怎样揭开层层黄沙埋藏的千古之谜黄泛区

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年5月24日，黄河实验室河南大学基地、河南大学黄河文明与可持续发展研究中心等单位举办了线上讲座“怎样揭开层层黄沙埋藏的千古之谜——黄泛区的考古实践”。讲座由河南大学历史文化学院特聘教授、河南大学黄河文化遗产实验室副主任秦臻主讲，由河南大学黄河文明与可持续发展研究中心副教授、河南大学黄河文化遗产实验室副主任侯卫东主持。引言考古学是以实物遗存研究人类既往社会的学科。由于自然及人为的种种原因，过去人类活动的诸多细节，在久远的岁月中渐渐湮没，剩下些在适宜环境中保存得清晰可辨的遗物遗迹，当然也留下了一些人眼难以辨识的微末痕迹。然而，在考古学发展的历史中，20世纪中叶以前，考古学家们无法辨识并利用这些重要的微遗存，他们只能根据肉眼可识的各类遗物遗迹来探索古代社会。年，美国化学家威拉德·利比发现了碳14原子的衰变规律，其后不久考古学家们便将之应用到考古学的实践中，以判定含碳遗存的绝对年代。自此之后，越来越多的科技手段涌入考古学科之中，科技为考古研究插上了腾飞的翅膀。现今的考古学家们除了利用各类科技手段对不同遗存开展断代研究外，还可以根据海底岩芯、冰芯、古海岸线的变迁、纹泥、土壤微形态、微小动植物遗存等，重建古代社会的环境；可以依靠各种器物上的残渍及同位素，还原古人的食谱；可以凭借岩相学及金相学的相关知识，推测古人制造陶器及金属器具的程序与方法。这些科技手段的介入，使我们对古代人类社会的研究从宏观进入微观，可以洞察到很多特殊的考古现象，从而对古代社会的性质及生产生活状况等方面，有了更为准确清晰的认知。本文既是秦臻教授讲座内容的纪要，也是有关当下考古学界利用科技手段对黄泛区开展考古实践的介绍。读者可以从中了解到科技是如何让考古工作变得更加高效的，也可以从中增长见闻，领略考古工作的过程、魅力及艰辛。一、黄泛区的环境与文化背景古黄泛区是黄河在中下游地区因泛滥改道而形成的区域。借助历史地理学及环境考古的相关研究成果，在地图上大致绘制出黄河在中下游地区不同历史时期形成的古河道，这一范围构成了古黄泛区。一定程度上正是因为黄河在历史上的泛滥，以及对地表随之而来的改造，才真正塑造出今日华北平原的面貌。图1古黄泛区及不同历史时期的黄河古河道图华北平原包括古黄泛区，向来是中国历史上诸多重大事件的发生地，是中华文明起源与早期发展的核心地区，有着深厚的历史底蕴，很多著名的历史事件发生于这一区域，很多著名的古都如开封、安阳、郑州、商丘等，也都位于这片区域。然而，从遗存分布来看，古黄泛区这片璀璨辉煌的人文胜地，通过考古调查找到的遗址相对较少，与史书中对其卷帙浩繁的记载不相匹配。这种现象的出现跟黄河在历史上的泛滥改道有关，大量的历史遗迹，大量的考古遗址，被黄河反复泛滥的沉积物深深埋藏在地下，很难通过地表调查或常规的各种调查手段发现，致使目前该地区的遗址数量相对稀少。为了更清晰地显示这一特殊现象，秦臻利用地理信息系统，在地图上标绘出古黄泛区经过考古调查及发掘找到的考古遗址，并标识出古黄泛区内遗址的空间分布密度。（图2）从图中可以清晰地看出，在冀南、豫北、豫东等黄河古河道泛滥的区域，遗址数量相对较少。古河道分布与遗址数量存在明显的空间负相关性，即黄河古河道分布越密集的地区，遗址数量越少。图2华北平原地区遗址分布图这一现象更加确认了我们的推测，即：很多历史遗迹，因为黄河在历史上的反复泛滥和改道，被埋藏在了层层黄沙之下。由于古黄泛区泥沙堆积厚，遗迹埋藏深，这对该地区的考古工作构成了巨大挑战。而如何将这些埋藏在黄沙之下的历史遗迹揭露出来，以便帮助我们理解中华文明早期的发展，探寻中华文明的文化基因，就成为考古工作者必须思考的问题。为了更好地解答这个问题，秦臻介绍了在黄泛区考古实践中行之有效的各种方法。二、揭开黄沙覆盖下的历史遗迹主要介绍高空遥感、地球物理勘探、钻孔与剖面取样、探方—探沟发掘及实验室分析等五种在黄泛区开展考古工作的方法。1.高空遥感遥感是一种分析地表和浅层覆盖状况的空间技术。它利用高空及外太空中各类运载工具携带的传感器，收集来自地表的电磁波等能量信息，并对其进行一系列处理分析，从而在不直接接触有关目标物的情况下，研究地表的遗存、资源及物理化学性质。在考古实践中，遥感技术可以在古黄泛区的地表上，找到遗址的蛛丝马迹，帮助考古工作者确定研究区域的地貌状况和可能埋藏有遗址的大致范围。遥感技术在考古工作中的应用，主要在早期光学影像资料、构建数字高程模型、多光谱特性的利用以及激光雷达等几个方面得以体现。早期光学影像资料主要指早期通过飞机、卫星等运载工具获取的航拍图片及卫星影像。比如在冷战期间，美苏两国为了互相刺探情报，争相发射了数量不少的间谍卫星，同时他们也利用高空侦查飞机和热气球等，对地球表面拍摄了大量影像。这类资料以美国科罗纳卫星影像为代表。早期航拍图片及卫星影像成像于黄泛区进行大规模建设之前，没有受到后来城镇化过程中，对地表产生的巨大改造的影响，保存了该区域相对较早的地貌状况。根据科罗纳卫星影像显示的沁河下游怀县故城段的地表状况（图3），辅以地表调查，可分析出沁河的河道变迁以及不同时代的河堤位置，绘制出怀县故城范围内若干重要遗迹的分布。图3美国科罗纳卫星显示的沁河下游怀县故城段地表状况图数字高程模型（DEM）是指，利用遥感卫星获取的调查测绘区域内的立体像对构建的该区域地形数字化模型。以安阳-濮阳-鹤壁为基点的三角形区域为例，秦臻展示了数字高程模型在古黄泛区考古的应用场景，指出发蓝发紫的区域代表着地势较高的区域，发黄发棕的区域代表着地势较低的区域，通过色彩显示的高度差，能一目了然观察到图上残存的一些古河道。（图4）图4豫北地区的数字高程模型所谓多光谱特性是指：遥感技术具有多光谱的特性，它能获得的电磁波信号的频谱范围远远超出人类肉眼所能接收到的可见光频段。因而通过遥感的多光谱特性，一些我们肉眼看不到的东西，可以清晰地被探测出来。比如图5中左边的绿色地图是红-绿-蓝三个频段构成的真彩色图像，接近人眼所见的实景，而右边的红色地图则包含了近红外波段，使得它能凸显植被较密及水体更深的区域，即红色越浓，植被越密；蓝色越重，水体越深。图5多光谱遥感应用示例激光雷达是光学探测与测距系统（LiDAR）的简称，它通过一架具备差分全球定位系统（differentialGPS）的飞行器携带一台发射激光光源的雷达扫描仪，可以高效地建构出研究区域内高精度地形模型。此外，由于激光信号源可以穿透植被，因而激光雷达可以在植被密布的区域找到地面遗址的踪迹。图6玛雅地区Tikal遗址周边基于激光雷达的三维模型（图片来源：NationalGeographic）尽管目前黄泛区使用激光雷达的案例较少，但根据中美洲玛雅考古工作中使用激光雷达的成功实践（图6），有理由相信它的高精度、高穿透性特点将会使该技术在未来的黄泛区考古工作中大展拳脚。2.地球物理勘探高空遥感的方法更多是针对地表的观察，更多是在调查初期为考古工作者提供宏观的指引。然而黄泛区绝大部分遗迹，仍沉睡在厚厚的泥沙之下，遥感方法对于直接探测地下遗迹来说仍然力所难及。因而需要利用地球物理勘探的办法，来对地下遗址的分布情况一探究竟。整体上讲，电法、磁法、探地雷达这三种方法存在着同一性，即都是利用浅层地表的电磁性质，运用相关仪器得到地表之下各类信号的分布图，从而了解地下遗址的大致情况。具体而言，电法是利用电阻率仪等设备探测土壤及沉积物的导电特性。通过观察电极之间通电时的电阻变化幅度，便可以观测到一些信号异常区，通过对这些信号异常区的进一步勘探，可以判断出信号对应的地表下是否埋藏着遗址。在黄泛区考古中，考古工作者通过使用电阻率仪有效辨识出了高城遗址的城墙结构和壕沟位置，并探测出地表下多处疑似墓葬遗迹（图7）。图7电阻率仪在濮阳高城遗址勘探中的应用磁法是利用磁力仪等设备来勘查浅层地表磁性特征的方法，它是考古实践中应用较早较广的勘查方法。像火塘、陶窑、陶器、金属制品、灰坑及壕沟等遗存，埋藏在地下时会产生微弱但可测量的异常磁信号。通过使用磁力仪等设备可以捕捉到这些异常信号，并在此基础上进一步探索相关的区域，为我们找寻出地表下的遗址提供指引。探地雷达通过一台发射仪向地下发送短脉冲电磁波，电磁波在地下遇到各种介质的分界面后便被反射或折射，从而形成不同的回波。可以通过测量脉冲的传输时间来测定地下不同物体的深度，可以对介电常数异常的地区开展进一步的探究，也可以利用数据处理和成像程序制作地下考古遗存的三维地图。这种方法在濮阳高城遗址的勘探中也有应用（图8）。图8探地雷达在戚城遗址的应用3.钻孔与剖面取样秦臻主要介绍了荷兰螺旋钻、洛阳铲、地质钻等钻孔取样的工具。他指出尽管荷兰螺旋钻操作较为简便且在很多地区都有应用（图9），但由于黄泛区普遍分布的深厚泥沙堆积，探地更深的洛阳铲及地质钻具有更好的适用性（图10）。不同的地层堆积及土质土色可以反映出不同的遗存状况，通过观察由洛阳铲及地质钻带到地面上的泥芯，便可以一定程度上了解地下遗存的分布。（图11）图9荷兰螺旋钻在田野调查中的应用图10洛阳铲图11用地质钻钻取的泥芯然而，深埋于地下的遗址，面积广大、数量众多，仅以钻孔的方式来勘查无异于管中窥豹，黄泛区内的各类剖面无疑是更好的调查渠道。（图12）在安阳市内黄县岸上遗址，秦臻通过清理当地百姓取土形成的剖面，找到古代沟渠的经历（图13）。他认为对黄泛区内这些剖面的清理，可以清晰地观察到地层堆积的面貌，也可以从中找到久埋于地下的遗迹。图12黄泛区内的各类剖面图13秦臻在内黄县岸上遗址清理剖面4.探方—探沟发掘想要更加全面地了解这些深埋于地下的遗址，系统的考古发掘工作是必不可少的环节。探方发掘法是当今国内考古工作中最常使用的发掘方法。它的好处显而易见，既便于大面积大规模地揭露出遗址的面貌，还可以通过隔梁及关键柱保留地层信息。（图14、图15）图14探方发掘法图15探方中的关键柱由于黄泛区动辄十多米厚的泥沙堆积，使用探方发掘法会产生诸多的风险与不便。因而，阶梯式探沟便应运而生，它的便捷性与安全性，使它成为黄泛区考古发掘工作中极为有效的发掘方法（图16）。图16阶梯式探沟发掘法5.实验室分析在传统的认知里，考古学的实验室分析通常是在田野发掘工作结束以后，考古工作者才带着收集到的材料进入实验室开展分析。实际上，现在的考古工作更加注重在发掘过程中，甚至在调查过程中，就利用实验室分析搜集到的材料，以便进一步指引我们有目的地寻找和挖掘。在这样的背景下，考古工作者可能通过考古移动实验室这样的平台直接在调查、发掘现场开展实验分析工作（图17）。图17考古移动实验室在实验室可以开展的分析多种多样，秦臻主要介绍了成分分析、粒度分析、磁化率分析等方法。成分分析：它是指利用各种实验分析仪器，找到蕴含着过往人类活动重要信息的标志物，如氮、磷、钙、钾等元素。这些元素往往体现着人类活动的痕迹，我们可以根据这些元素的分布，确定需要重点