课考古勘探中的科技课件

1、课考古勘探中的科技,考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,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

2、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。,课考古勘探中的科技,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。 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”。,课考古勘探中的科技,鲜卑祖庙“嘎仙洞”,课考古勘探中的科技,牛河梁遗址的发现,1981年孙守道在文物普查时在牛河梁山头（朝阳市建

3、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”。,课考古勘探中的科技,牛河梁女神头像和祭坛,玉猪龙,课考古勘探中的科技,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。,课

4、考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,钻探地层剖面图,课考古勘探中的科技,传统方法的不足之处,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。,课考古勘探中的科技,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 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、

5、化探或者手工铲探,来寻求其更详细、具体的定位。,现代考古勘探方法,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,2. 遥感考

6、古的基本原理,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。,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,4. 航空航天摄影的优点,无损伤

7、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。 可免去手工在地图上标绘遗址的繁琐 。,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,地面摄影,课考古勘探中的科技,热气球航拍,课考古勘探中的科技,飞机航拍（元上都遗址）,课考古勘探中的科技,卫星照片（宁夏西夏王陵）,课考古勘探中的科技,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，发现水中一个字形建筑清晰可见。,课考古勘探中的科技,英国威尔士千年前捕鱼场,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,5.航拍方式,垂直摄影-

8、绘制地图 倾斜摄影-考古航空,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中的科技,土壤标志,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

9、差异。 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。,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,德国巴伐利亚州新石器时代壕沟遗址,课考古勘探中的科技,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。 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。,课考古勘探中的科技,植被标记,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中

10、的科技,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,课考古勘探中的科技,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 。 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。,课考古勘探中的科技,元上都皇城东二门外关厢区,课考古勘探中的科技,内蒙古正蓝旗元上都遗址,课考古勘探中的科技,辽庆州城遗址（阴影和土壤）,课考古勘探中的科技,霜雪标记,秋冬季节，田野里的霜雪经过风吹，

11、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。,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,正负霜雪标志,对地下遗迹而言，由于与周围土壤的温度不同，逢到霜雪天气会因温度差异导致地面霜雪融化速度不同，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

12、负霜雪标志。 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。,课考古勘探中的科技,初春时节，霜雪融化时,课考古勘探中的科技,初冬时节，下第一场雪时,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的

13、科技,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,考古遗址标志总结,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,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

14、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。,课考古勘探中的科技,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。 ,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

15、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。,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中的科技,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,课考古勘探中的科技,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

16、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。,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,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。 无损伤。地面“遥感”，不存在直接的损坏

17、。 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。,课考古勘探中的科技,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 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。 进行区域系统规则的布局，相当于“布方”。一

18、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”。 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。,课考古勘探中的科技,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。,课考古勘探中的科技,（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

19、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。 墙、路、碎石堆、坟墓电阻大于周围的土壤 沟、废物坑、文化层电阻小于周围的土壤,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,电阻仪工作原理,标准温纳（Wenner)电极阵列测量法。内电极定位外电极外移获得不同范围、不同深度的系列“综合”电阻率（或称视电阻率）值，进而得到地下电阻率结构图像。 电流所能达到的深度取决于两个外电极之间的距离，距离越大，电流穿透底层越深。,内电极,外电极,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,砂卵石的导电性比砂粘土高,课考古

20、勘探中的科技,电阻率法的适用对象、注意事项和缺点,适用对象：城墙、壕沟和古河道等大尺度线状地物。 注意事项：电极插入地下与周围介质密切接触；测区沉积物适度保持均匀恒定。 缺点：效率低、工作速度慢，不易发现小尺度遗存。,高密度电阻率法勘探最大的特点是电极可以沿测线同时布设几十到几百根，仪器按选定的供电、测量排列方式自动采集所有电极的电位值。,课考古勘探中的科技,电阻率法考古勘探实例,张寅生，2002，用电阻率法测得安徽绩溪县北宋瓷窑遗址窑体对应的高电阻率区（磁法同时）。 高立兵（社科院考古所），2004，用电阻率法探测商丘东周城址城墙位置。 苏永军等， 2007，高密度电阻率法在三星堆壕沟考古勘

21、探中应用研究 。 黄建秋等，2008，高密度电阻率法探测土墩墓以江苏省无锡市战国土墩墓为例 。 黄建秋等，2010，高密度电阻率法在阖闾古城墙探察中的应用 ,课考古勘探中的科技,(2)磁法勘探,不同物质有不同的磁性质，考古遗存（有高温烧制的砖和窑灶）与周围地物存在差异，在地面上方一定距离内，就会出现磁场强度的异常。 如果在一定地区的地表上方测量各点的磁场强度，发现某处存在异常，就有可能提供寻找考古遗存的线索（窑、冶炼址等）。 从地层深处到地表，土壤磁化率由低到高，而人类活动区域，从地表到地下30厘米，土壤磁化率比周围土壤高100倍。,课考古勘探中的科技,磁场表现,陶窑、炼铁炉、铁渣场强磁力 用

22、火遗迹（炉灶、火坑） 属于永久性热剩余磁弱磁力 古道路、古城墙 磁力不同于周围土壤很弱磁力,课考古勘探中的科技,常用磁力仪,考古遗址所产生的磁异常仅有1-100nT（纳特斯拉 ）,需要十分灵敏、精密和稳定的仪器进行测量，常用仪器有质子磁力仪和灵敏度更高的光泵磁力仪。,课考古勘探中的科技,A magnetic gradiometer survey,课考古勘探中的科技,Reviewing the data from a magnetic gradiometer survey,课考古勘探中的科技,磁法勘探的优缺点,优点： a.高效：配有电源和计算机的车载梯度式光泵磁力仪日测250万个数据，1000平

23、方米/两天（网格间距0.5m）。 b.精确：可配有GPS获得每个测量点的坐标值。 c.自动化程度高：磁异常数据自动存入计算机。 d.展示方式多样化：等值线图、磁异常区图及磁异常诊断图等。 e.信息较多：既有地下物体大小又有埋深的信息。 缺点： a.价格不菲 b.无法辨识物体类型：只是地下物体综合性磁异常的表观反映。 c.抗干扰性差：浅埋铁质物体的较强磁异常会干扰考古遗存信号。,课考古勘探中的科技,磁法勘探实例,张寅生，2002. 用差分磁力仪测得安徽绩溪县北宋瓷窑遗址磁异常等值线图，探测到南陵县江木冲一座东汉至西汉时期的冶铜炉遗址和霍邱县一座砖结构墓。 钟建，2005. 用垂直梯度磁力仪探测山

24、西陶寺和山东较场铺城墙和西安木塔寺遗址塔基。 阎桂林，1997. 用质子磁力仪测得河南登封县某遗址古井、古窑磁异常等值线图。 ,课考古勘探中的科技,（3）探地雷达（GPR）勘探,GPR(Ground Penetration Radar)勘探基本原理：探地雷达通过发射天线不断向地下发射脉冲式电磁波，在均匀介质中电磁波被吸收和反射，其强度随深度加大而不断均匀衰减，但是在遇到密度较大的考古遗存（如夯土、砖、石）等地物时，就会在遗存与周围介质间的界面上发生较强烈的反射，接收天线不断接收和记录不同延迟时间的反射电磁波的强度和相位差，并存入计算机中，进一步依据反映地物电性的振幅、波长、形态的特征来识别异常

25、特征反射波来推断介质的结构和地层的起伏形态，进而推断考古遗存的分布位置。,课考古勘探中的科技,课考古勘探中的科技,探地雷达勘探的观测对象和优缺点,探测对象：大型夯土基址、城墙、 建筑遗迹、晚期砖石结构墓葬 优点： a.分辨率高：精度达到数厘米。 b.探测深度较大：可到达3050米。 c.可实时监测：数据采集与图像显示同步进行，调整参数和观测方式可以及时改善探测效果。 缺点： a.必须在已知有遗存的范围内 进行详查，无法在未知区域 寻找遗存。 b.不适于“寻找”小尺度遗存。 c.工作效率较低。 d.高地下水位和潮湿土壤会降低探测深度。,课考古勘探中的科技,探地雷达法考古勘探实例,高立兵，2000

26、. 用探地雷达勘探唐大明宫含元殿遗址的夯土基址和基址中的承础石，偃师商城宫殿遗址，滕州前掌大商周墓。 姚萌等，2000. 用探地雷达探测绍兴印山大墓葬墓室范围。 ,课考古勘探中的科技,（4）地震考古勘探法,基本原理：地震勘探法又称弹性波法，是由人工产生的地震波传入地下，利用物理性质有差异的不同介质反射和折射回地面的地震波特征来判断介质形态、大小、埋深等的考古勘探方法。 优点： a.分辨率高、精度高。 b.信息量较大：可了解遗存的形状、大小和埋深。 缺点：仪器设备复杂，不便于野外考古勘探的操作。,课考古勘探中的科技,地震法考古勘探实例,Bernabini M. 等，1991. 用地震法探寻罗马圆

27、形大剧场石柱。 段清波，2005. 用夯土震源法对秦始皇帝陵地宫进行探测，与重力异常、夯土墙磁异常、墓室高电阻异常和汞异常等物化探异常共存，说明地宫的存在。 ,课考古勘探中的科技,第三节 地面地球化学考古勘探,1、汞测试法考古勘探 基本原理：通过测定汞元素的化学异常来寻找地下考古遗存的方法。埋藏在地下的汞或者汞的化合物以极强的穿透力不断缓慢地透过介质（砖石、混凝土、木材、土壤等）向地表散发汞蒸气的过程中，会与介质发生各种物理和化学的反应，甚至与有机物结合形成有机汞化合物，在一定区域内表现出的汞或者汞的化合物异常分布特征可以提供与古代人类使用汞或者汞化合物有关的信息，进而追踪相关考古遗存。 在新石器时代，古人将朱砂作为颜料、染料等，将其涂抹在器物上、尸体上、或者墓葬里。,课考古勘探中的科技,汞测试法考古勘探实例,申斌、边德芳，1985. 用土壤汞测量法测得安阳殷墟保护区域与安阳市土壤汞背景值的明显差异，以及保护区内贵族活动区与平民活动区土壤汞含量的差异，得到贵族更多使用朱砂的推论。 伍宗华等，1981. 对秦陵进行汞测定，发现1.2万平方米范围内，秦陵内城中央区有