里耶地下秦代古城护城河空间位置低损探查

Jou rnal of Engineering Geology 工程地质学报 1004-9665/2006/14(05)20661204　
里耶地下秦代古城护城河空间位置低损探查3
何满潮①②韩雪①②周旭荣①刘成禹①还祥生③
(①中国矿业大学北京　100083)
(②黑龙江科技学院哈尔滨150027)
(③中国地质大学北京　100083)
摘　要　文物遗址勘察在工程地质勘察领域具有特殊性。

根据前期对遗址的部分发掘,考古专家推断里耶秦代古城墙遗址周围是被埋入地下的古护城河,且河底可能埋藏有珍贵文物。

古护城河空间位置的精确测定对该遗址保护、继续发掘和开发利用具有重要意义。

古护城河被地表沉积物掩埋、部分古河段与近代池塘重叠、常规勘探可能破坏珍贵文物、电磁干扰较严重等给古护城河空间精确定位带来了很大困难。

本文针对这些难题采用切合实际的高密度电法和改进的轻便取芯触探相结合的综合探查方法实现了精确定位,实践证明该方法在文物遗址勘察方面具有许多传统勘探方法无法比拟的优点。

关键词　古城遗址　精确定位　护城河　高密度电法
中图分类号:P315.63 文献标识码:A
I D ENT I F I CAT I O N O F UND ERGRO UN D SPACE FO R THE MOAT O F Q I N DY NASTY I N L I Y E W I TH H I GH D ENS I TY EL ECTR I CAL TECHN I QUE AN D L I GHT S O UN D I NG CO NE PENETRAT I O N TEST
HE Manchao①②HAN Xue①②Z HOU Xur ong①L I U Chengyu①②HUAN Xiangsheng③
(①China U niversity of M ining and Technology,B eijing　100083)
(②Heilongjiang Institute of Science and Technology,Harbin150027)
(③China U niversity of Geosciences,B eijing　100083)
Abstract　The cultural relic investigati on has its s pecial characteristics in the field of engineering geol ogical inves2 tigati on.Based on partial exhu mati on in p r ophase,archeol ogists inferred that the ancient moat is buried ar ound the ra mpart of L iye Q in Dynasty Ancient City and that s ome rare cultural relic m ight be i m bedded at the bott om of the moat.It is of great significance t o identify the l ocati on of the moat p recisely t o p r otect,exhu me and utilize the site further.Vari ous disturbances lead t o very knotty exp l orati on f or the p recise l ocati on of the moat because of sedi m ent on surface,latter-day ponds super posed withpartial moat,breakage t o cultural relic by conventi onal investigati on method,and seri ous electr omagnetis m disturbances.The integrative sche me with high density electrical method and i m p r oved sa mp ling cone penetrati on test is used t o s olve these difficulties.Practical app licati on shows that the ne w feasible method has many un matchable advantages in survey f or cultural relic site.
Key words　Ancient-city site,Precise l ocati on,Moat,H igh density electrical method
3收稿日期:2006-02-20;收到修改稿日期:2006-04-12.
基金项目:国家基金委创新研究群体基金项目50221402资助.
第一作者简介:何满潮(1956-),男,教授,要从事软岩工程力学、地质工程等方面的研究.Email:feng0125@s
1引　言
里耶秦代古城遗址区位于湖南省龙山县里耶镇[1,2],该遗址最初于1996年经土木工程施工偶然发现,2002年进行了部分抢救性发掘,根据出土记录信息确认,古城修建于战国末年,楚国和秦朝相继使用,毁于秦末。

古护城河空间位置的精确测定对该遗址保护、继续发掘和开发利用具有重要意义。

根据相关文献资料,以往国内外对文物遗址定位测定精度可以达到整米[3～9],在本次遗址勘探研究中要求有更高的定位精度。

该遗址自2002年部分发掘以来,改变了原有相对封闭的赋存环境,产生了各种环境地质病害,已有的研究成果显示,应该尽快对遗址区进行探查,为进一步发掘和保护提供科学依据。

已有研究显示夯土城垣外围是古护城河,因年代久远、护城河被较厚的地表沉积物覆盖,部分河段可能与近代池塘交叠,因古城毁于秦末战乱河底可能埋藏有珍贵文物。

上述诸多因素给勘探增加很大难度。

2勘探方法选择
2.1场地工作条件
被掩埋的古护城河分布的可能区域内场地条件复杂。

绝大部分护城河可能区域被掩埋,充填物及其压实程度未知;地面是里耶镇小学所在地,周围地表建筑物密集且有大量树木或植被,部分地表下含大量建筑垃圾或混凝土质供排水管道,周围噪声污染严重,外部邻近道路存在行车等震动影响;现遗址区西北角长约40m的池塘被怀疑覆盖了护城河部分河段,长条形水域水面离地面约1.0～2.0m,水中长满水芙蓉,水深约1.0～3.0m,水下郁积流态淤泥质土及生活垃圾。

由于古城废弃于秦末战乱,推断护城河底可能埋藏有珍贵文物。

由于场地条件和文物保护需要,勘察手段的选择应以尽量降低损伤性勘察的频度为原则。

2.2高密度电法和改进的轻型触探法
高密度电法和瞬态瑞利面波勘探是目前先进的考古勘探新方法,是适合文物考古的无损、多信息、简便高效、较精确的高科技方法[3～9]。

考虑到场地条件噪声、震动等干扰严重,护城河的定位勘察以高密度电法为主的探查方法。

高密度电法是多种排列的常规电阻率法与资料反演处理相结合的综合方法,它是以岩土体导电性差异为基础的电探方法。

实际上是将多条根电极一次布置好,用仪器进行高密度采样,将记录数据送入微机后,对数据进行常规处理和反演计算,给出关于地电断面分析的各种图示结果。

本次采用WDJD-1多功能数字直流激电仪(重庆奔腾数控技术研究所生产)对称四极装置,点距为2m,采样层数设置为14～16层。

通过对国内外已有勘探设备和遗址区淤泥质地层特性的研究认为,轻便触探探头直径仅40mm,其锤重仅10kg,自动落距仅50c m,冲击动量很小,属于低损伤的探测方法。

但是轻便触探不能直接观察地层并精确划分地层界线。

笔者对其工艺及设备进行了改进,设计了一种适于护城河和池塘精确定位的轻便取芯触探器新工艺,并制作了勘探设备,大大提高了高密度电法定位护城河的精度和直观性,具有许多传统勘探无法比拟的优点。

2.3护城河充填介质特征电阻率
护城河内沉积物与河岸及河底以下原岩比较起来电阻率应该存在差异,为了寻找这种差异性规律,在护城河可能的区域选择合适的位置和区段作为试验测试区段,进行改进的轻便触探试验和同位高密度电法测试。

触探试验对不同深度土层的力学性质及物理性状进行勘察,并与同位置高密度电法测试结果进行对比研究。

研究结果显示试验区段内存在15～20m的宽度范围,地表下土质较松散且与两侧土质存在较明显差异,古护城河内充填介质呈黑色淤泥质,该宽度范围内的高密度电测试电阻率ρ
s
< 20Ω・m,进一步的测试暂以该电阻率值作为古护城河内充填介质的特征电阻率。

3勘探成果的综合解释
对可能是护城河断面的区域共布置39条测线,绝大部分测线的成果解释可以通过特征电阻率直接进行判断,但也有少部分只通过特征电阻率进行判断存在困难,这里介绍3条有判断困难的代表性测线的成果分析。

3.1近代淤积干涸池塘与被掩埋的护城河交叠
图1是高密度电法第30测线测试反演成果,该
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测线在南北方向53.00～77.00m 之间出现ρS
<20
Ω・m 低值区,低值区宽度为24.00m ,最大深度为6.00m 。

结合邻近测线测试结果及地面0.50m 的高差,护城河底标高可以确定为249.50m ,但根据本测线结果护城河24.00m 的宽度与相邻测线不符。

该测线在里耶小学逸夫科技楼西南角经过,据
调查,修建科技楼工程地质勘察报告显示,以该楼西南角点为界,北侧出现黑色淤泥而南侧为灰黄色淤泥,综合分析原有资料及电阻率测试参数,确定该测线处护城河宽度为20.00m ,另外4m 灰黄色淤泥低阻区是近代淤积干涸的池塘。

护城河空间位置见图2。

图130线高密度电法测试反演成果图
Fig .1　Backanalysis result of No .30line by high density electrical
method
图230线高密度电法护城河空间位置解释成果图
Fig .2　I nter p reted result of No .30line by high density electrical method
3.2淤积干涸古池塘与被掩埋的护城河同时出现
图3是高密度电第34测线测试反演成果,该测
线从北往南16.00～32.00m 之间出现明显的ρS
<10Ω・m 低值区,ρS 低值区的宽度为16.00m ,最大深度为6.50m ,底标高为250.07m;该线从北往南
39.00～59.00m 之间出现较明显的ρS <20
Ω・m 低值区,ρS 低值区的宽度为20
.00m ,最大深度为6.00m ,底标高为250.00m 。

这两个ρS 低值区根据相近
测线判断也具有较大困难,为了区分且尽量将对文
物产生破坏的可能性降到最低,采用改进的轻便取芯触探器进行勘测,根据遗址特征电阻率实验区及其他测线的分析,护城河底土呈软塑-流塑、黑色,池塘等其他低洼部分底部土大多数为可塑-软塑、灰-灰黄色,并且结合其测线探测的护城河段可连成“∩”形平面布局,因此推断:前者为古池塘,后者为古护城河(图4)。

图334线高密度电法测试反演成果图
Fig .3　Backanalysis result of No .34line by high density electrical method
3
6614(5)　何满潮等:里耶地下秦代古城护城河空间位置低损探查
图4
34线高密度电法护城河空间位置解释成果图
Fig .4
I nter p reted result of No .34line by high density electrical method
4结语
(1)以高密度电法为基本探查方法,以改进的
轻便取芯触探法为辅助方法,对古代护城河的空间
位置进行探查取得成功。

该方法即实现了对古护城河空间位置的准确测定,又达到了对古遗址地层损伤控制在最低程度的目标,在文物遗址勘察方面具有许多传统勘探方法无法比拟的优点。

(2)该方法运用的关键之一是探查目标古护城河内部充填介质特征电阻率的确定。

本次探查选择合适的位置和区段作为试验测试区段,通过高密度电法和改进的轻便取芯触探法的同位试验测试确定古护城河充填介质的特征电阻率,作为大面积测试的判定准则,并通过各测线的成果分析相互佐证。

(3)该方法运用的关键之二是测线反演成果的解释分析。

部分测线受诸多因素的影响不能由特征电阻率唯一确定,对必要的测线位置进行改进的轻便取芯触探实验综合分析,仍然可以准确确定该部位古护城河的空间位置。

参考文献
[1]　张春龙,龙京沙.湖南龙山里耶战国—秦代古城一号井发掘简
报[J ].文物,2003,(1):4～35.
Zhang Chunl ong,Long J ingshan .Excavati on briefing on No .1W ell in L iye Ancient City fr om the W arring States Peri od t o the Ch’in Dynasty,Longshan County,Hunan Pr ovince in China .Cultural Relic,2003(1),4～35.
[2]　黄克忠.走向二十一世纪的中国文物科技保护[J ].敦煌研究,
2000,(1):5～9.
Huang Kezhong .Preservati on of cultural relics by scientific tech 2nique t oward the 21st century .Research on Dunhuang,2000,(1),5～9.
[3]　黄克忠.岩土文物建筑的保护[M ].北京:中国建筑工业出版
社,1998.
Huang Kezhong .Preservati on of Cultural Relics of Rock &Soil A rchitecture .China A rchitecture I ndustrial Press,Peking,1998.[4]　栾丰实,方辉,靳桂云.考古学理论・方法・技术[M ].北京:
文物出版社,2002.
Luan Fengshi,Fang Hui,J in Guiyun .
Theory,Methods and
Technol ogy in A rchaeol ogy .Cultural Relic Press,Peking,2002.[5]　Delgado,J..Encycl opedia of Under water &Mariti m e A rchaeol ogy
[M ].London,1997.
[6]　夏鼐,王仲殊.考古学(中国大百科全书・考古学)[M ].北京:
中国大百科全书出版社,1986.
Xian D ing,W ang Zhongshu .A rcheol ogy (see:Encycl opedia of A rcheol ogy ).China Encycl opedia Press,Peking,1986.
[7]　钟世航.我国考古和文物保护工作中物探技术的应用[J ].文
物保护与考古科学,2004,16(3):58～64.
Zhong Shihang .App licati on of geophysical technol ogy f or archaeol 2ogy and p reservati on of cultural relics .Sciences of Conservati on and A rchaeol ogy,2004,16(3):58～64.
[8]　华伟砚,孙宝喜,徐妍.瞬态面波法的技术和应用[J ].黑龙江
水利科技,2002,(4):106～107.
Hua W eiyan,Sun Baoxi,Xu Yan .App licati on of transient surface wave method .Heil ongjiang Science and Technol ogy of W ater Con 2servancy,2002,(4):106～107.
[9]　龚飞,等.CS AMT 方法对虎跳峡龙蟠右岸变形体的反应特征
[J ].工程地质学报,2005,13(4):542～545.
Gong Fei,et al ..CS AMT method f or exp l orati on of def or mati on bodies in Longpan area .Journal of Engineering Geol ogy,2005,13(4):542～545.
466Journal of Engineering Geology 工程地质学报　2006。