科技考古中的非接觸式探測(cè)技術(shù)

劉星彤

摘 要：文章以科技考古中的非接觸式探測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，選取非接觸式探測(cè)技術(shù)中較為典型的兩項(xiàng)——遙感與地球物理勘探技術(shù)以及X光照相技術(shù)為例，展示非接觸式探測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，建立對(duì)于科技考古中的非接觸式探測(cè)技術(shù)的初步認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：科技考古;非接觸式探測(cè);遙感物探;X光照相

隨著科技的進(jìn)步，眾多自然科學(xué)相關(guān)學(xué)科的技術(shù)方法越來(lái)越廣泛而高效地應(yīng)用于考古學(xué)研究中。隨著實(shí)際應(yīng)用中二者交集的日益增多，應(yīng)用于考古學(xué)研究的自然科學(xué)的技術(shù)方法也日漸深化，考古學(xué)研究也在科技手段的推動(dòng)下產(chǎn)生了思維與內(nèi)容的雙重進(jìn)步。現(xiàn)代儀器分析在考古學(xué)相關(guān)研究中的應(yīng)用也越來(lái)越普及，儀器設(shè)備的參與為考古學(xué)研究的開展提供了重要的技術(shù)支持。

科技考古中使用豐富多樣的儀器設(shè)備開展研究，研究方式大致可歸為兩類：一類是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行取樣，然后對(duì)樣品進(jìn)行定量的檢測(cè)分析;另一類則可歸納為非接觸式研究。非接觸指研究中儀器設(shè)備與研究對(duì)象本身不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的接觸，其研究目的多為探測(cè)、測(cè)量。在適宜使用非接觸式手段開展研究的情況下，研究中不提取樣品，研究后不產(chǎn)生殘留物。下文選取了非接觸式探測(cè)技術(shù)中較具有代表性兩項(xiàng)——遙感與地球物理勘探技術(shù)和X光照相技術(shù)，希望通過(guò)對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)的介紹，建立對(duì)科技考古中的非接觸式探測(cè)技術(shù)的基本認(rèn)知。

1 遙感與地球物理勘探

遙感是一種非接觸性的遠(yuǎn)距離地表信息探測(cè)技術(shù)，通過(guò)人造地球衛(wèi)星、航空等平臺(tái)的遙測(cè)儀器遠(yuǎn)距離獲取目標(biāo)物體的電磁波特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離研究對(duì)象的探測(cè)和識(shí)別。

遙感技術(shù)應(yīng)用于考古學(xué)研究，簡(jiǎn)言之就是通過(guò)傳感器對(duì)地表及淺地表的考古遺存進(jìn)行遠(yuǎn)距離的觀察、探測(cè)。傳統(tǒng)的田野考古工作中，由于地面視力范圍所限，很多范圍較大的文化遺址很難被人們發(fā)現(xiàn)，遙感技術(shù)在考古工作中的應(yīng)用使得這種情況有了很大程度的改善。遙感技術(shù)視角多樣、視野廣闊，能夠識(shí)別可見(jiàn)光波段所無(wú)法看見(jiàn)的現(xiàn)象[1]，能夠快速、準(zhǔn)確、全面地探明地表及淺層地表遺址的分布狀況，解決了地表、淺層地表文化遺址的探測(cè)問(wèn)題。遙感技術(shù)對(duì)于基礎(chǔ)信息的采集，有效地將信息采集工作由室外轉(zhuǎn)移進(jìn)室內(nèi)，減輕工作強(qiáng)度，提升工作效率，提高基礎(chǔ)信息采集的全面性與精確性。

但遙感技術(shù)在實(shí)際的考古學(xué)應(yīng)用中仍存在其自身的局限性。一方面，衛(wèi)星或航空遙感對(duì)于發(fā)現(xiàn)被沙土、石、植被、水等覆蓋的文化遺址存在較大困難，且對(duì)于埋藏相對(duì)較深的地下遺存探測(cè)能力有限;另一方面，遙感影像的空間分辨率無(wú)法滿足一部分空間范圍較為細(xì)小的文化遺址的探測(cè)要求。

作為遙感技術(shù)的有力補(bǔ)充，地球物理勘探很好地填補(bǔ)了遙感技術(shù)在探測(cè)深度及空間分辨率上的不足，更是將遙感探測(cè)的觸角延伸至地下，從而構(gòu)建了地表—淺層地表—地下的全空間探測(cè)體系，以及宏觀—微觀全景式的文化遺產(chǎn)的探測(cè)體系。

地球物理勘探主要包括磁法勘探、電阻率勘探和探地雷達(dá)三種方式。磁法勘探和電阻率勘探法在探測(cè)對(duì)象與周圍介質(zhì)存在磁性及電性差別時(shí)，可以快速提供所需結(jié)果，且所需成本較低。但這兩種方法受到地面條件的影響較大，穩(wěn)定性相對(duì)較差。

探地雷達(dá)在應(yīng)用于考古勘探時(shí)具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[2]。首先，考古遺存的埋藏深度一般為2～5米，大多不超過(guò)10米，埋藏深度與探地雷達(dá)最佳有效探測(cè)深度非常契合;第二，探地雷達(dá)的幾何分辨率依其天線的中心頻率可至厘米級(jí)，能夠充分滿足考古工作使用的需要;第三，復(fù)雜地質(zhì)條件下，探地雷達(dá)可將考古遺存中的夯土結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境中的沉積土層進(jìn)行有效區(qū)分，可獲取地下遺存的形狀、埋藏深度、位置等相關(guān)信息，為進(jìn)一步的考古鉆探提供方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

實(shí)際應(yīng)用中通常將遙感與地球物理勘探有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表遺址與地下考古遺存的快速探測(cè)，提高考古探測(cè)的效率與精度，無(wú)需開展大面積揭露工作，通過(guò)技術(shù)手段揭示其平面形態(tài)與布局結(jié)構(gòu)，既節(jié)省了大量人力、物力，又不會(huì)對(duì)研究對(duì)象產(chǎn)生破壞。

2 X光照相

X射線發(fā)現(xiàn)于19世紀(jì)末，之后廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。物體的衰減系數(shù)與物體厚度是影響X光衰減率的兩個(gè)因素，X光束穿過(guò)時(shí)產(chǎn)生的不同吸收，使得X光底片上呈現(xiàn)出不同的黑白對(duì)比度效果，過(guò)X光底片上所成的X光透視像，為分析研究提供了直觀的科學(xué)依據(jù)。

X光照相是一種傳統(tǒng)的非接觸式探測(cè)手段，放射性檢查全程不會(huì)對(duì)器物本身造成損傷，也不會(huì)造成放射性污染物殘留。該技術(shù)在20世紀(jì)二三十年代最初主要用于油畫、郵票一類紙質(zhì)藝術(shù)品的辨?zhèn)巍ｋS著X光技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射功率范圍得到了提升，該技術(shù)逐步適用于各種不同材質(zhì)的探測(cè)分析，如青銅器、鐵器、陶瓷器、漆木器等。技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)也帶來(lái)了其應(yīng)用廣度上的延展，儀器設(shè)備所需要滿足和適應(yīng)的外部環(huán)境越來(lái)越多樣、復(fù)雜，X光照相設(shè)備呈現(xiàn)小型化、便攜化發(fā)展趨勢(shì)。

X光照相技術(shù)在考古學(xué)研究中的應(yīng)用，基本可歸納為四個(gè)方面：

①揭示器物內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我們對(duì)于器物本身的認(rèn)知不再僅僅依靠其外部形態(tài)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一些方面的分析研究提供了可能，使得研究的準(zhǔn)確性與科學(xué)性大為提升。通過(guò)X光拍照技術(shù)，將器物內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰呈現(xiàn)于底片之上，為當(dāng)前及日后的研究提供了支持與便利。X光底片上的影像是器物表面與內(nèi)部信息的集合，結(jié)合可觀察的外部形態(tài)，識(shí)別底片中所對(duì)應(yīng)的信息，才能得出對(duì)于器物本身的正確認(rèn)知。

②揭示銹蝕物覆蓋的銘文和紋飾。對(duì)于文物本身而言，除了器物的外在形態(tài)以外，器物上的銘文和紋飾是考古學(xué)研究中的重要內(nèi)容。X光照相的方法可以揭示器物覆蓋物和包裹物之下文物表面的相關(guān)信息，為進(jìn)一步清理保護(hù)提供技術(shù)支持，為修復(fù)留存的歷史及藝術(shù)信息創(chuàng)造了條件。除了銘文和紋飾，器物表面可能會(huì)留存工藝痕跡，從中我們可以提取到器物制作時(shí)的工藝信息。

③輔助實(shí)驗(yàn)室考古。隨著實(shí)驗(yàn)室考古的發(fā)展，考古發(fā)掘中進(jìn)行整體提取之后開展實(shí)驗(yàn)室再發(fā)掘的案例越來(lái)越多，X光照相通過(guò)對(duì)整體提取的各個(gè)部分進(jìn)行拍攝，獲取在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘時(shí)無(wú)法得到的寶貴信息。通過(guò)對(duì)底片的分析，可對(duì)整體提取部分中的不同材質(zhì)文物的保存狀況、器形、分布位置等情況做出預(yù)判，同時(shí)也可針對(duì)某些可見(jiàn)的特殊情況、復(fù)雜情況設(shè)計(jì)預(yù)案，保證實(shí)驗(yàn)室清理工作能夠做到有效保護(hù)、精確高效。

④幫助考古出土文物線圖的繪制。出土文物的繪圖是考古工作中的重要組成部分，也是開展進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)性工作，X光照相的方法很好地填補(bǔ)了以往考古繪圖中無(wú)法測(cè)量的內(nèi)部位置及特殊位置的缺失，幫助我們繪制出較為準(zhǔn)確的剖視圖。

傳統(tǒng)的X光照相技術(shù)以膠片作為成像載體，需經(jīng)過(guò)暗室處理完成整個(gè)成像過(guò)程，由于暗室處理過(guò)程中對(duì)于環(huán)境要求嚴(yán)格，影響因素眾多，時(shí)間成本高，在考古現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下可操作性較差。近年來(lái)，隨著數(shù)字化成像技術(shù)的興起，X光照相的操作過(guò)程大大簡(jiǎn)化。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，數(shù)字化成像技術(shù)省去了暗室處理的步驟，X光照相變得更加簡(jiǎn)單、高效，得到的數(shù)字圖像也更易于觀察、使用與保存。

參考文獻(xiàn)

[1]尹寧，王長(zhǎng)林.遙感技術(shù)在考古中的應(yīng)用[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2003（4）：258-262.

[2]高立兵，王赟，夏明軍.GPR技術(shù)在考古勘探中的應(yīng)用研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2000（1）：61-69.