高密度电阻率法在晋阳古城考古勘探中的应用

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张欣
早在20世纪60年代,我国就有用地球物理方法探查古墓的先例。

经过半个多世纪的实践应用,现已发展到将遥感、电法、磁法、探地雷达和水下声纳等多种地球物理探测手段应用到考古勘探中。

物探考古在一定程度上克服了传统“洛阳铲”难以解决的砾石层和水位层等地层困难,同时实现了考古界“无损探测地下文物”的愿望。

一、晋阳古城简述
晋阳古城遗址位于太原市东、西两山之间的广大地区,由城池区域、古墓葬区域、宗教祭祀区域组成。

城池区域东西长4750米,南北宽3750米,面积约20平方公里。

地面现存遗迹有西墙残垣、西南城角、宫城基址等。

对晋阳古城遗址进行深入研究,确定其历史时期,对太原历史、山西历史有着重要的科学意义。

运用现代地球物理方法辅助洛阳铲勘探研究晋阳古城遗址也适应时代的需要。

二、高密度电阻率法在古城勘探中的尝试1.高密度电阻率法简介
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法。

是把
很多电极同时排列在测线上,通过对电极自动转换器的控制,实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合,从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。

对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像,可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件,从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。

高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。

其原理与普通电阻率法相同,所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。

其工作原理如图一所示。

此次高密度电法野外工作使用的仪器为E60M 型高密度电法工作站,它是一种新型的电法仪。

仪器采用程控方式进行数据的采集和电极控制,采集的数据以图像的形式实时显示在屏幕上,以便随时可以监控资料的质量。

2.古城城墙物性
晋阳古城城墙为夯土墙,地表仅有少量残存,
但地下保留有大量的墙基。

在其营造过程中,土质材料经层层夯打,其密度产生了变化。

加之夯土中又可能人为掺杂着一些物质(如陶片、烧土颗粒等),其结构与硬度等发生一定的变化,与周围土质有一定的差异。

据史料记载,晋阳古城曾遭遇过大火、洪水破坏,这些势必会引起其物理性质相应变化,使得古城墙遗存与周围非文化层在磁性、电性、介电性、放射性等方面存在一定的差异,这就为应用高密度电阻率法探测晋阳古城地下城墙基
高密度电阻率法
在晋阳古城考古勘探中的应用
摘
要:随着科技考古的发展,大量现代勘探手段被应用到考古领域中。

在晋阳古城城墙考古勘探过
程中,结合传统的考古技术手段,同时引入了地球物理方法中高密度电阻率法,研究其在考古工作中的可行性,并最终取得了较好的效果。

关键词:高密度电阻率法晋阳古城考古勘探
图一
高密度电阻率法工作
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础提供了可能。

3.野外试验方案
为了研究高密度电阻率法对不同类型古城墙探测效果的有效性,此次测量布置了三个测区:西城墙测区(康培园林区)、东南角城墙测区(北瓦窑城墙地)及北城墙测区(风峪沙河河道)。

在三个测区共布置了24条测线,点距2米,线距5米。

剖面长度共计2594米,测点总数为1321个。

4.成果解释与验证
以西城墙高密度探测成果为例进行异常特征分析,可见在其视电阻率断面图(图二)中,整体呈现为西低东高的趋势。

在反演电阻率断面图(图三)中,剖面自西至东表现为西低东高,这与视电阻率断面反映一致,剖面可按电性变化特征整体分为三个层,其中第一层表现为高阻,主要存在于剖面的0~80m处,电阻率值大于30Ω·m,层厚度为0~0.5m;第二层表现为中阻,主要分布在剖面的26~96m处,顶深为1m,电阻率值为20~40Ω·m,层厚度2~4m不等;第三层为高阻,主要存在于剖面的48~100m,顶深为2.5m左右。

在反演电阻率断面图中,发现两处低值电阻率异常和两处高阻异常,自西至东依次编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号异常,下面对每处异常进行分别描述。

结合西城墙的基本地质情况与高密度电阻率法的反演图,可知地表存在一厚度为0~0.5米的高阻层,电阻率值为≥35Ω·m,推断属第四系坡积冲积松散土层反映;地表以下为一中阻层,厚度为4~8m,电阻率值为12~25Ω·m,推断为中细砂层夹粘土层的反映;剖面底部为一高阻层,厚度为2~ 6m,电阻率值≥30Ω·m,推断为砂砾石层的反映。

其中在86~110米处为一局部低阻体,电阻率值为20Ω·m左右,根据现场记录,此处地表水较丰富。

Ⅰ号异常为低阻异常,位于断面0~24米处,距地表2米处,存在厚度约为2米,电阻率值≤18Ω·m,形状规则,推断为地下古城墙的反映。

Ⅱ号异常为高阻异常,存在于20~40米处,存在一处局部高阻异常,异常中心距地面1.5米左右,异常厚度约0.5~2米左右,电阻率值≥40Ω·m,推断为地下石质古建筑遗址反映。

Ⅲ号异常存在于38~46米处,电阻率值为21Ω·m,属局部粘土透镜体反映。

Ⅳ号异常位于剖面48~110米,顶深为3米的高阻体,推断为地下砂砾石层的反映。

三、结论
从西城墙视电阻率断面图和反演电阻率断面图,我们可得出如下结论:该测区高密度电阻率法勘探的异常明显,古城墙距地表较浅,地下埋藏的古城墙,深约2米,宽约20米,厚约2米。

此次高密度电阻率法的解释成果也得到了洛阳铲的验证。

从晋阳古城墙勘探成果看,利用高密度电阻率法探测晋阳古城是高效可行的,将高密度电阻率法技术引入到考古勘探中可发挥其高效、快速、无破坏性等特点。

此地球物理勘探方法与洛阳铲勘探相结合是行之有效的。

参考文献
1.谢元璐、张颔等《晋阳古城勘察记》,《文物》1962年第4期。

2.庞汉杰《晋阳古都的变迁》,《山西地方志通讯》1985年第3期。

3.王剑霓《晋阳古城考》,《山西地方志通讯》1987年第1期。

4.杨光亮《论晋阳城的创建与毁灭》,《城市研究》1987年第4期。

5.常一民《唐北都城试探》,《中国古都研究》第四辑。

6.尹钧科《唐北都太原城初探》,《中国古都研究》第九辑。

7.闫永利、底青云等《高密度电阻率法在考古勘探中的应用》,《物探与化探》1998年第6期。

8.苏永军、王绪本等《高密度电阻率法在三星堆壕沟考古勘探中应用研究》,《地球物理学进展》2007年第1期。

(作者工作单位:山西省文物勘测中心)
图二西城墙测区WW01
测线高密度电阻率法实测视电阻率断面图
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