孫瑞芳

綜合物探方法近些年來(lái)在文物考古發(fā)掘保護(hù)中起到了越來(lái)越關(guān)鍵的作用，特別是伴隨著電子信息技術(shù)的縱深化發(fā)展，以各類電子元器件的高度綜合利用為基礎(chǔ)的綜合型文物考古勘探方法架構(gòu)，為我國(guó)文物考古研究做出了重大貢獻(xiàn)。文章就是在這一背景下，就綜合物探方法在文物保護(hù)中的作用進(jìn)行深入闡釋，以期能夠使綜合物探方法的輪廓和內(nèi)容展現(xiàn)在文物工作者面前，希望通過(guò)文章，能夠給我國(guó)的文物勘探保護(hù)工作帶來(lái)有益的參考。

綜合物探方法在文物考古保護(hù)工作中的引入和發(fā)展，是近幾十年來(lái)我國(guó)文物考古保護(hù)中最重要的物理應(yīng)用考古方法探索。它使用地理科學(xué)和信息科學(xué)技術(shù)融合的思路，將地質(zhì)分析、水文條件勘測(cè)、信息技術(shù)與電磁信號(hào)技術(shù)進(jìn)行廣泛的綜合，從而為文物勘探保護(hù)提供了新的方法論，引入了新的勘探視角，大大節(jié)省了地下文物在勘探保護(hù)中的開(kāi)發(fā)工作，提高了文物勘探保護(hù)的效率，是使文物得到綜合性開(kāi)發(fā)、保護(hù)、勘測(cè)一體化整合的重要現(xiàn)代化工具。

綜合物探方法及其優(yōu)點(diǎn)

綜合物探法原理：綜合物探方法指的是在文物考古勘探保護(hù)過(guò)程中綜合利用地理勘測(cè)技術(shù)、水文勘測(cè)技術(shù)、電磁信號(hào)技術(shù)和電子信息技術(shù)進(jìn)行綜合構(gòu)造形成的，專門(mén)針對(duì)地下文物、水文、巖土等內(nèi)容進(jìn)行物理勘測(cè)的技術(shù)理論及設(shè)備架構(gòu)。綜合物探方法目前主要有高密度電法、地震映像法、探地雷達(dá)法、瑞利波法及其他電磁波方法。大體而言，綜合物探法是廣泛的使用電子信息技術(shù)，通過(guò)物理科學(xué)領(lǐng)域的聲波震動(dòng)捕捉，以不同的聲波、電磁波等發(fā)出不同頻率波長(zhǎng)，而對(duì)地下巖土、地理空間構(gòu)造、水文結(jié)構(gòu)進(jìn)行各類輻射波的回探和密度測(cè)度。通過(guò)信號(hào)接收器接收相關(guān)信號(hào)或輻射頻率，從而在電子儀器設(shè)備上生成不同的圖案和數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的地下構(gòu)造結(jié)構(gòu)、地質(zhì)變化、水文分布狀況進(jìn)行總體性的掃描建模。通過(guò)這些反饋，能夠很好地對(duì)地下文物的分布狀態(tài)、分布結(jié)構(gòu)和地下空間的分布方位等文保內(nèi)容進(jìn)行綜合性的確定，從而大大提高地下文物勘探保護(hù)的效率。

高密度電法理論基礎(chǔ)：高密度電法是綜合物探方法應(yīng)用中相對(duì)較多的一種方法，也是在文物勘探中較早應(yīng)用的一種方法。高密度電法是以電磁波在不同的介質(zhì)中實(shí)施的電波反饋形成不同密度的波長(zhǎng)反射構(gòu)造的一種地下文物勘探保護(hù)技術(shù)。它原本發(fā)源于電阻率地質(zhì)勘探法，最早應(yīng)用于地質(zhì)構(gòu)造、石油礦藏尋找應(yīng)用中，后來(lái)逐漸被考古人員運(yùn)用到地下文物的考古發(fā)掘勘探中。一般而言，由于地下文物埋藏受地下水文狀況、土質(zhì)狀況、巖土結(jié)構(gòu)的不同影響，而有不同的地質(zhì)構(gòu)造密度，通過(guò)高密度電法這種陣列式的電線排布，可以同時(shí)將所有的電極插入到所探測(cè)文物潛在區(qū)域內(nèi)，利用三相電控制電極，從而使電流導(dǎo)入地下，通過(guò)信號(hào)反饋，電磁波對(duì)不同的地下空間土質(zhì)結(jié)構(gòu)有不同的電阻率反饋信號(hào)，因此可以對(duì)地下文物及文物存放的空間結(jié)構(gòu)例如地宮、墓室等進(jìn)行地質(zhì)電阻信號(hào)的捕捉，通過(guò)微機(jī)顯示屏將信號(hào)捕捉反饋到顯示屏上。可以自動(dòng)收集整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地下構(gòu)造土質(zhì)分層密度數(shù)據(jù)，形成不同的土質(zhì)電阻密度數(shù)據(jù)分層信號(hào)。這些分層信號(hào)經(jīng)過(guò)不斷的累積，可以在微機(jī)顯示屏上顯示出地下墓室或棺槨空間構(gòu)造的具體分布結(jié)構(gòu)，包括整個(gè)地下文物存放位置及其橫切面的電阻分層分布狀態(tài)，以此來(lái)判斷一定區(qū)域內(nèi)地下是否有物及文物分布的地理空間位置。

高密度電綜合物探方法具有很多優(yōu)點(diǎn)。

由于高密度電法是依據(jù)電極導(dǎo)線進(jìn)行廣泛的連接，因此它可以無(wú)限的在特定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行延伸擴(kuò)張，只要導(dǎo)電線路夠長(zhǎng)，就可以一次性的對(duì)某一區(qū)域大范圍的進(jìn)行整體的地下空間結(jié)構(gòu)電阻頻率測(cè)定。這樣就大大擴(kuò)展了地下文物勘探過(guò)程中一次性完成工作的效能，提高了地下文物勘探的綜合效率。由于高密度電法在綜合物探方法應(yīng)用中還能夠?qū)嵤﹩坞姌O正連接反饋，所以它能夠避免不同的電極錯(cuò)誤而引起各種信號(hào)故障干擾，能夠?qū)σ巴獾叵挛奈锏目碧綌?shù)據(jù)做到精確、無(wú)差錯(cuò)掃描。

高密度電法是一種陣列式的電極排列掃描成像模式，所以它能夠盡可能的按照不同的土質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下地質(zhì)斷面分層，將很小的地質(zhì)斷 面構(gòu)造數(shù)據(jù)反射出來(lái)，因此，這種電極排列方式，能夠有效地對(duì)不同的地下文物埋藏地質(zhì)切面進(jìn)行豐富的地下探物信號(hào)反饋和測(cè)度，具有高密度化的特征和高成像化的性質(zhì)。

高密度電法在應(yīng)用中，由于高密度電法儀具有成本低、效率高、解釋清晰，圖像成型豐富，所以勘探地下文物中能力顯著，也得到了較為廣泛的應(yīng)用。

地震映像法理論基礎(chǔ)：地震映像法理論在綜合物探方法應(yīng)用中相對(duì)較廣，它主要用于中層地質(zhì)結(jié)構(gòu)或水下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理空間勘探過(guò)程中。由于地震映像法采用的是以模擬地震波的形式來(lái)探測(cè)地震波發(fā)出信號(hào)與接收信號(hào)之間的位置偏移及偏移距離，所以地震映像法是一種同向偏移技術(shù)，它以地震映像偏移器為應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，使用小幅度近距離的偏移測(cè)量位點(diǎn)為信號(hào)發(fā)射源頭，在地質(zhì)表面或水下空間中對(duì)一定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)化的掃描，同時(shí)接收地震波信號(hào)的連續(xù)化反饋，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)深入地下空間構(gòu)造，進(jìn)行信號(hào)波長(zhǎng)位移距離的偏移測(cè)量，來(lái)確定地下文物空間結(jié)構(gòu)的變化，例如在劉賀墓地下勘探中，由于其棺槨墓室均在水下浸泡，所以使用了地震映像法來(lái)進(jìn)行劉賀墓的地宮勘測(cè)，達(dá)到了很好的成像效果。

地震映像法應(yīng)用在綜合物探文物保護(hù)中具有許多優(yōu)點(diǎn)。

由于地震映像法發(fā)射波的頻率較高，所以采集數(shù)據(jù)地下文物及其空間的連續(xù)操作相對(duì)快速，接收信號(hào)的密度較大，因此，對(duì)地下文物的勘探觀測(cè)信號(hào)接收速度較快，得出的數(shù)據(jù)時(shí)間大大縮短。

由于地震映像法中所采用的是短距離單炮點(diǎn)位激發(fā)，所以在數(shù)據(jù)處理、波長(zhǎng)反饋、矯正和波紋吸收以及其他反射波擾動(dòng)時(shí)，仍能夠正常的、穩(wěn)健的接收地震波數(shù)據(jù)和測(cè)度點(diǎn)距距離，所以能夠避免其他信號(hào)干擾對(duì)地下墓室空間測(cè)量的錯(cuò)誤探測(cè)。同時(shí)，由于地震波淺層內(nèi)部的反射性波紋具有短距離反向衍射和反射移變，所以能夠充分的保留地下文物勘探空間結(jié)構(gòu)的空間特征構(gòu)造和力學(xué)變化趨勢(shì)，對(duì)圖像的觀測(cè)和掃描能夠大大提高其分辨率。

探地雷達(dá)法理論基礎(chǔ)，有更穩(wěn)健的波幅震蕩。探地雷達(dá)方法是利用電磁理論，使用雷達(dá)波的傳導(dǎo)來(lái)對(duì)地下文物巖土構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)的。它使用的是麥克斯韋方程。通過(guò)獲得電磁波在不同介質(zhì)下的傳播波長(zhǎng)信號(hào)來(lái)得到不同的波長(zhǎng)矢量反饋。由于在任何場(chǎng)域中都存在著電磁應(yīng)激反應(yīng)，因此探地雷達(dá)方法就是利用地質(zhì)構(gòu)造中電場(chǎng)的矢量位移而記錄電磁波信號(hào)反饋波長(zhǎng)變化的。這一原理通過(guò)逆向分解麥克斯韋方程，對(duì)變化的磁場(chǎng)進(jìn)行激發(fā)干擾，從而得到不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)下的電磁波波長(zhǎng)，使用探地雷達(dá)儀器設(shè)備將這些電磁波波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)接收器接收，能夠產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在探地雷達(dá)顯示屏中顯示出電磁波不同的波長(zhǎng)及傳導(dǎo)時(shí)間下不同的電流導(dǎo)電信號(hào)變化趨勢(shì)，這些變化趨勢(shì)反映的就是綜合物探方法下的地下文物空間結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

地雷達(dá)法理論應(yīng)用在綜合物探文物保護(hù)中具有許多優(yōu)點(diǎn)。

探地雷達(dá)方法的應(yīng)用能夠最大深度的將地下較深處的文物進(jìn)行勘探，對(duì)地下復(fù)雜的地質(zhì)變化情況，特別是有水文變化情況的地質(zhì)構(gòu)造空間模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)反饋處理。

使用探地雷達(dá)綜合物探方法能夠最大限度地保持綜合物探方法中反饋的雷達(dá)電磁波信號(hào)的穩(wěn)健性和清晰性。它可以使地下埋藏的文物及埋藏文物的空間結(jié)構(gòu)能夠以更加穩(wěn)健的電磁波信號(hào)傳輸上來(lái)，經(jīng)過(guò)探地雷達(dá)接收器的接收而轉(zhuǎn)化為電磁波信號(hào)，最終繪成顯示信號(hào)圖，從而對(duì)整個(gè)地下文物坐落的空間布局、結(jié)構(gòu)變化等都有全新的構(gòu)圖示意。陜西咸陽(yáng)驪山秦始皇陵勘探工程項(xiàng)目中，當(dāng)?shù)氐奈奈锏叵驴碧饺藛T經(jīng)常使用的就是探地雷達(dá)方法。通過(guò)探地雷達(dá)接收儀器向秦始皇陵地下發(fā)射雷達(dá)探測(cè)信號(hào)，通過(guò)不同的信號(hào)波反饋波長(zhǎng)變化及電磁波干擾變動(dòng)，自動(dòng)生成秦始皇陵地下保存空間的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地質(zhì)巖層、土層變化趨勢(shì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)氐奈奈锟睖y(cè)人員使用探地雷達(dá)方法，對(duì)秦始皇陵中的不同地貌結(jié)構(gòu)和地質(zhì)變化及地下水文結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合性的判定，從而大致上確定了秦始皇陵地宮的位置及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)層次分布，顯著的推動(dòng)了秦始皇陵勘探保護(hù)工作的推進(jìn)。

如何選擇正確的綜合物探文物勘測(cè)方法

選擇正確的綜合物探文物勘測(cè)方法至關(guān)重要。在文物勘測(cè)中，高密度電法勘測(cè)適用于地下勘測(cè)文物深度較淺的地質(zhì)構(gòu)造勘測(cè)。一般在大于2米小于10米的地下文物空間勘測(cè)中，使用高密度電法理論勘測(cè)方法來(lái)進(jìn)行地下文物空間構(gòu)造、結(jié)構(gòu)分布、內(nèi)部空間畫(huà)像的勘測(cè)。而對(duì)于地下深度大于10米小于20米的空間深度，實(shí)施地下文物勘測(cè)時(shí)則使用地震映像法勘測(cè)。使用這一方法勘測(cè)，可以在中等深度上對(duì)地下文物空間的地質(zhì)構(gòu)造，水文狀況及巖土層截面的探測(cè)取得良好的效果。特別是由于地震映像法所發(fā)射的波長(zhǎng)距離較為適中，所以在深度適中的地下文物勘測(cè)中較多采用這一類方法。而對(duì)于大于20米的地下文物勘測(cè)則廣泛的應(yīng)用探地雷達(dá)法來(lái)進(jìn)行地下文物的勘探。由于探地雷達(dá)波長(zhǎng)較長(zhǎng)，穿透性較強(qiáng)，所以對(duì)于地下深層次的埋藏的文物空間巖土構(gòu)造反饋的波長(zhǎng)吸收率較高，也能夠更加清晰的得到這類地下文物空間的空間結(jié)構(gòu)。

綜合物探方法在文物保護(hù)勘測(cè)中還要注意數(shù)據(jù)面的截取。在選擇數(shù)據(jù)面截取時(shí)，由于不同的波長(zhǎng)和采用不同的綜合物探方法所得到的波的階段面穩(wěn)健性不同。一般均是在高密度反射波、地震映像波和探地雷達(dá)波反饋時(shí)間超過(guò)60秒以上時(shí)，才對(duì)穩(wěn)健的勘測(cè)波截面進(jìn)行數(shù)據(jù)截取。對(duì)于高密度電法產(chǎn)生的高密度電波，其在文物保護(hù)勘測(cè)截面截取中，應(yīng)當(dāng)注意截取的波長(zhǎng)及橫切面應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延伸拉長(zhǎng)，在確定與標(biāo)準(zhǔn)化的高密度電波進(jìn)行對(duì)比研究的過(guò)程時(shí)，對(duì)于地震映像法發(fā)射的信號(hào)波長(zhǎng)要進(jìn)行連續(xù)化的地下文物反饋信號(hào)接收，只有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)化的信號(hào)截面截取才能對(duì)不同的地下文物空間、巖土截面有清晰的表達(dá)。

作者單位：太原市文物保護(hù)研究院