摘要：針對(duì)我國文物搶救性發(fā)掘過程中存在的發(fā)掘效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、指向性差等問題，提出采用三維地震勘探等物探技術(shù)輔助搶救性發(fā)掘。通過系統(tǒng)分析和比較多種物探方法優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)備與技術(shù)參數(shù)等，認(rèn)為三維地震勘探、電磁成像、地質(zhì)雷達(dá)可以精確測(cè)量地下空間形態(tài)、大小、埋藏深度等，并且物探設(shè)備不會(huì)對(duì)地下文物造成物理損害。物探設(shè)備的應(yīng)用可以顯著提高發(fā)掘效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短發(fā)掘時(shí)間，這對(duì)于文物的保護(hù)是非常有利的。

關(guān)鍵詞：文物發(fā)掘;物探儀器;三維地震;電磁成像;地質(zhì)雷達(dá)

1???? 引言

文物是古代文化與文明的歷史見證者，也是人類了解過去的物證，是不同文化和文明交流互鑒的渠道。我國歷史悠久，文化厚重，幾千年的文明史留給今天的后人豐富的文物資源。在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中，不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)文物時(shí)，會(huì)啟動(dòng)保護(hù)性的發(fā)掘;當(dāng)一些不法盜墓分子進(jìn)行盜掘被發(fā)現(xiàn)時(shí)，文物單位也會(huì)采取搶救性發(fā)掘，避免文物的損毀和流失。但是，無論是保護(hù)性發(fā)掘還是搶救性發(fā)掘，突然改變的溫度、濕度、微生物環(huán)境等，都會(huì)造成文物的破壞;為了避免發(fā)掘過程中對(duì)文物造成物理破壞，發(fā)掘的過程一般較為緩慢，有一定規(guī)模的少則幾個(gè)月，多則幾年甚至更久，漫長的發(fā)掘過程也可能會(huì)對(duì)文物造成化學(xué)損害;再者，目前由于文博專業(yè)人才嚴(yán)重不足，有的考古隊(duì)伍會(huì)雇傭大量非文博或考古專業(yè)的人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘，對(duì)文物保護(hù)可能產(chǎn)生潛在的不安全因素。因此，需要探索新的發(fā)掘輔助手段，提高發(fā)掘效率，縮短發(fā)掘時(shí)間，并最大限度的避免文物遭受破壞，這是考古工作者應(yīng)該考慮的問題。

2???? 文物發(fā)掘存在的問題

在文物的發(fā)掘過程中由于外界環(huán)境突然變動(dòng)，蘊(yùn)藏內(nèi)部的文物極易受到影響，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的破壞。由于文物多經(jīng)歷成百上千年的埋藏，并且最初在選擇位置時(shí)也是非常隱秘的，所以留給后人可以參考的信息非常有限。因此，很難快速、準(zhǔn)確的判定地下墓穴形態(tài)、文物的分布范圍、埋藏深度等情況，比如有些墓葬埋藏深度從幾米到幾十米，埋藏范圍從幾平方米到幾千甚至上萬平米，如果不能有效的了解這些信息，就很難準(zhǔn)確判斷墓穴形態(tài)、文物位置。隨著現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，愈來愈多的新興技術(shù)、工藝、儀器被用于考古工作。比如，目前已經(jīng)采用X射線熒光（XRF）光譜法，用于探測(cè)文物的具體位置、形狀、大小等，但是仍然存在應(yīng)用范圍小等問題，未能達(dá)到快速探測(cè)到文物埋藏具體信息的目的。

我國文物的發(fā)掘多是被動(dòng)的、搶救性的發(fā)掘，對(duì)于考古發(fā)掘來講，其目的不再是進(jìn)行尋寶，而是更為看重歷史變遷過程中社會(huì)文化演變過程。另外，在發(fā)掘過程中，也應(yīng)特別注重文物保護(hù)，提高現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘的保護(hù)力度。因此地下文物發(fā)掘不僅是一項(xiàng)科學(xué)研究工作，還是一項(xiàng)文化保護(hù)的重要途徑。但目前在搶救性發(fā)掘過程中還存在很多問題，比如有些工作缺少合理性規(guī)劃，缺少規(guī)劃的前提也是由于沒有辦法獲取文物具體埋藏信息。

由于我國文博專業(yè)人員匱乏，尤其高層次專業(yè)人員更少。比如在一個(gè)約有50多人的縣級(jí)博物館，卻沒有一名文物專業(yè)技術(shù)人員;同時(shí)，在一個(gè)市級(jí)博物館，也未能有一名專業(yè)的考古研究人員，這種現(xiàn)狀決定了地下文物發(fā)掘過程中會(huì)雇傭大量非考古或者文博專業(yè)的人員。比如不具備考古專業(yè)知識(shí)和文物保護(hù)意識(shí)較為淡薄的工人等，再加上缺乏統(tǒng)一的管理，容易因?yàn)椴僮鞣椒ā⒊绦虻牟灰?guī)范和保護(hù)工作不到位致使文物毀壞，很多具有價(jià)值的信息極易遭受破壞，很多關(guān)鍵點(diǎn)被疏忽。可以發(fā)現(xiàn)，目前文物發(fā)掘仍然是“勞動(dòng)密集型”并且是相對(duì)粗放的。因此，勢(shì)必會(huì)造成發(fā)掘時(shí)間長、勞動(dòng)強(qiáng)度大，有時(shí)候造成很多無用功，甚至造成文物損害，這對(duì)于文物保護(hù)是非常不利的。

3???? 精細(xì)化物探方法原理

隨著精細(xì)化物探技術(shù)在城市道路損害檢測(cè)、采礦采動(dòng)損害實(shí)測(cè)、地表生態(tài)治理等領(lǐng)域的成功應(yīng)用，為文物搶救性或保護(hù)性發(fā)掘提供了新的思路。比如在眾多淺部地層工程勘察領(lǐng)域陸續(xù)發(fā)明完善了一些先進(jìn)的方法以及設(shè)備，這些技術(shù)的運(yùn)用，使得地質(zhì)勘探取得了明顯的效果和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）???? 三維地震勘探技術(shù)

三維地震勘探是上世紀(jì)70年代發(fā)達(dá)國家開始使用，基于二維地震勘探發(fā)展起來。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，該技術(shù)也隨之得到迅速發(fā)展，是當(dāng)前地物勘探中最重要的方法，能直觀的展現(xiàn)地層的空間立體分布形態(tài)。其基本原理是：由地面提前布置好的測(cè)線進(jìn)行勘探，采集反射回來的地震波，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理信號(hào)，選擇有效數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到地震剖面或者三維數(shù)據(jù)體文件。

三維地震勘探是一種空間勘探技術(shù)，可顯示出高分辨率、高信噪比和高保真度的三維數(shù)據(jù)模型，因此可以清楚獲知地下各種復(fù)雜構(gòu)造和地裂縫，同時(shí)根據(jù)所得數(shù)據(jù)精確成像，還可以獲取在地下空間內(nèi)的準(zhǔn)確位置。而在三維地震勘探技術(shù)中，數(shù)據(jù)的采集、處理尤為重要，當(dāng)前較為先進(jìn)的方法有疊前時(shí)間偏移、疊前深度偏移、全三維各向異性等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，極大的提高了數(shù)據(jù)處理效率和準(zhǔn)確率以及三維成像精度。地震資料解釋精密細(xì)致，并與當(dāng)前逐步發(fā)展的三維可視化技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了信息精細(xì)化處理，高效率分析，對(duì)于準(zhǔn)確研究地下構(gòu)造分布位置具有關(guān)鍵作用[1]

（2）???? 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是一種利用高頻電磁波技術(shù)探測(cè)地下結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備，它具有極高的分辨率。它的雛形是1904年德國科學(xué)家首次用電磁波信號(hào)探測(cè)遠(yuǎn)距離地面金屬體，早期地質(zhì)雷達(dá)頻率較低，應(yīng)用具有較大的局限性。隨著電子技術(shù)高速發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。其基本原理是：發(fā)射機(jī)通過發(fā)射天線，發(fā)射出頻率從12.5到 1200M、脈沖寬度0.1ns的脈沖電磁波訊號(hào)。在傳輸過程中，如果訊號(hào)在地下遇到探測(cè)目標(biāo)時(shí)，會(huì)自動(dòng)生成反射訊號(hào)。直達(dá)、反射訊號(hào)均將通過接收設(shè)備傳送給接收機(jī)，再由示波器進(jìn)行呈現(xiàn)。根據(jù)接收到的波的旅行時(shí)間、幅度與波形資料，可以推斷地下探測(cè)目標(biāo)的分布情況和距離。

地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)，使用超高頻電磁波，因此其探測(cè)能力較強(qiáng)，優(yōu)于一些使用普通電磁波的探測(cè)類儀器如管線探測(cè)儀。所以地質(zhì)雷達(dá)在工程質(zhì)量檢測(cè)，場(chǎng)地勘察中被廣泛應(yīng)用，包括基礎(chǔ)深度確定、地下水污染、礦產(chǎn)勘探、地下管纜探測(cè)、分層、地下埋設(shè)物探察、公路地基和鋪層、鋼筋結(jié)構(gòu)、水泥結(jié)構(gòu)、無損探傷等檢測(cè)。近年來，地質(zhì)雷達(dá)能勘探地層變化，對(duì)于含水帶，斷裂帶可以較好的識(shí)別，可以用于富水地層與溶洞發(fā)育地區(qū)。

（3）???? 高密度電法

高密度電法是近些年發(fā)展起來的，主要是指以直流電阻率法為基礎(chǔ)，進(jìn)行改進(jìn)的一類直流激發(fā)極化法，即為高密度電法。其基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法較為類似，差異在于設(shè)定了密度較高的觀測(cè)點(diǎn);在實(shí)際作業(yè)中，需將全部電極放在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上，再進(jìn)行觀測(cè)。電極放置的點(diǎn)越多，自由組合電極也就越多，也將獲得更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

通過組合電極測(cè)點(diǎn)，可以獲得豐富文物埋藏信息;目前常見的設(shè)備已經(jīng)可以完成數(shù)據(jù)的采集和處理自動(dòng)化、快速化，有效減少了人工操作所引起的誤差。高密度電法與傳統(tǒng)的電阻率法相比具有成本低、效率高、信息豐富、測(cè)試精度高等特點(diǎn)，測(cè)試原理見圖4。

（4）???? 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用電磁感應(yīng)原理，進(jìn)行地下勘探。近幾年，這種方法迅速發(fā)展，儀器更新較快，理論與應(yīng)用也不斷擴(kuò)展，國內(nèi)外水平接近，仍然有較大的發(fā)展空間。其基本原理是：依靠不接地回線或接地線源向目標(biāo)發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間隔時(shí)間內(nèi)，采用線圈或接地電極來觀察介質(zhì)中產(chǎn)生的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)的信息，從而探測(cè)出介質(zhì)的電阻率。

瞬變電磁法探測(cè)具有如下優(yōu)點(diǎn)：施工效率高，探測(cè)時(shí)間短，速度快，探測(cè)深度跨度大;

對(duì)低阻體敏感，因此可優(yōu)先適用于煤田水文地質(zhì)勘探;不受地形影響，方便尋找低阻地質(zhì)體，尤其是磁鐵礦類礦體，探測(cè)效果良好。

除了上面較詳細(xì)列出的物探方法，還有一些諸如地震反射波法、地震映像法等，其測(cè)試原理和優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

4???? 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)文物發(fā)掘中指向性差、周期長、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問題，精細(xì)化物探技術(shù)的發(fā)展給文物發(fā)掘提供了新的思路。采用三維地震、地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁等精細(xì)化物探設(shè)備，不僅可以快速、高精度的探測(cè)到文物埋藏環(huán)境、埋藏深度，甚至可以精確探測(cè)文物的具體位置，實(shí)現(xiàn)地下文物的精準(zhǔn)發(fā)掘，減少發(fā)掘范圍、提高發(fā)掘效率、降低發(fā)掘成本，具有事半功倍效果。通過高精度物探方法輔助保護(hù)性發(fā)掘，可以最大限度的保護(hù)因發(fā)掘時(shí)間長造成的化學(xué)損傷和因不科學(xué)發(fā)掘造成的物理損傷，是值得推廣應(yīng)用的方法。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

王云鵬（1983-），女，滿族，北京市人，中國國家博物館、高級(jí)工程師，博士。

本文系“中國國家博物館科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助”的研究成果。