淺談金屬探測器與公眾考古

供稿|杜曉俊, 汪常明 / DU Xiao-jun,WANG Chang-ming

伴隨著科技考古的興起和發(fā)展，從20世紀(jì)50年代開始，淺層地球物理 (Nearsurface Geophysics)等探測方法被引入考古勘探中，逐漸形成了地球物理勘探，簡稱物探?？脊盼锾椒椒愋头倍啵芴綔y對象的物理特性限制，最常用的有電阻率法、電磁法、探地雷達(dá)法三種方法[1]。金屬探測器 (Metal Detector) 作為電磁法的一個(gè)具體應(yīng)用，是一種專門用來探測金屬的儀器。因?yàn)樵诳脊虐l(fā)掘中，有相當(dāng)多的古物都是金屬制品。比如，金銀器、錢幣、青銅器等代表財(cái)富和權(quán)力的貴金屬文物，以及刀劍、箭鏃、大炮、炮彈等冷兵器時(shí)代的金屬兵器，還有鋤、鏟、斧、鋸、鑿等生產(chǎn)生活中必不可少的金屬工具。所以，金屬探測器已逐漸成為考古學(xué)家的重要勘探工具之一。近年來，在西方興起了“尋寶熱”，進(jìn)一步加快了金屬探測器，尤其是地下金屬探測器在考古領(lǐng)域的研究、生產(chǎn)和推廣。

金屬探測器概述

第一臺(tái)金屬探測器誕生于1960年，最初主要應(yīng)用于工礦業(yè)，用來檢查礦產(chǎn)純度[2]。經(jīng)過50多年的發(fā)展，金屬探測器歷經(jīng)了幾代探測技術(shù)的變革，從最初的信號(hào)模擬技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)，再到現(xiàn)在的數(shù)字脈沖技術(shù)。金屬探測器的靈敏度、分辨率、精確度和工作性能都發(fā)生了質(zhì)的飛躍，應(yīng)用領(lǐng)域則隨著社會(huì)發(fā)展的需要延伸到了多個(gè)行業(yè)，例如，安檢、食品、日化、探礦、考古等。目前，金屬探測器按功能和市場應(yīng)用領(lǐng)域的不同，大致可分為以下幾種：通道式金屬探測器 (金屬探測門或安檢門)、手持式金屬探測器、便攜式金屬探測器、臺(tái)式金屬探測器、工業(yè)用金屬探測器、水下金屬探測器和地下金屬探測器[3]。

圖1 地下金屬探測器

金屬探測器一般由高頻振蕩器、振蕩檢測器、音頻振蕩器、功率放大器等部分組成，并配以電源、指示表和聲響指示器。在實(shí)際操作中，金屬探測器利用的是電磁感應(yīng)原理。首先，它利用有交流電通過線圈產(chǎn)生迅速變化的磁場。然后，使這個(gè)磁場的磁力線穿過金屬物體并在其表面形成渦電流。接下來，渦電流又會(huì)產(chǎn)生二次磁場，反過來影響原來的磁場，產(chǎn)生儀器能夠接收和識(shí)別的信號(hào)。最后，信號(hào)經(jīng)過處理和放大，使指示表的指針偏轉(zhuǎn)并同時(shí)驅(qū)動(dòng)聲響指示器發(fā)出聲響信號(hào)[4]。

圖2 金屬探測器電路圖

金屬探測器在考古勘探中的優(yōu)越性

相比于許多傳統(tǒng)的考古勘探方法，金屬探測器具有定位準(zhǔn)確、探測度廣、分辨力強(qiáng)、簡易高效等優(yōu)點(diǎn)。而它的優(yōu)越性能主要表現(xiàn)在：目標(biāo)定位功能、目標(biāo)測深功能和目標(biāo)甄別功能三個(gè)方面。

目標(biāo)定位功能

在挖掘目標(biāo)之前，首先得確定被測目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。一般說來，在大范圍物探結(jié)束后，使用金屬探測器在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格式探測[1]，按聲響信號(hào)的大小逐步縮小被測目標(biāo)的范圍，直至發(fā)出高頻聲響信號(hào)。再結(jié)合測深和甄別功能，就可以準(zhǔn)確地挖出有價(jià)值的目標(biāo)。應(yīng)注意的是，金屬探測器產(chǎn)生的電磁場受金屬體表面形成的渦電流影響。對同種金屬體來說，它所產(chǎn)生的聲響信號(hào)的強(qiáng)弱只和其表面積的大小成正相關(guān)，不與其質(zhì)量相關(guān)。即使是同一金屬體，在不同狀態(tài)下，也可能產(chǎn)生不同的聲響信號(hào)。因此，金屬探測器只能確定金屬表面積大小，不能推測其質(zhì)量和體積大小。

目標(biāo)測深功能

有些金屬探測器在指示表上標(biāo)有指示深度的刻度值，在發(fā)現(xiàn)特定目標(biāo)時(shí)，指示表能指示目標(biāo)大致的深度。它的基本原理是：以一個(gè)固定的金屬體為標(biāo)準(zhǔn)，參照此金屬體在不同深度上所造成的表頭指示，劃定不同的深度指示值。此類金屬探測器比較適合找尋具有相似形狀的金屬物，如金屬硬幣、槍彈等。如果被測目標(biāo)為不規(guī)則形狀，其測深功能的精確度將大打折扣。金屬探測器的靈敏度大多取決于金屬粒子的尺寸和導(dǎo)電性能。除了形狀外，探測的深度還跟被探金屬的體積和重量有很大的關(guān)系。例如，考古中使用的地下金屬探測器，它的感應(yīng)信號(hào)隨著探測范圍的增大而減弱，探測深度隨著被測目標(biāo)的面積和體積的增大而加深。

目標(biāo)甄別功能

過去的金屬探測器甄別度低，探測到土壤中的礦物質(zhì)也會(huì)發(fā)出聲響信號(hào)，誤導(dǎo)探測結(jié)果。這種土壤礦物質(zhì)化的現(xiàn)象稱為“礦化反應(yīng)”。由于這個(gè)原因，舊式金屬探測器對地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地方無能為力。而現(xiàn)在的地下金屬探測器不僅早已排除了“礦化反應(yīng)”帶來的影響，還可以根據(jù)儀器探測到目標(biāo)時(shí)所發(fā)出的具有特殊音頻的聲響信號(hào)來分辨被測目標(biāo)的價(jià)值。金屬探測器的這種目標(biāo)甄別功能所利用的是不同種金屬的電導(dǎo)率（或傳導(dǎo)性）和電阻率的差別[4]，具體見表1。銀、銅、金等貴重金屬具有較高的電導(dǎo)率，能產(chǎn)生頻率較高的聲響信號(hào)，同時(shí)在指示表顯示大距離的指針偏轉(zhuǎn)。而鋼鐵等普通金屬的電導(dǎo)率較低，產(chǎn)生的聲響信號(hào)較弱，造成的指針偏轉(zhuǎn)不大。基于此種差別，可以在指示表劃出不同金屬的指示區(qū)來進(jìn)行金屬的甄別。

表1 某些金屬的電導(dǎo)率及電阻率

金屬探測器與公眾考古

“公眾考古學(xué) (Public Archaeology)”一詞是由美國考古學(xué)家查爾斯·麥克基姆西(Charles McGimsey) 在1972年出版的《公眾考古學(xué)》中首次提出[5]。它的興起實(shí)際上是要在處理考古學(xué)、公眾 (專業(yè)考古學(xué)家以外的社會(huì)群體) 、國家政府三者之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，將考古學(xué)納入到廣泛的社會(huì)關(guān)系當(dāng)中，使考古學(xué)與社會(huì)緊密結(jié)合，使考古資源和文化遺產(chǎn)得到有效管理和保護(hù)。例如，1886年英國皇家哥倫比亞博物館接受政府資助并對外開放，就是一種政府引導(dǎo)公眾參與文化遺產(chǎn)保護(hù)的公共行為[6]。就考古學(xué)而言，1973年大英博物館的對外開放或許是最早的建立考古文物公共展示機(jī)構(gòu)的公共行為[7]?；谟蛧业拈_放行為，英國民眾較早地接受了公眾考古教育的熏陶，考古學(xué)開始真正走向英國民眾。

1996年7月，英國通過了《珍品法案》(Treasure Act)，這個(gè)法案對有歷史和研究價(jià)值的文物保護(hù)做了詳盡規(guī)定。但是，公眾發(fā)現(xiàn)的很大一部分歷史遺物不屬于這類文物范疇。為了加強(qiáng)對這部分“珍品”文物的保護(hù)，英國國家遺產(chǎn)部 (簡稱DNH) 與博物館和美術(shù)館委員會(huì) (簡稱MGC) 共同宣布，在1997年9月開始運(yùn)作英國迄今為止最大的公眾考古項(xiàng)目——可移動(dòng)文物計(jì)劃 (Portable Antiquities Scheme，簡稱PAS)[8]。自從1997年啟動(dòng)以來，每年都有上萬件考古遺物被發(fā)現(xiàn)。其中較為著名的案例有特里·赫伯特(Terry · Herbert）用金屬探測器在英國斯塔福德郡的一片農(nóng)田，發(fā)現(xiàn)了1500件寶物，可謂英國歷史上規(guī)模最大的盎格魯-撒克遜時(shí)期黃金寶藏 (圖3)[9]；另外，大衛(wèi)·克里斯普 (David · Crisp) 用金屬探測器在英國薩默塞特弗洛姆斯鎮(zhèn)附近發(fā)現(xiàn)約52000枚羅馬古錢幣，這是迄今為止英國古羅馬時(shí)期第二大發(fā)現(xiàn) (圖4)[10]。從可移動(dòng)文物計(jì)劃2010—2011年報(bào)可知，這一年度登記的珍品文物中有92%是通過金屬探測器使用者發(fā)現(xiàn)的。除此之外，該計(jì)劃的聯(lián)絡(luò)官 (主要負(fù)責(zé)記錄和發(fā)布考古遺物信息，以增進(jìn)公眾、金屬探測者、考古學(xué)家和博物館之間的互動(dòng)交流) 也與199個(gè)金屬探測俱樂部經(jīng)常保持聯(lián)系，并參加俱樂部組織的會(huì)議927次?？梢苿?dòng)文物計(jì)劃極大地激發(fā)了公眾對考古的興趣和熱情，通過金屬探測器，公眾對考古和歷史同樣可以做出重要貢獻(xiàn)，金屬探測器在英國公眾考古中的普遍應(yīng)用也帶動(dòng)了高端金屬探測器的研制和開發(fā)。

圖3 英國盎格魯-撒克遜時(shí)期黃金寶藏

圖4 英國古羅馬時(shí)期錢幣

在美國，金屬探測器同樣在公眾考古領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。1985年，美國“尋寶人”梅爾·費(fèi)希爾及其領(lǐng)導(dǎo)的水下尋寶小組，利用金屬探測器進(jìn)行水下搜尋，在歷時(shí)16年后，終于找到了沉船“阿托卡夫人”號(hào)。這艘滿載珍寶的17世紀(jì)西班牙沉船上有約40 t財(cái)寶，其中有近8 t的黃金和500 kg的寶石。1982年，梅爾·費(fèi)希爾還曾以自己的名字創(chuàng)建了梅爾·費(fèi)希爾海事遺產(chǎn)協(xié)會(huì)(Mel Fisher Maritime Heritage Society),它的宗旨是展示和保護(hù)重要的海洋考古發(fā)現(xiàn)，它的大部分展品則來自于梅爾·費(fèi)希爾的捐贈(zèng)[11]?，F(xiàn)在，由美國金屬探測器愛好者組成的金屬探測俱樂部遍布美國的50個(gè)州，還有眾多介紹借助金屬探測器尋寶的雜志，如美國挖掘者雜志 (American Digger Magazine)、淘金者雜志 (Gold Prospectors Magazine)、失落寶藏在線 (Lost Treasure Online) 等等。德克薩斯州金屬探測俱樂部協(xié)會(huì)(Texas Association of Metal Detecting Clubs，簡稱TAMDC) 是美國眾多金屬探測俱樂部中比較有代表性的一個(gè)。它的宗旨是通過教育和指導(dǎo)來團(tuán)結(jié)、促進(jìn)和鼓勵(lì)德克薩斯州的金屬探測俱樂部。TAMDC現(xiàn)下屬有奧斯汀金屬探測俱樂部、東德克薩斯州尋寶者協(xié)會(huì)、中德克薩斯州寶藏俱樂部、西南搜索、金三角探險(xiǎn)家協(xié)會(huì)等16個(gè)會(huì)員俱樂部。它為各俱樂部和會(huì)員制定了13條道德準(zhǔn)則，其中包括尊重他人的權(quán)利和財(cái)產(chǎn)、遵守法律、不破壞歷史建筑、不破壞原有的土地和植被等規(guī)則，實(shí)際上也可以算是公眾使用金屬探測器的行為準(zhǔn)則。

相對于英美等發(fā)達(dá)國家而言，金屬探測器在我國的使用還相對較少。我國是一個(gè)歷史悠久的文明古國，擁有豐富的地下文物遺產(chǎn)。然而，20世紀(jì)80年代以來，隨著國家大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和“文物收藏?zé)帷币l(fā)的文物盜掘，我國的地下文物面臨無法挽回的破壞。在這種形勢下，僅僅依靠國家歷史文物部門的力量來進(jìn)行保護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如何充分動(dòng)員大眾力量來保存和保護(hù)我國的歷史文物是一個(gè)重要的問題。如果我們能正確引導(dǎo)公眾使用金屬探測器的探寶行為，鼓勵(lì)公眾與專家學(xué)者的交流，使公眾在專家的指導(dǎo)下使用金屬探測器，將有助于我國文物考古知識(shí)的普及和公眾考古事業(yè)的發(fā)展。但是，如果不能善加引導(dǎo)，也會(huì)帶來諸多問題，比如文物歸屬、遺址破壞和文物偷盜等問題。因?yàn)椋⒉皇侨魏挝奈锒伎梢运阶允詹?，也并不是任何地區(qū)都可以進(jìn)行金屬探測活動(dòng)。相反，私自收藏珍貴易損文物，有可能會(huì)造成文物不可逆的毀壞以致重要?dú)v史信息的遺失。在重要遺址遺跡的探測、挖掘行為則可能會(huì)加劇遺跡的消失和遺址的破壞。面對以上種種問題，我國亟需改變公眾與考古分離的舊觀念，制定公眾使用金屬探測器參與考古的法律法規(guī)，規(guī)范公眾參與考古的行為。同時(shí)借鑒國際已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使金屬探測器更好地服務(wù)于我國的公眾考古。

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[10]Rachel Kaufman.Pictures:Gold Treasure,Roman Coins Revealed in U.K. National Geographic News, 2011-4-4.

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