第二次课 考古勘探中的科技

楼兰古城消失之谜
中国国土资源航空物探遥感中心的何宇华、 孙永军两位研究员利用卫星遥感探索楼兰古 城的消亡之谜,指出因古孔雀河上游两次地质 滑坡堵住河道且切断供水源, 导致楼兰古城因 断水而被遗弃,最终消亡。
吕厚远2008年通过卫星遥感图罗布泊发现神 秘新古城楼兰“姊妹”注宾城
新发现古城遗址南墙由红柳和泥土筑成
英国威尔士千年前捕鱼场
5.航拍方式
垂直摄影----绘制地图 倾斜摄影----考古航空
6. 航片的特性与判读
航片是辐射能在各种图像上的表现。必须 对航片内容作分析、判读、解释，弄清图 像中的轮廓、线条、色彩、花纹对应的地 表物处于何种状态。----专业人士
航空遥感片分为黑白、彩色、红外像片， 三种像片的识别方法大同小异。
1981年孙守道在文物普查时在牛河梁山头 （朝阳市建平县与凌源市交界处），在地 面发现了一个陶鼻子，引起重视，遂发现 祭祀遗址。在连绵起伏的山岗上，有规律 地分布着女神庙、祭坛和积石冢群，组成 一个独立于居住区以外，规模宏大的史前 祭祀遗址群。其布局和性质与北京的天坛、 太庙和十三陵相似。 入选“中国20世纪100 项考古大发现” ，“世界百项考古发现”。
在冬末或初春冰雪消融时 ，冰封的遗迹在解冻时 需要的热量比周围的自然土壤多，其上面的霜雪 就会比周围的霜雪 融化得慢，出现正霜雪标志。
初春时节，霜雪融化时
初冬时节，下第一场雪时
潮湿标记
考古遗迹的土壤颗粒受人类活动的影响发 生了变换，因而其吸收和保 存水分的能力 就不可能同周围的自然土壤一样。一般遗 迹的土壤颗粒比自然土壤颗粒细， 这样前 者能够吸收水分的总表面积就大，因而能 储存更多的水分。在雨后不长的一段时间 内，考古遗迹土壤与自然土壤潮湿度的差 异会表现得较为明显，可以帮助我们观察、 寻找 地下考古遗迹的存在。
无损伤。地面“遥感”，不存在直接 的损坏。
简便高效。与遥感设备相比较易于操 作，而且探测速度快，节省人力、物 力和时间。
考古资料的尺度较小，且物性差异 不大，都影响物探结果。
干扰因素多。地球表面磁场的复杂 性很容易在零散杂乱的物探数据中 引入干扰信息，如铁栏、广播电台、 建筑物、废铁渣等。
与遥感相比，勘探范围小，因而信 息量受到限制。
《魏书》记载“魏先之居幽都也，凿石为祖 宗之庙，于乌洛侯国西北。”“北魏世祖太 武帝拓跋焘太平真君四年，乌洛侯国遣使朝 献，称其国西北有国家先帝旧墟，石室南北 九十步，东西四十步，高七十尺，室有神灵， 民多祈请。世祖遣中书侍郎李敞告祭焉，刊 祝文于室之壁而还”。
鲜卑祖庙“嘎仙洞”
牛河梁遗址的发现
通常古代的城墙、道路遗迹会呈现较浅的 色调。
墓葬、古河道的遗迹则色调较深。
德国巴伐利亚州新石器时代壕沟遗址
植被标记
正植被标志
古代沟渠、灰坑、墓葬，由于积水较多，土 壤疏松，水分含量较高，土质相对肥沃，农 作物生长旺盛、植物色深。
负植被标志
古城墙、古道路、村落遗址，由于土壤板结、 透水性差，土壤中水分较少，故而农作物早 熟、植物色浅。
遥感考古的工作原理建立在考古遗迹的物理 属性、电磁波波谱特征、影像特征三者的特 定关系之上。
人类遗迹、遗物的形成与周围环境有别，各 自具有的电磁波辐射的情况就不同，造成不 同的电磁波波谱特征，各种地物的电磁波谱 在时空范围内形成一定的分布，反映在遥感 影像上的不同色调及其组成的各种图案和时 空变化的范围。
草本植物，尤其是谷类作物，如大麦、小 麦燕麦在成熟季节里的植被标记更明显。
植被标记
德国巴伐利亚州新石器时代居址房 屋遗址（正植被标志）航片
德国巴伐利亚州古罗马庄园是指建 筑遗址（负植被标志）航片
遗迹阴影标记
坟墓、城墙断垣、堤坎等由于长期风吹雨淋，分化后的遗 址在近处一眼难辨，通过高空摄影观察阳光与阴影的分布 布，发现平时难以发现的、稍微露出地面的遗迹 。
（1）电阻率法
利用考古遗存与周围埋藏物导电率（或电阻 率）的差异，来推测地下考古遗存存在的可 能性。
考古遗存与土壤具有不同的质地（成分）、 疏密度（孔隙水的附存状态）、含水量（渗 透性）、饱和度、电离子浓度、温度等，导 致不同的电阻率。
4. 考古物探的工作程序
第一步 资料收集分析 文献、考古发掘等资料等分析，现场勘查，了解地形、地 貌。
第二步 工作设计
① 根据物探地区的物理特性决定使用何种物探工具。原则：选择成本 低、效率高、效果佳。 例如:大面积先用磁法，再用电法、地质雷达。 ②进行区域系统规则的布局，相当于“布方”。一般先划出“20米×20 米”的区域，然后再画成若干小的网格，成为“测网”。
考古勘探中的科技
吉林大学边疆考古研究中心 蔡大伟
本次课主要内容
一、遥感与航空摄影 二、地面物理勘探 三、地球化学勘探
前言
考古的目的复原历史，然而人类生产生 活留下的痕迹，经过千万年的沧海桑田 已经变的面目全非。
考古工作者主要通过考古调查、考古勘 探、考古发掘获取资料。
考古勘探与考古调查通常紧密相连，有 时不分先后，共同协作，为今后的发掘 工作和遗址保护提供基础资料。
在考古勘察时，我们需要将科技手段和传统 手段相结合，先通过遥感获得遗址、遗迹的 大致轮廓，然后进行时实地地面踏查，结合 物探、化探或者手工铲探,来寻求其更详细、 具体的定位。
一、遥感与航空摄影
1. 遥感与遥感技术 2. 遥感考古的基本原理 3. 遥感技术的系统组成 4. 航空航天摄影的优点 5. 航拍方式 6. 航片的特性与判读 7. 考古遗址标记
1. 遥感与遥感技术
遥感（Remote sensing）顾名思义，从 遥远的地方感知、探测研究对象的一种 侦测技术。所谓“遥远”，是一个相对 尺度，既可从数万公里高空的人造卫星 到地面，也可以是几米之内目标。
遥感技术是随现代摄影技术、空间技术 与光电技术发展而产生的一门综合性探 测技术。
2. 遥感考古的基本原理
3. 遥感技术的系统构成
（1）遥感平台（飞行器、气球、遥感汽车等）
航天遥感 航空遥感 地面遥感
（2）传感器---航空摄影仪（包括普通照相机、 多光谱扫描仪、微波扫描仪、雷达扫描仪 等）
（3）信息接受、传送、识别系统。
4. 航空航天摄影的优点
无损伤探物、视野大，飞行者能够鸟瞰遗 址的全貌与周围环境的关系。
考古遗址标志总结
地球卫星全年全天候遥感技术
全年红外摄影分析图 地面遗迹更易分辨其轮廓和位置
遥感考古实例
1996年，宋宝泉博士建立 国家博物馆遥感 和航空摄影考古中心，对河南洛阳地区的 二里头、偃师商城、汉魏故城、隋唐东都 城等遗址进行航拍，研究表明，我国黄土 地区地下的夯土基址和建筑遗迹在一定条 件下能够引起地表植被生长的变化，…… 这对研究我国广大地区土木结构建筑遗迹 具有重要意义。
对于深埋的地下的遗迹、遗物无法探知。 地面踏查和铲探仅能了解局部、小范围的
遗迹分布状况，不易掌握大范围内遗迹和 遗物的情况。 调查费时费力，对每位调查者个人经验要 求较高，一般情况下不易满足需要。 对遗迹、遗物有一定程度的破坏。
现代考古勘探方法
航空航天遥感探测（又称遥感考古） 地球物理探测（简称物探） 地球化学勘探（简称化探） 水下声纳探测
正负霜雪标志
负对逢地到下 霜遗 雪迹 天而 气言 会，因由温于度与差正周异围导土致壤地的 面温霜度雪不融同化，速
度不同，出现正、负霜雪标志。
一般来说，如果地下遗迹是壕沟或护城河一类， 由于其处土壤比周围 的颗粒细，储存的水分多， 因此在深秋或初冬，当严寒突然来临降第一场霜 或第一场雪时，遗迹中储存的水分在从液体状态 转变为固体状态的过程中，散发出许多热量，可 以使 遗迹上面的霜雪首先融化，从而出现负霜雪 标志。
牛河梁女神头像和祭坛
玉猪龙
考古勘探
考古勘探是为了解地下古代文化遗存的性 质、结构、范围、面积等基本情况而进行 的钻探工作。
普探指采用每平方米布孔5个的梅花点布孔 法而进行的勘探工作。
重点勘探指为了解墓葬及其他遗迹现象并 在地面作出形状标记而必须进行的钻探工 作。
钻探地层剖面图
传统方法的不足之处
第三步 野外物探 把测网四角用木桩固定，按编号进行系统的勘测、记录。
第四步 资料的解释和结论 资料输入，运用地球物理理论，将数字信号转化为图像。 结合考古资料，确定地下遗址的情况。
5. 考古物探的方法
从理论上讲，所有的地球物理勘探方法都 适合于考古勘探。
电阻率法、磁法、探地雷达法、地震法、 重力法、热勘探、定常波探测、激发极化 法、放射性勘探法（Y射线谱仪）、电磁诱 导法（EM法）、核子地球物理勘探法。
洪水标志
洪水标志是指泛滥的洪水淹没了地上遗迹 周围的土地，而只将较高的遗迹露在水面 之 上。洪水标志的季节性非常明显，通常 在汛期出现在山谷或河谷的低洼地带。此 外，在初春季节，积雪开始消融，而大地 还没有开始解冻，雪水既不能下渗，又不 能流走时就会淹 没田野，在有地面遗迹存 在的地方形成洪水标志。
二、地面物理勘探
1. 前言 2. 原理 3. 考古物探的优缺点 4. 考古物探的工作程序 5. 考古物探的方法
1. 前言
1946年，英国的R.C.AtKinson 用电阻率勘 探法研究Dorchester 新石器时期地下遗址， 是地球物理勘探法在考古上的首次应用。 此后，浅层地球物理（Nearsurface Geophysics）等探测方法被引入考古勘探 中，得到学术界的广泛重视，逐渐形成了 地球物理勘探，简称物探，地球物理考古 学（Geoarchaeology）也应运而生。
2. 原理
考古遗存、遗迹在地下形成的土质结构、密 度、含水量与周围天然沉积物有差异，表现 为土壤密度、磁性、电性、导热性、弹性、 放射性较附近普遍增大或减小。基于遗存与 周围介质的某个或者某些物理特性的差异而 进行。
3.考古物探的优缺点
准确、多信息。不仅能指出遗迹所在 地和分布范围，还能定性地提供遗迹 的地下分布位置，适合于探寻一个遗 址范围内部遗存的分布情况。
拍摄时要考虑太阳角度和摄影时间的因素（上午和下午最 佳），条件好的话，可以在一天中的不同时间进行拍摄， 以便比较不同方向的阴影，更好地对遗迹做出正确的判断。
元上都皇城东二门外关厢区
内蒙古正蓝旗元上都遗址
辽庆州城遗址（阴影和土壤）
霜雪标记
秋冬季节，田野里的霜雪经过风吹，在移动的过 程中会落在地面遗迹凸起部分的四周 以及凹陷地 带。这样，通过霜雪在地面遗迹及其周围的不同 分布，突出了遗迹在地表形成 的起伏不平，显示 出遗迹的存在。这就是我们所说的霜雪标志。
1997年又进行了内蒙古东部地区古代大型 遗址的飞行勘察，重点勘察了夏家店下层 文化山城、辽上京和中京、庆州、祖州、 祖陵、庆陵、金界壕边堡、元上都、应昌 路故城等遗址，取得了圆满的成功。
2000年5月在对北京老山汉墓发掘前和发 掘中，用遥感技术发现周围有三处异常， 初步推测此处为一汉墓群。
……
7. 考古遗址的影像特征
考古遗址作为一种地物，具有特殊的物理特 征，显示出特殊的影响特征，具有独特的遗 址标志 ------土壤标志 ------植被标志 ------遗迹阴影标志 ------霜雪标志 ------潮湿标志 ------洪水标志
土Biblioteka Baidu标志
考古遗址的土壤有路土、夯土、填土、淤 土等，与自然环境土壤的色泽、结构、温 度、致密度存在差异。
考古调查
考古调查是为了解地面、地下的古代 文化遗存而进行的查阅文献、实地踏 勘、采集标本并做出文字、绘图、摄 影记录，提出勘探或考古发掘计划等 工作。
考古调查经常发现重要的遗址。例如 米文平发现《魏书》记载的鲜卑祖庙 石室。孙守道发现牛河梁遗址女祭祀 遗址。
鲜卑祖庙“嘎仙洞”
鲜卑源于东胡，是中国古代史上继匈奴之后 活跃在中国北方草原上的又一个强大的游牧 部落联盟。公元386拓跋珪建立北魏王朝。
可免去手工在地图上标绘遗址的繁琐 。
德国新纳粹
纳斯卡地画
地面摄影
热气球航拍
飞机航拍（元上都遗址）
卫星照片（宁夏西夏王陵）
英国威尔士千年前捕鱼场
有人乘坐飞机经过泰菲河河口时，看到水下 有形状奇怪的物体，于是通知考古学家。考 古学家使用“谷歌地球”软件调查，发现水 中一个Ｖ字形建筑清晰可见。