《科技考古》講義

上篇考古探查、開掘與遺跡遺物的采集、保存第一章考古勘探一、本章的內容概要科技考古勘探的特點和步驟考古勘探是考古工作的根底，是田野考古工作的重要組成局部。利用現(xiàn)代科技手段進展考古探測，具有傳統(tǒng)考古勘探〔手工鏟探〕所不行比較的優(yōu)越性。首先，科技考古勘探具有不損傷探物的特征，可謂被稱為無損傷考古。其次，科技考古勘探的工作周期短，勞動強度小，所需資金少，準確率高。此外，科技考古探測可以普查到工作地區(qū)的每一角落，它不受地區(qū)限制，如在條件惡劣，人跡罕至的地方進展考古調查。最重要的是，由于科技考古探測的探測范圍廣，儀器周密度高，能夠把很多雜亂無章甚至人的力氣不科技考古探測除了覺察古代遺存外，更重要的是可以記錄、考察和解釋古代遺存的歷史變化，對于一些重大問題的解決和專題爭論幫助極大?！灿址Q遙感考古〔簡稱物探、用中常常使用幾種方法,相互訂正和彌補。與傳統(tǒng)的勘探程序一樣，科技考古學的勘探亦分為三大步：第一步是資料的搜集和分析，在此根底上遺物現(xiàn)象。第三步是對調查資料的整理、分析，結合獵取的各類信息和其他資料，總結調查區(qū)域的遺存概況。一般地，用科技手段勘探和傳統(tǒng)的地面勘探相結合，二者相互補充，且前者并被后者所檢驗。航空攝影與遙感考古航空攝影與遠古考古的定義航空攝影考古在英國等歐洲國家開展較早，已有近一個世紀的時間。1858年，納達爾〔Nadar〕用氣球裝在照相機第一次成功地獲得了巴黎俯視圖。與此同時，攝影測量學的創(chuàng)始人――法國陸軍上校勞賽達特〔Laussedat〕首創(chuàng)了適合于攝影測量用的攝影一起和交匯攝影測量法。20世紀初，航空攝影開頭用于〔Sharp〕在軍用氣球上從傾斜和垂直角度拍攝了斯通亨奇環(huán)狀列石〔Stone-henge，并于次年登載在《考古學》雜志上，引起很大轟動；它1909一次用飛機在意大利拍攝了航空相片。兩次世界大戰(zhàn)期間，空中攝影是搜集情報的一種有效的工具，出于軍事的需要拍攝了大量的航空照片，擴大了考古遺存的調查，尤其供給了很多不為人知的考古遺址照片。應用不久就開頭了遙感考古的探究，甚至爭論出遙感的環(huán)境模型。80年月，遙感考古已廣泛使用，到目前為止，歐美很多科研團體和個人已探究出很多行之有效的模型、方法。遙感考古在我國20世紀80年月以來也作過屢次嘗試，多承受航片分析與地面勘探、物探相結合的形節(jié)約資金、省時省力、獵取信息量大。航空攝影考古是承受多種形式在不同時間、從不同角度在空中對地面進展攝影，利用地貌形態(tài)、地物陰影、霜雪、植被及土壤濕度等多種因素在遺址地區(qū)形成的不同標志，解釋地面或地下遺跡的特征。遙感考古就是將遙感技術用于考古爭論中，即就是運用遙感技術，獵取遺跡或現(xiàn)象的電磁波或超聲波古城址復原等工作。航空攝影與遙感考古的物理根底遙感與航空攝影考古所包含的理論和方法很多，主要包括地球物理勘探、測量、航空攝影勘察和衛(wèi)片、航片分析等等。其中以航空攝影勘察，航片、衛(wèi)片考古學分析為主，文獻爭論、考古調查開掘及地球物理勘探為輔。遙感考古的工作原理建立在遺跡或現(xiàn)象的物理屬性、電磁波波譜特征、影像特征三者的特有關系之上。人類遺跡、遺物的形成與四周的環(huán)境有別，各自具有的電磁波輻射的狀況也就不同，造成不同的電磁波波譜特征，各種地物的電磁波波譜在時空范圍內形成確定的分布，反映在遙感影像上的不同色調及其組成的各種圖案和時空變化范圍?！睸1.1〕主要有：第一，考古遺跡的土壤特征是重要的信息顯示，利用土壤標志可以區(qū)分出古代的城墻、道路、墓葬、古河道等遺跡。其次，考古遺存的物理特性會作用于遺跡所在地的植被生長，形成植被標志〔S1.2遺跡因其種類不同形成正植被標志和負植被標志。第三，遺跡的陰影標志。殘存在地面上的遺跡如城墻、墳冢、土臺、溝渠簡潔形成地面的起伏變化，影，特別是布局具有規(guī)律性的城址特征尤為突出。在航空照片上，特別是黑白影像上陰影明顯。第四，不同的考古遺跡在夜間都會發(fā)出與四周環(huán)境不同的特征紅外光譜，在夜間衛(wèi)片或航測紅外光波段照片中可以區(qū)分出來。第五，土壤的差異還可通過土壤潮濕度的差異〔即潮濕標志〕和地成上霜雪溶化的速度不同〔即霜雪標志〕表現(xiàn)出來。遙感片等資料的特性與判讀航空攝影和遙感考古的資料主要包括攝影像片、掃描圖像和側視雷達圖像，三者的成像方式和特點不同，判讀的方法也有所區(qū)分。遙感片是輻射能在各種圖像上的表現(xiàn)，必需對航片內容作分析、判讀、解釋，弄清圖像中的輪廓、線作物在內的植被生長季節(jié)等狀況生疏明白，做到心中有數(shù)。對于獵取的遙感資料，需經(jīng)過處理才可判讀。處理方法可承受光學處理和計算機處理，目前以后者為進展分類，提取有相像波譜特征的像元，以便計算機自動識別。依識別的方式，航片識讀又可分為目視判讀〔簡稱目讀〕和計算機判讀。一般狀況下，先是目讀，并在目視推斷的根底上帶著問題計算機識讀，最終再目視判讀。目讀依據(jù)地物的特征來確定。不同的地物具有不同的光譜特征、空間特征、時間特征、偏振特性等，這些在影像上的表現(xiàn)形式不同，這些被表現(xiàn)形式稱為判讀標志。地物的光譜特征在影像上表現(xiàn)為地物的波立體外貌和區(qū)分率；間接判讀標志包括水系、地貌、土質、植被、氣候、人類活動。地物的進展變化因時而異，其時間特性以光譜特征和空間特征的變化在影像上表現(xiàn)出來。目讀的原則是先整體后局部，先后未知。計算機自動識別的方法分為監(jiān)視法和非監(jiān)視法。監(jiān)視法又稱訓練場地法，用的地物的某些物理量修改，最終將修改后的群類用于整幅圖像的分類。遙感與航空攝影考古程序遙感考古工作到目前已開展了幾十年，積存了相當閱歷。各國依據(jù)本國的考古特點，應用和測試了很多證與補充，完成定性分析?？碧角暗念A備工作：首先，收集與分析資料，旨在對勘探地區(qū)的自然環(huán)境、文化面貌有個根本概念。接于空中飛行的特別性，飛行空域的申報是必要的。野外實地勘查當覺察可能有遺跡跡象時，要減慢飛行速度，翻開機窗或艙門，然后在不同高度盤旋飛行，進展觀看，選擇最正確的拍攝角度，用手握小型或中型相機傾斜拍攝。在勘察過程中，確定要做好記錄。野外勘察，主要是進展必要的探測和驗證，通過有重點地將航片、原先資料所反映狀況同實地比照，特別是草圖上標出的遺跡局部，為判讀時消滅的疑問查找答案。必要時還要進展訂正和勘察、攝影記錄，尤其對于的覺察，要做詳盡的各種記錄。在這一階段，多種遙感考古技術與地球物理探測和地面調查相結合，才能獵取全面的現(xiàn)勢性強的數(shù)據(jù)資料，最終建立航片解釋的標志。信息資料的具體分析：通過對各種信息綜合分析，制定出一張具體的考古勘探解釋圖，進而確定爭論的目標、方法、步驟。從的航片上的色調、顏色分析，盡可能找出全部的考古遺跡或現(xiàn)象，與以前的資料接著，工作人員對獵取的圖像進展了解譯，主要是建立影像標志。對于遙感資料的分析，一般要進展實地的判釋和驗證，可以實行野外調查、局部的爭論開掘等手段。綜合分析和爭論：對全部的野外工作、以前的信息進展了綜合分析，勾畫出一張具體的遺跡分布圖，對全部的疑點進展解釋。最終進一步做斷代等方面爭論，寫本錢次工作的報告。地面物探物探的概念及原理2050〔NearsurfaceGeophysics〕等探測方法被引入考古勘探中，得到學術界的廣泛重視，漸漸形成了地球物理勘探，簡稱物探，地球物理學也應運而生。在美國、英國、德了“瞄準目標法”的工作方式。考古物探的原理很簡潔，就是考古遺存轉變了所在地區(qū)的地表的物理、化學構造，使土壤物理性質消滅質?？脊盼锾椒椒ㄊ腔谶z存與四周介質的某個或某些物理特性的差異而行，所以在探測之前就必需了解差異?？脊盼锾降墓ぷ鞒绦虻谝徊?，資料收集分析。在打算某一地區(qū)要進展物探后，要著手收集該地區(qū)的地質物探資料、原來的理特征和考古現(xiàn)象，必要時可用儀器測試。其次步，工作設計。依據(jù)所探地區(qū)的物理特性打算使用何種物探工具，由于任何物理工具有它自己的〔兩者或兩者以上〕的方法效果更好。工作設計的另一個重要內容是進展區(qū)域系統(tǒng)規(guī)章的布局，相當于考古工作的布方。第四步，資料的解釋和結論。將野外獵取的數(shù)據(jù)資料輸入計算機進展處理〔運用地球物理場的理論和地質理論，并轉化成數(shù)字化的圖像。接著，參考地區(qū)特征判定特別點及其形成的外形、走向與分布范圍。外形?？脊盼锾降念愋蛷睦碚撋现v，全部的地球物理勘探方法都適合于考古勘探，物探法有電阻率法、電磁法、探地雷達法、重力法、熱勘探、定常波探測、地震法、激發(fā)極化法、自然電場法、放射性勘探法〔Y、電磁誘導法〔EM法、核子地球物理勘探法等。實際上，物探受探測對象物理特性的限制，不行能對任何考古遺存都有用。最常見有效的是前三種，其余的仍處于嘗試、改進階段。電阻率法：電阻率法勘探是通過探測遺跡、遺物與四周土壤電阻的差異，來確定目標物的深度、分布范圍、幾何外形?？脊胚z存與土壤具有不同的質地〔成分、疏密度〔孔隙水的附存狀態(tài)、含水量〔滲透率、飽和度、電離子濃度、溫度等，導致了它們不同的電阻率。個人工電場，通過測定由之形成的電位差轉化的電阻率值而反映文物的電性構造。依據(jù)歐姆定律，電阻率又由于地表起伏等緣由，故而測到的電阻率不是真電阻率，而是電流分布范圍內各種電阻率之綜合反映，可推斷地下物體的位置、外形和特征。用電阻率法可以探測到遺跡的埋藏深度，測繪出遺跡的地層剖面圖和平面分布圖，適合勘查很深的古〔幾十根至幾百根〕一次布置完成而備受青睞。電阻率法的設備簡潔，操作簡潔，不受外來磁場、功率源、金屬干擾的影響。但是，電阻率法也有一〔包括地下水位〕以及地面的植被狀況等因素，都可能造成所測數(shù)據(jù)的誤差。所以，電阻率法并不適合探測規(guī)模較大的遺跡。此外，表土和下層土的不均性也會擾亂所測物的電阻率，很多工業(yè)問題的嚴峻干擾曾一度困惑著工作明顯、區(qū)分率高、探測范圍大。磁法勘探：簡稱磁法或磁測，是全部物探技術中應用最廣泛的一種方法，能夠快速地、而且較為準確地在且能夠判定大范圍的遺址區(qū)域中文化積存的所在位置方面，可以顯示較為完整的遺址構造圖。地球本身具有地磁場，該大地磁場是一個變化極慢的穩(wěn)定磁場。在包含考古遺存的地層中，除正常的地磁場外，每個考古遺存〔即磁性物體〕在其自身四周會形成一個磁場，這個磁場是疊加于正常的地磁場之上，這樣消滅了地磁特別，磁測正是要勘探這種磁特別。在實際勘探中，主要是通過探測遺跡與四周磁化率的反差來確定磁特別，進而確定考古遺跡的深度、大小、布局等特征?？脊糯艤y的野外工作法可分為兩類：一類是在地面用磁力儀查找地下遺存的地面磁法；另一類是磁化率儀測量表土的磁化率，來查找表土內遺跡的表土磁測，也稱表土磁化率測量。磁法勘探快捷簡便，常見的磁性勘探儀器有高靈敏度的質子磁力儀、光泵磁力儀、磁通量梯度計等。以質子磁力儀為例說明其操作方法〔S1.4，該機配有微機系統(tǒng)，只需一人攜帶主機、探頭，按設計路線進展，儀器按指令自動測量和儲存。測量完畢后經(jīng)過微機處理，能很快地找到特別范圍和外形。由于磁法勘探在某些方面存在局限性，只有與其他物探方法相結合，才能使這一方法更為科學，也更為完善。電磁勘探法與探地雷達：電磁勘探法的根本原理是電磁感應和電磁波在傳播過程中的折射、反射和衰減。主要測出考古遺存與四周土壤的電阻率和磁化率特別。使用電磁探測儀時由放射線圈向地下放射電磁波，探地雷達〔GroundPenetratingRadarGround-ProbingRadar,GPR〕是一種測定地下介質分布的光譜〔1MHz-1GHz〕電磁技術。在考古中，是通過探測地下介質電性〔主要是介電常數(shù)、導電率〕的差異，了解遺跡遺物狀況的一種方法。探地雷達利用一個天線放射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下物質界面的反射波，電磁波在物質〔相鄰波中相位一樣的點〕特征，便可推斷介質的構造和地層的起伏形態(tài)，進而推上，通過計算機處理很快能得出準確的結果，確定遺跡的地下位置(S1.5)。地震勘探法：又稱彈性波法，是由人工產(chǎn)生的地震波傳到地下，當遇到介質后經(jīng)反射或折射再傳回地面，依據(jù)傳回地面的波譜特征來推斷介質的外形、大小、埋藏深度等。地球化學勘探土壤、水、空氣、植物等介質中的豐度，比四周地區(qū)凹凸的特別來查找勘查目標的。原則上，各種地球化學勘探技術都可以用于考古學上。目前，地球化學勘探法在考古學上只有零星的使用，有待進展〔1〕汞測試指通過測試汞元素的化學特別來查找地下遺跡。汞或汞的化合物埋在土中，緩慢而又不連續(xù)地向地表斷特定區(qū)域汞的特別。工作人員用汞測量法對安陽殷墟進展勘查。測量的結果說明：殷墟土壤汞特別高，貴族墓葬區(qū)的汞特別與商代貴族大量使用汞和朱砂有關，宮殿遺址區(qū)的汞特別或許與其中的包含物中使用朱砂等相關。之后，用此法對秦始皇陵的地宮進展了探測，證明是可行的。198112500012023汞特別有確定規(guī)律，可能是地宮所在處，這也可能是地宮內大量水銀長期揮發(fā)滲透的結果?！?〕磷酸鹽勘探法磷是全部動植物及其環(huán)境中的一種根本元素，在自然界中循環(huán)存在，它從土壤到植物，從植物到動物，再由動物返還到土壤，在確定區(qū)域內的這種磷循環(huán)保持常量。當某一地區(qū)垃圾、動植物遺骸及排泄物集中沉積時，該區(qū)所含的磷酸鹽就多；假設從某地區(qū)將含磷物質移開則磷酸鹽含量下降。可見，凡人類生活過區(qū)從而找到古人類的活動區(qū)域。1986年，英國遺物中心開掘隊在調查德文郡代頓史前遺址時，用地磁法和磷酸鹽法進展調查。該地的地表下為石灰?guī)r，通過采集表土中的磁化率和磷酸鹽樣品，測定之后覺察前者反映的磁化特別與考古遺跡不符，而遺跡所處位置的磷酸鹽明顯偏高。GPS、GIS在考古調查中的應用運用GPS確定遺址的地理坐標GPS是全球定位系統(tǒng)〔GlobalPositioningSystem〕GPS可以確定各個遺址的經(jīng)度、緯度、海拔高度等地理坐標。GPS由空間導航衛(wèi)星、地面監(jiān)控站組和用戶設備三局部組成?？臻g的GPS24顆衛(wèi)星〔其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用〕6個軌道面上，衛(wèi)星的軌道格外嚴格，如有誤差，隨時得到地面監(jiān)視系統(tǒng)的即時更正。GPS的時空配置，保證地球上的任何地點任何時刻均至少可同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證周密導航和定位的需要。GPS定位系統(tǒng)屬于無線電導航定位系統(tǒng)，用戶通過接收設備承受衛(wèi)星發(fā)播地信號，就GPS衛(wèi)星間地距離〔偽距，確定接收機位置準時間改正數(shù)。GPS技術用于考古學上已有近20GPSGPS〔1〕〔2〕設計和布點便利靈敏。GPSGPS〔3〕〔4〕不受氣象條件的限制，工作效率高GPSGPSGPS技術。GPS天線一般安裝在飛機頂部，航攝儀則安裝在飛機底部。攝影測量利用攝影像片來爭論、確定被攝物體外形、大小、位置及屬性的相互關系；主要是以航攝像片所量測的像點坐標為根底，用計算方法解求加密點的地面坐標，GPS關心航空攝影測量技術速度快，精度高。GPS關心航空攝影測量技術應用于航空遙感探測系統(tǒng)中，能快速地測量出遺跡的分布范圍、各遺跡的大致輪廓及其相互間的關系。GPSGPS測量自動化系統(tǒng)。GPSGPSGPS與各種地面物探、航空遙感、水下探測手段相結合、相互參考?！?〕GIS對考古材料的處理空間數(shù)據(jù)輸入、存貯、檢索、運算、顯示和分析應用的技術、處理地理信息的系統(tǒng)。GIS并建立的關系，且將的屬性與地物空間位置相連接，然后將它們存貯在圖層的特征屬性表中。GIS的操作比較簡潔，首先選擇一個特定區(qū)域作為爭論空間范圍，輸入一張該地區(qū)比較準確的地圖〔衛(wèi)片、航片或一般地圖〕作為根底圖，建立數(shù)據(jù)庫。然后把有關該區(qū)域的全部考古資料〔包括調查、開掘所獲得的資料〕輸入數(shù)據(jù)庫中。須留意的是，全部的植被、土壤、生物、水文、地理等環(huán)境因素先分成不同的層面，每個層面都代表一個方面，然后將不同類型的數(shù)據(jù)都標繪在每張圖上。最終依據(jù)爭論者的需要對每GIS的優(yōu)勢把一張張含有各種信息的地圖的擴大或縮小、分割或疊加；依據(jù)爭論目的，可以建立各種的類型的信息〔S1.6。成各個文化區(qū)域中不同生態(tài)環(huán)境的遺址分布模式，以此模式為根底，通過等量比較而推想未暴露考古地點和分析?！?〕3SGPS、GIS、RS〔遙感技術〕技術各有優(yōu)缺點，相互結合可取長補短。在實踐中，3S標地空間定位〔如〔考古遺存的位置和形制，RS用來實時或準實時地供給目標及其環(huán)境地信息〔如考古集成治理、動態(tài)提取，做成的集成系統(tǒng)的根本平臺，且為智能化數(shù)據(jù)采集供給地學學問。3S四種模式：GPS＋GIS、GPS＋RS、GIS＋RS、GPS＋GIS＋RSGISGPSGPSGIS3S種規(guī)模，從人類的物質遺存及其四周環(huán)境的空間構造相互作用，定性、定量地爭論古代人類活動。199668、GIS100到二里頭時期的聚落遺址。3S集成技術雖然已取得相當成效，且應用前景寬闊，但另一方面，也存在一些問題，主要是目前系統(tǒng)的設計、應用過程的不完善，諸如集成系統(tǒng)的實時空間定位、一體化數(shù)據(jù)治理、信息的自動提取、數(shù)據(jù)的二、本章的重點和難點科技考古勘探的特點和步驟科技考古探測具有傳統(tǒng)考古勘探〔手工鏟探〕所不行比較的優(yōu)越性，它具有不損傷探物的特征，而且重大問題的解決和專題爭論幫助極大。科技考古學的勘探亦分為三大步：第一步是資料的搜集和分析，在此根底上制定野外勘察打算，并做調查資料的整理、分析，結合獵取的各類信息和其他資料，總結調查區(qū)域的遺存概況。航空攝影與遙感考古航空攝影考古是承受多種形式在不同時間、從不同角度在空中對地面進展攝影，利用地貌形態(tài)、地物陰影、霜雪、植被及土壤濕度等多種因素在遺址地區(qū)形成的不同標志，解釋地面或地下遺跡的特征。遙感考古就是將遙感技術用于考古爭論中，即就是運用遙感技術，獵取遺跡或現(xiàn)象的電磁波或超聲波古城址復原等工作。遙感考古的過程根本相像，即進展遙感測量，解譯定位，通過分析比照，爭論地上、地下文物遺存的變遷，并結合常規(guī)地表調查方法，現(xiàn)場驗證與補充，完成定性分析。地面物探考古物探的原理很簡潔，就是考古遺存轉變了所在地區(qū)的地表的物理、化學構造，使土壤物