑。其原因在于地磁勘探技术人员缺乏考古背景知识，这既阻碍了考古地球物理技术的发展，也可能导致考古学家在利用新技术研究成果时存在误解。上世纪70年代末是考古地球物理勘探研究的低谷，因为在当时看来，有关考古地球物理勘探的很多“大”问题已经解决，另外考古科学其他领域存在更多的、更根本的问题需要研究，需要投入更多的精力。到80年代后期，随着考古地球物理勘探仪器和软件设计越来越强大，地球物理技术在考古调查与勘探中的应用日益活跃。但根据考古学的要求选择什么样的物探方法更为合适才是问题的关键。其根本原因在于，考古学有一个快速而准确地获取遗址绘图的需要，并且出于规划目的，也需要一个适当的微创技术以替代昂贵的和破坏性的考古发掘，不仅考古挖掘费用越来越高，在一些国家和地区，基于保护和道德的考虑，这种传统考古发掘已经很难获得许可［2］。但物探方法可部分填补这一空白。随着设备的小型化、集成化和软件的更新，目前在欧美国家，地球物理技术的使用呈爆炸性增长。这虽然是技术的因素，但更多地是出于使用非侵入性、非破坏性的技术规划之目的。我们有理由相信，这种设备通常可在世界各地越来越多的考古勘探工作中使用。 国内的田野考古调查和勘探工作开展得相当早，几乎与中国现代田野考古学的诞生同步。但受制于考古学学科发展的层次和不同历史时期考古学学术研究需求的不同，现代科技在中国田野考古调查和勘探中所受重视的程度，以及在调查和勘探技术方法中所占有的比例也不尽相同。现代科学技术在田野考古调查中的广泛应用，以及由此而带来的中国田野考古调查的真正意义上的进步，开始于区域系统调查的理论和实践。1995年，山东大学、美国耶鲁大学和芝加哥自然历史博物馆联合开展了对日照地区的调查，这是中国大陆第一次完整地按西方区域系统调查模式开展的工作。1996年，中国社科院考古所、内蒙古考古所、吉林大学在赤峰半支箭河中游也自主开展了接近于区域系统调查模式的调查。1997年以后，区域系统调查在全国各地开展起来，见诸报道的有河南洹河流域、伊洛河流域、灵宝和洛阳盆地、颍河上游、内蒙古赤峰和岱海、山西垣曲盆地、陕西周原七星河流域、陕西岐山周公庙、四川成都平原等等。这些调查一部分属于真正意义上的全覆盖式的区域系统调查，有的则仅仅运用了区域系统调查的方法，但并不系统全面。在它们的带动下，中国的田野考古调查中采用区域系统调查的方法已经有了普及之势，而新颁布的《田野考古操作规程》已明确将区域系统调查作为将来考古工作的一个组成部分。这些区域系统调查与传统的调查方法最大的不同之处在于其都整合了一系列现代科技手段，特别是3S技术、物理勘探技术、抽样调查和采集方法的推广使用。 我国田野考古勘探主要依赖探铲进行钻探，但这种方法可能对考古遗址造成一定破坏，因此，如何根据遗址实际情况，在数学统计的基础上，降低对遗址的破坏，提高钻探效率和工作水平是值得重视的。基于这一现状，一些无损探测技术得到了应用和发展，如大地遥感、探地雷达、电阻率法、磁力测量等均有了较多的应用，积累了一定的经验。而磁光泵技术、瞬变电磁勘探技术、高分辨率的雷达探测技术、超声成像技术在我国其他行业和领域已广泛应用，比较成熟，但在考古勘测方面却鲜有涉猎。此外，放射性分析、中子探针、地球化学分析等方法虽不常用，但是未来可能有应用前景。随着科技发展，一些新兴的地下探测技术将会不断出现，它们将在我国考古领域的地下遗迹遗址探测方面发挥重要的作用。 我国的地球物理勘探技术也取得较大收获。自上世纪50年代，地球物理勘探技术在我国已经得到尝试。80－90年代，我国学者对安徽亳县古墓、开封宋代城墙遗址、西安秦始皇陵、湖北黄石冶炼遗址、北京故宫地基等多种类型的遗址进行的磁法、电法和地球化学的探测，取得较为丰富的成果。进入新世纪以来，地球物理勘探技术在考古中的应用越来越多，值得总结经验，为确定学科发展方向提供可靠的保证。特别需要指出的是，在国家“863”计划的支持下，段清波等于2002年综合应用高密度电法、地震波法、高精度重力、磁力测量、地质雷达等诸多地球物理方法，对秦皇陵区各类地下遗存进行了勘察方法的有效性试验，提出了有效而相对轻便的探测地宫及其陪葬坑、陪葬墓等的物探和化探方法的组合，取得了重要成果。该项工作为进一步的物探考古提供了实践经验和理论基础，系首次对举世瞩目的秦始皇陵封土及墓室作了科学性的数据描述，为我们更深入地了解秦始皇陵、制定文物保护规划提供了丰富的经验。但这些组合对其他遗址或地下文物种类是否有效，仍需要做进一步的试验。 （一）地磁勘探 考古地磁是考古勘探最常见的方法。目前，已利用地磁法完成许多大规模的调查项目，如对小规模的地磁异常[3]、完整的城市[4]以及多种景观考古[5]。 在技术上，考古地磁勘探逐渐从单一传感系统发展到多传感器系统，现在更发展到利用移动式地磁测量车（无磁车）[6]、超导量子干涉仪为基础的高度敏感的磁场测量系统[7]。显然，现在的考古地球物理勘探可选择多种设备，所以对考古勘查而言，至关重要的不是哪种设备最好，而是哪种最合适。对于考古学而言，先进的地磁测量系统可以提供更具挑战性的数据集，但如何对数据进行解释并得出有考古意义的结果是进一步研究的方向。 我国张寅生曾报道利用差分式磁力仪测量多类考古遗存的情况[8]。他对安徽绩溪县北宋瓷窑遗址测量所得到的反映磁异常的等值线，经考古发掘，确认磁异常区与一段残存的窑体相对应，因为窑体保存有较强的热剩磁。另外，他还利用磁力仪成功地探到南陵县江木冲一座东周到西汉时期的冶铜炉遗迹和霍丘县一座17m×12m的大型砖结构墓[9]。钟建于也报道应用垂直梯度磁力仪成功探测山西陶寺和山东校场铺城墙遗迹和西安木塔寺遗址塔基的例子[10]。 （二）地表电阻/电阻率测量 随着数据处理能力的提高，电阻率测量在区域调查中有较大进展。考古勘探的一个持续期望是试图使用更加便捷的方式自动收集电阻率。RATEAU系统有着悠久的历史[11]，并在最近得到改造并用于田野调查[12]。该系统由GPS控制，从而打破了小网格的限制。它配置移动装置，每天可以调查许多公顷的面积。此外，可测量三种不同深度的电阻率，这意味着对一些地下的考古遗存可进行更灵敏、更可靠的识别。目前商业生产的仪器不是为考古调查而是为农业土壤调查所设计的，但这将使未来跨学科合作成为可能。另外，关于电阻率与地层深度的关系（电阻率层析成像）的研究在地质地球物理方面有悠久的传统，但直到最近，在考古调查中这种形式的分析依然很少，所以从考古学的角度来看，这可能具有较大的发展前景。 Tsokas等利用电阻率测量方法勘察雅典卫城的大型纪念碑，从而得到有关遗址的电阻率层析成像数据[13]。但在测量时，如何避免使用电极对所调查遗址表面的破坏是一关键问题。2009年，Tsokas等对平板电极进行凝胶处理，以使进行测量时电极与石材地面有良好的电接触。这使得因地面反射而导致的探地雷达调查可能不那么成功的地方（如在狭窄区域内）有可能进行电阻率测量。 电阻率测量在我国考古中也得到一定程度的使用。张寅生对安徽绩溪县北宋瓷窑遗址也曾同时用电阻率方法进行了勘探[14]。测线与龙窑的窑体相垂直，在测线的中央部位显示出与窑体对应的高电阻率区，与前述对该龙窑遗址用磁力仪测量的数据相互印证。高立兵等曾利用电阻率方法来勘探商丘东周城址的城墙位置[15]。王书民等和苏永军等分别利用高密度电法对秦始皇陵地宫[16]和三星堆壕沟[17]进行了勘探。沈鸿雁等采用高密度电阻率法与探地雷达相结合的手段对山西晋阳古城多处古文化层、古遗迹靶区进行试验性探测[18]，取得了丰富的地球物理特征认识，为考古研究提供了大量的有效信息，同时也为今后在晋阳古城遗址应用地球物理探测技术进行考古勘探打下了坚实的基础。 （三）探地雷达 虽然使用雷达技术的时间较早，但直到1970年代中期，其在考古学上的应用才显著增多。探地雷达的分辨能力及其与考古研究目标的结合，使该技术在考古调查中曾得到应用。然而，随着现代雷达系统的轻量化和便携性，目前已得到较多的使用[19]，特别是多通道雷达系统也可用于大遗址调查，具有较好的运用前景。尽管商业软件带来了一些新的处理和可视化选项，使得结果更为容易地被考古学家解读，但对于如何与考古学研究结合而言，仍有许多根本性的挑战。 国内方面，高立兵分别用探地雷测量商丘县城西南东周古城墙、西安唐大明宫含元殿遗址的夯土基址和基址、偃师商城宫殿遗址和滕州前掌大商周墓的工作，取得较大成功[20]。含元殿遗址是建在一个小山丘上的夯土台基，目前保存状况很差，考古人员选择了GPR技术作为无损探测手段，以帮助了解含元殿的承础石分布情况。考古人员根据承础石的分布特征，用GPR对殿阶进行探测。经过试验分析，该遗址干燥、密实夯土的电磁波速为0.08纳秒每米，这样的设计大致反映4米深度是承础石埋深的2－3倍。测线沿东西向布置，间距1米，覆盖整个夯土台基面，以便寻找承础石。另外，在殿址两侧布设南北向测线，以了解散水的分布。勘探取得了理想的效果，并详细绘制了雷达影像图。但是，高立兵也指出，GPR不适宜于“寻找”小尺度的遗迹和遗物，其工作效率较低，仅适宜在已知的遗址范围内工作。姚萌等研究了探地雷达对古墓遗址的探测技术及数据后处理方法［21］。刘敦文等也对探地雷达技术在古墓完整性探测中的应用进行了讨论［22］。王亮等利用探地雷达对金沙遗址进行了考古探测，其研究成果与开挖验证结果相吻合，肯定了探地雷达方法在科学考古中的应用效果［23］。 （四）电磁调查方法 利用电磁调查方法对考古遗址进行勘探取得一定进展，并得到许多检测数据［24］。诚然，作为一个研究项目或社会的需求，我们需要更多的数据，但我们也需要对更多的环境背景等多种因素的揭示，以提高我们对数据所进行的考古学解释的可信度。总之，我们使用的一些技术，有可能在其他技术缺乏的条件下进行使用，但对于每个调查地区而言，需要认真而专业的分析是否十分必要。目前多频道电磁系统已开始出现在市场，但它们在考古领域的使用，尚未得到充分开发。 （五）其他物探技术 当然还有其他一些勘探技术用于考古调查之中，但常常因为技术发展过于缓慢、价格昂贵或在考古领域没有较大需求的原因，应用尚不普及。但这并不排除其中有的技术可能具有应用前景。如时常使用重力测量以确定建筑物或绿地下潜在的重大裂隙［25］。最近有学者试图利用地震研究中的超浅层反射波探测洞穴［26］和古河道［27］遗址。几种重要的刊物，如Near Surface Geophysics， the Journal of Applied Geophysics 和 Archaeological Prospection均有这类文献发表。如Gaffney等在分析收集的北海石油和天然气勘探地震资料之后，揭示了中石器时代景观要素，而这项研究尚没有其他技术可以媲美［28］。在一个小的范围内，可以使用激发极化法对埋藏在地下的古道路或工业遗址进行调查。 三 考古勘探技术存在的问题与对策 在考古学研究中，考古调查成为重要手段之一。考古调查强调工作方法的科学系统性：无论区域系统调查还是诊断式调查，都严格按照统计学的要求，设计调查取样和记录的方法，并严格按照数学的方法评估调查的结果。除了调查考古遗存的分布之外，还要系统调查记录古代和现代景观环境、资源生态，通过GIS的支持构建土壤侵蚀模型、遗址预测模型等，为考古学的区域系统研究和文化遗产价值评估和保护提供科技支持。另外，多种新技术支撑下的考古勘探得到了迅猛的发展：一方面基于无损的以探地雷达、地震波等为代表的物理探测技术以及化学探测技术都得到了普遍的试用；另一方面根据不同遗址特征和不同探测方法的信号特征的相关性专题研究也在广泛开展，并建立了系列可控性考古实验场和实验考古研究基地。 就20世纪50年代以来的地球物理调查在考古中的应用而言，地球物理学的许多技术，包括仪器仪表、应用和数据处理方法等等，均发生了巨大变化。种种迹象表明，这一势头将继续下去。如在已有或新一代地球物理分析设备上与实时定位系统联用，将直接导致检测数据具有更高精度。随着数据的越来越密集，数据库也变得越来越大，可视化将变得越来越重要，对这些数据的加工处理将给出更多可靠的考古意义上的解释，而这又要求加强对数据的统计分析。例如，Benech的工作是基于磁强计数据的一个复杂的社会空间分析，充分说明了技术方法、数理统计和考古学解释技能综合考虑的重要性［29］，这点也是地球物理技术在考古中应用得到充分承认的要求。 根据国内外考古勘探技术应用的情况，发现虽然各种无损探测技术已经在考古勘探中得到应用，但个案研究较多，考古与物探人员的交流不够，物探效果及精度、勘察技术及其相应的数据处理软件还较为落后，导致使用的广度和深度还十分有限，同时缺乏进行探索性研究的实验性场地，以致田野考古研究人员对物探技术充满了不解或不信任的态度，在一定程度上影响了考古调查工作的深入开展。 对国内考古研究而言，受国内现代探测技术的应用规模、应用强度方面的限制，我国对地下文物遗存探测科学技术应用中的精度、准确度和抗干扰能力还需要进一步提高，对一些新兴技术的实用性和应用效果的科学评价也急需加强。在地下遗迹遗址的弱信号获取和识别、探测信号和干扰信号的辩识和分离、探测技术的适用性和能力的界定方面存在技术瓶颈，探测数据与地下遗迹遗址的逻辑对应关系有时是模糊的和多解的，无法有效形成对探测到的可能存在的遗迹遗址是否进行发掘的决策支撑。 (责任编辑：admin) |