綜合物探方法在文物勘探保護中的作用

孫瑞芳

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

綜合物探方法在文物考古保護工作中的引入和發展，是近幾十年來我國文物考古保護中最重要的物理應用考古方法探索。它使用地理科學和信息科學技術融合的思路，將地質分析、水文條件勘測、信息技術與電磁信號技術進行廣泛的綜合，從而為文物勘探保護提供了新的方法論，引入了新的勘探視角，大大節省了地下文物在勘探保護中的開發工作，提高了文物勘探保護的效率，是使文物得到綜合性開發、保護、勘測一體化整合的重要現代化工具。

綜合物探方法及其優點

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過程中綜合利用地理勘測技術、水文勘測技術、電磁信號技術和電子信息技術進行綜合構造形成的，專門針對地下文物、水文、巖土等內容進行物理勘測的技術理論及設備架構。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，通過物理科學領域的聲波震動捕捉，以不同的聲波、電磁波等發出不同頻率波長，而對地下巖土、地理空間構造、水文結構進行各類輻射波的回探和密度測度。通過信號接收器接收相關信號或輻射頻率，從而在電子儀器設備上生成不同的圖案和數據，進而對某一區域內的地下構造結構、地質變化、水文分布狀況進行總體性的掃描建模。通過這些反饋，能夠很好地對地下文物的分布狀態、分布結構和地下空間的分布方位等文保內容進行綜合性的確定，從而大大提高地下文物勘探保護的效率。

高密度電法理論基礎：高密度電法是綜合物探方法應用中相對較多的一種方法，也是在文物勘探中較早應用的一種方法。高密度電法是以電磁波在不同的介質中實施的電波反饋形成不同密度的波長反射構造的一種地下文物勘探保護技術。它原本發源于電阻率地質勘探法，最早應用于地質構造、石油礦藏尋找應用中，后來逐漸被考古人員運用到地下文物的考古發掘勘探中。一般而言，由于地下文物埋藏受地下水文狀況、土質狀況、巖土結構的不同影響，而有不同的地質構造密度，通過高密度電法這種陣列式的電線排布，可以同時將所有的電極插入到所探測文物潛在區域內，利用三相電控制電極，從而使電流導入地下，通過信號反饋，電磁波對不同的地下空間土質結構有不同的電阻率反饋信號，因此可以對地下文物及文物存放的空間結構例如地宮、墓室等進行地質電阻信號的捕捉，通過微機顯示屏將信號捕捉反饋到顯示屏上。可以自動收集整個區域內的地下構造土質分層密度數據，形成不同的土質電阻密度數據分層信號。這些分層信號經過不斷的累積，可以在微機顯示屏上顯示出地下墓室或棺槨空間構造的具體分布結構，包括整個地下文物存放位置及其橫切面的電阻分層分布狀態，以此來判斷一定區域內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點。

由于高密度電法是依據電極導線進行廣泛的連接，因此它可以無限的在特定區域內進行延伸擴張，只要導電線路夠長，就可以一次性的對某一區域大范圍的進行整體的地下空間結構電阻頻率測定。這樣就大大擴展了地下文物勘探過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用中還能夠實施單電極正連接反饋，所以它能夠避免不同的電極錯誤而引起各種信號故障干擾，能夠對野外地下文物的勘探數據做到精確、無差錯掃描。

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結構和地下地質斷面分層，將很小的地質斷 面構造數據反射出來，因此，這種電極排列方式，能夠有效地對不同的地下文物埋藏地質切面進行豐富的地下探物信號反饋和測度，具有高密度化的特征和高成像化的性質。

高密度電法在應用中，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用。

地震映像法理論基礎：地震映像法理論在綜合物探方法應用中相對較廣，它主要用于中層地質結構或水下地質結構的物理空間勘探過程中。由于地震映像法采用的是以模擬地震波的形式來探測地震波發出信號與接收信號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，它以地震映像偏移器為應用節點，使用小幅度近距離的偏移測量位點為信號發射源頭，在地質表面或水下空間中對一定的地質結構進行連續化的掃描，同時接收地震波信號的連續化反饋，通過地質雷達信號深入地下空間構造，進行信號波長位移距離的偏移測量，來確定地下文物空間結構的變化，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進行劉賀墓的地宮勘測，達到了很好的成像效果。

地震映像法應用在綜合物探文物保護中具有許多優點。

由于地震映像法發射波的頻率較高，所以采集數據地下文物及其空間的連續操作相對快速，接收信號的密度較大，因此，對地下文物的勘探觀測信號接收速度較快，得出的數據時間大大縮短。

由于地震映像法中所采用的是短距離單炮點位激發，所以在數據處理、波長反饋、矯正和波紋吸收以及其他反射波擾動時，仍能夠正常的、穩健的接收地震波數據和測度點距距離，所以能夠避免其他信號干擾對地下墓室空間測量的錯誤探測。同時，由于地震波淺層內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構的空間特征構造和力學變化趨勢，對圖像的觀測和掃描能夠大大提高其分辨率。

探地雷達法理論基礎，有更穩健的波幅震蕩。探地雷達方法是利用電磁理論，使用雷達波的傳導來對地下文物巖土構造進行探測的。它使用的是麥克斯韋方程。通過獲得電磁波在不同介質下的傳播波長信號來得到不同的波長矢量反饋。由于在任何場域中都存在著電磁應激反應，因此探地雷達方法就是利用地質構造中電場的矢量位移而記錄電磁波信號反饋波長變化的。這一原理通過逆向分解麥克斯韋方程，對變化的磁場進行激發干擾，從而得到不同地質結構下的電磁波波長，使用探地雷達儀器設備將這些電磁波波長信號通過接收器接收，能夠產生鏈式反應，在探地雷達顯示屏中顯示出電磁波不同的波長及傳導時間下不同的電流導電信號變化趨勢，這些變化趨勢反映的就是綜合物探方法下的地下文物空間結構構造。

地雷達法理論應用在綜合物探文物保護中具有許多優點。

探地雷達方法的應用能夠最大深度的將地下較深處的文物進行勘探，對地下復雜的地質變化情況，特別是有水文變化情況的地質構造空間模擬信號進行信號反饋處理。

使用探地雷達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電磁波信號的穩健性和清晰性。它可以使地下埋藏的文物及埋藏文物的空間結構能夠以更加穩健的電磁波信號傳輸上來，經過探地雷達接收器的接收而轉化為電磁波信號，最終繪成顯示信號圖，從而對整個地下文物坐落的空間布局、結構變化等都有全新的構圖示意。陜西咸陽驪山秦始皇陵勘探工程項目中，當地的文物地下勘探人員經常使用的就是探地雷達方法。通過探地雷達接收儀器向秦始皇陵地下發射雷達探測信號，通過不同的信號波反饋波長變化及電磁波干擾變動，自動生成秦始皇陵地下保存空間的結構、構造和地質巖層、土層變化趨勢結構，當地的文物勘測人員使用探地雷達方法，對秦始皇陵中的不同地貌結構和地質變化及地下水文結構進行了綜合性的判定，從而大致上確定了秦始皇陵地宮的位置及其內部結構層次分布，顯著的推動了秦始皇陵勘探保護工作的推進。

如何選擇正確的綜合物探文物勘測方法

選擇正確的綜合物探文物勘測方法至關重要。在文物勘測中，高密度電法勘測適用于地下勘測文物深度較淺的地質構造勘測。一般在大于2米小于10米的地下文物空間勘測中，使用高密度電法理論勘測方法來進行地下文物空間構造、結構分布、內部空間畫像的勘測。而對于地下深度大于10米小于20米的空間深度，實施地下文物勘測時則使用地震映像法勘測。使用這一方法勘測，可以在中等深度上對地下文物空間的地質構造，水文狀況及巖土層截面的探測取得良好的效果。特別是由于地震映像法所發射的波長距離較為適中，所以在深度適中的地下文物勘測中較多采用這一類方法。而對于大于20米的地下文物勘測則廣泛的應用探地雷達法來進行地下文物的勘探。由于探地雷達波長較長，穿透性較強，所以對于地下深層次的埋藏的文物空間巖土構造反饋的波長吸收率較高，也能夠更加清晰的得到這類地下文物空間的空間結構。

綜合物探方法在文物保護勘測中還要注意數據面的截取。在選擇數據面截取時，由于不同的波長和采用不同的綜合物探方法所得到的波的階段面穩健性不同。一般均是在高密度反射波、地震映像波和探地雷達波反饋時間超過60秒以上時，才對穩健的勘測波截面進行數據截取。對于高密度電法產生的高密度電波，其在文物保護勘測截面截取中，應當注意截取的波長及橫切面應當適當延伸拉長，在確定與標準化的高密度電波進行對比研究的過程時，對于地震映像法發射的信號波長要進行連續化的地下文物反饋信號接收，只有長時間連續化的信號截面截取才能對不同的地下文物空間、巖土截面有清晰的表達。

作者單位：太原市文物保護研究院