科技考古中的非接觸式探測技術

劉星彤

摘 要：文章以科技考古中的非接觸式探測技術為研究對象，選取非接觸式探測技術中較為典型的兩項——遙感與地球物理勘探技術以及X光照相技術為例，展示非接觸式探測技術的實際應用與內在優勢，建立對于科技考古中的非接觸式探測技術的初步認知。

關鍵詞：科技考古;非接觸式探測;遙感物探;X光照相

隨著科技的進步，眾多自然科學相關學科的技術方法越來越廣泛而高效地應用于考古學研究中。隨著實際應用中二者交集的日益增多，應用于考古學研究的自然科學的技術方法也日漸深化，考古學研究也在科技手段的推動下產生了思維與內容的雙重進步。現代儀器分析在考古學相關研究中的應用也越來越普及，儀器設備的參與為考古學研究的開展提供了重要的技術支持。

科技考古中使用豐富多樣的儀器設備開展研究，研究方式大致可歸為兩類：一類是對研究對象進行取樣，然后對樣品進行定量的檢測分析;另一類則可歸納為非接觸式研究。非接觸指研究中儀器設備與研究對象本身不產生實質性的接觸，其研究目的多為探測、測量。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，研究后不產生殘留物。下文選取了非接觸式探測技術中較具有代表性兩項——遙感與地球物理勘探技術和X光照相技術，希望通過對兩項技術的介紹，建立對科技考古中的非接觸式探測技術的基本認知。

1 遙感與地球物理勘探

遙感是一種非接觸性的遠距離地表信息探測技術，通過人造地球衛星、航空等平臺的遙測儀器遠距離獲取目標物體的電磁波特性，從而實現對遠距離研究對象的探測和識別。

遙感技術應用于考古學研究，簡言之就是通過傳感器對地表及淺地表的考古遺存進行遠距離的觀察、探測。傳統的田野考古工作中，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現，遙感技術在考古工作中的應用使得這種情況有了很大程度的改善。遙感技術視角多樣、視野廣闊，能夠識別可見光波段所無法看見的現象[1]，能夠快速、準確、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問題。遙感技術對于基礎信息的采集，有效地將信息采集工作由室外轉移進室內，減輕工作強度，提升工作效率，提高基礎信息采集的全面性與精確性。

但遙感技術在實際的考古學應用中仍存在其自身的局限性。一方面，衛星或航空遙感對于發現被沙土、石、植被、水等覆蓋的文化遺址存在較大困難，且對于埋藏相對較深的地下遺存探測能力有限;另一方面，遙感影像的空間分辨率無法滿足一部分空間范圍較為細小的文化遺址的探測要求。

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

地球物理勘探主要包括磁法勘探、電阻率勘探和探地雷達三種方式。磁法勘探和電阻率勘探法在探測對象與周圍介質存在磁性及電性差別時，可以快速提供所需結果，且所需成本較低。但這兩種方法受到地面條件的影響較大，穩定性相對較差。

探地雷達在應用于考古勘探時具有自身獨特的優勢[2]。首先，考古遺存的埋藏深度一般為2～5米，大多不超過10米，埋藏深度與探地雷達最佳有效探測深度非常契合;第二，探地雷達的幾何分辨率依其天線的中心頻率可至厘米級，能夠充分滿足考古工作使用的需要;第三，復雜地質條件下，探地雷達可將考古遺存中的夯土結構與周圍環境中的沉積土層進行有效區分，可獲取地下遺存的形狀、埋藏深度、位置等相關信息，為進一步的考古鉆探提供方案設計基礎。

實際應用中通常將遙感與地球物理勘探有機結合，實現對地表遺址與地下考古遺存的快速探測，提高考古探測的效率與精度，無需開展大面積揭露工作，通過技術手段揭示其平面形態與布局結構，既節省了大量人力、物力，又不會對研究對象產生破壞。

2 X光照相

X射線發現于19世紀末，之后廣泛應用于醫學領域。物體的衰減系數與物體厚度是影響X光衰減率的兩個因素，X光束穿過時產生的不同吸收，使得X光底片上呈現出不同的黑白對比度效果，過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依據。

X光照相是一種傳統的非接觸式探測手段，放射性檢查全程不會對器物本身造成損傷，也不會造成放射性污染物殘留。該技術在20世紀二三十年代最初主要用于油畫、郵票一類紙質藝術品的辨偽。隨著X光技術的發展，發射功率范圍得到了提升，該技術逐步適用于各種不同材質的探測分析，如青銅器、鐵器、陶瓷器、漆木器等。技術進步的同時也帶來了其應用廣度上的延展，儀器設備所需要滿足和適應的外部環境越來越多樣、復雜，X光照相設備呈現小型化、便攜化發展趨勢。

X光照相技術在考古學研究中的應用，基本可歸納為四個方面：

①揭示器物內部結構。我們對于器物本身的認知不再僅僅依靠其外部形態，內部結構為一些方面的分析研究提供了可能，使得研究的準確性與科學性大為提升。通過X光拍照技術，將器物內部結構清晰呈現于底片之上，為當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部信息的集合，結合可觀察的外部形態，識別底片中所對應的信息，才能得出對于器物本身的正確認知。

②揭示銹蝕物覆蓋的銘文和紋飾。對于文物本身而言，除了器物的外在形態以外，器物上的銘文和紋飾是考古學研究中的重要內容。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信息，為進一步清理保護提供技術支持，為修復留存的歷史及藝術信息創造了條件。除了銘文和紋飾，器物表面可能會留存工藝痕跡，從中我們可以提取到器物制作時的工藝信息。

③輔助實驗室考古。隨著實驗室考古的發展，考古發掘中進行整體提取之后開展實驗室再發掘的案例越來越多，X光照相通過對整體提取的各個部分進行拍攝，獲取在現場發掘時無法得到的寶貴信息。通過對底片的分析，可對整體提取部分中的不同材質文物的保存狀況、器形、分布位置等情況做出預判，同時也可針對某些可見的特殊情況、復雜情況設計預案，保證實驗室清理工作能夠做到有效保護、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，也是開展進一步研究的基礎性工作，X光照相的方法很好地填補了以往考古繪圖中無法測量的內部位置及特殊位置的缺失，幫助我們繪制出較為準確的剖視圖。

傳統的X光照相技術以膠片作為成像載體，需經過暗室處理完成整個成像過程，由于暗室處理過程中對于環境要求嚴格，影響因素眾多，時間成本高，在考古現場環境下可操作性較差。近年來，隨著數字化成像技術的興起，X光照相的操作過程大大簡化。與傳統技術相比，數字化成像技術省去了暗室處理的步驟，X光照相變得更加簡單、高效，得到的數字圖像也更易于觀察、使用與保存。

參考文獻

[1]尹寧，王長林.遙感技術在考古中的應用[J].遙感技術與應用，2003（4）：258-262.

[2]高立兵，王赟，夏明軍.GPR技術在考古勘探中的應用研究[J].地球物理學進展，2000（1）：61-69.