科技考古中的非接触式探测技术

刘星彤

摘 要：文章以科技考古中的非接触式探测技术为研究对象，选取非接触式探测技术中较为典型的两项——遥感与地球物理勘探技术以及X光照相技术为例，展示非接触式探测技术的实际应用与内在优势，建立对于科技考古中的非接触式探测技术的初步认知。

关键词：科技考古;非接触式探测;遥感物探;X光照相

随着科技的进步，众多自然科学相关学科的技术方法越来越广泛而高效地应用于考古学研究中。随着实际应用中二者交集的日益增多，应用于考古学研究的自然科学的技术方法也日渐深化，考古学研究也在科技手段的推动下产生了思维与内容的双重进步。現代仪器分析在考古学相关研究中的应用也越来越普及，仪器设备的参与为考古学研究的开展提供了重要的技术支持。

科技考古中使用丰富多样的仪器设备开展研究，研究方式大致可归为两类：一类是对研究对象进行取样，然后对样品进行定量的检测分析;另一类则可归纳为非接触式研究。非接触指研究中仪器设备与研究对象本身不产生实质性的接触，其研究目的多为探测、测量。在适宜使用非接触式手段开展研究的情况下，研究中不提取样品，研究后不产生残留物。下文选取了非接触式探测技术中较具有代表性两项——遥感与地球物理勘探技术和X光照相技术，希望通过对两项技术的介绍，建立对科技考古中的非接触式探测技术的基本认知。

1 遥感与地球物理勘探

遥感是一种非接触性的远距离地表信息探测技术，通过人造地球卫星、航空等平台的遥测仪器远距离获取目标物体的电磁波特性，从而实现对远距离研究对象的探测和识别。

遥感技术应用于考古学研究，简言之就是通过传感器对地表及浅地表的考古遗存进行远距离的观察、探测。传统的田野考古工作中，由于地面视力范围所限，很多范围较大的文化遗址很难被人们发现，遥感技术在考古工作中的应用使得这种情况有了很大程度的改善。遥感技术视角多样、视野广阔，能够识别可见光波段所无法看见的现象[1]，能够快速、准确、全面地探明地表及浅层地表遗址的分布状况，解决了地表、浅层地表文化遗址的探测问题。遥感技术对于基础信息的采集，有效地将信息采集工作由室外转移进室内，减轻工作强度，提升工作效率，提高基础信息采集的全面性与精确性。

但遥感技术在实际的考古学应用中仍存在其自身的局限性。一方面，卫星或航空遥感对于发现被沙土、石、植被、水等覆盖的文化遗址存在较大困难，且对于埋藏相对较深的地下遗存探测能力有限;另一方面，遥感影像的空间分辨率无法满足一部分空间范围较为细小的文化遗址的探测要求。

作为遥感技术的有力补充，地球物理勘探很好地填补了遥感技术在探测深度及空间分辨率上的不足，更是将遥感探测的触角延伸至地下，从而构建了地表—浅层地表—地下的全空间探测体系，以及宏观—微观全景式的文化遗产的探测体系。

地球物理勘探主要包括磁法勘探、电阻率勘探和探地雷达三种方式。磁法勘探和电阻率勘探法在探测对象与周围介质存在磁性及电性差别时，可以快速提供所需结果，且所需成本较低。但这两种方法受到地面条件的影响较大，稳定性相对较差。

探地雷达在应用于考古勘探时具有自身独特的优势[2]。首先，考古遗存的埋藏深度一般为2～5米，大多不超过10米，埋藏深度与探地雷达最佳有效探测深度非常契合;第二，探地雷达的几何分辨率依其天线的中心频率可至厘米级，能够充分满足考古工作使用的需要;第三，复杂地质条件下，探地雷达可将考古遗存中的夯土结构与周围环境中的沉积土层进行有效区分，可获取地下遗存的形状、埋藏深度、位置等相关信息，为进一步的考古钻探提供方案设计基础。

实际应用中通常将遥感与地球物理勘探有机结合，实现对地表遗址与地下考古遗存的快速探测，提高考古探测的效率与精度，无需开展大面积揭露工作，通过技术手段揭示其平面形态与布局结构，既节省了大量人力、物力，又不会对研究对象产生破坏。

2 X光照相

X射线发现于19世纪末，之后广泛应用于医学领域。物体的衰减系数与物体厚度是影响X光衰减率的两个因素，X光束穿过时产生的不同吸收，使得X光底片上呈现出不同的黑白对比度效果，过X光底片上所成的X光透视像，为分析研究提供了直观的科学依据。

X光照相是一种传统的非接触式探测手段，放射性检查全程不会对器物本身造成损伤，也不会造成放射性污染物残留。该技术在20世纪二三十年代最初主要用于油画、邮票一类纸质艺术品的辨伪。随着X光技术的发展，发射功率范围得到了提升，该技术逐步适用于各种不同材质的探测分析，如青铜器、铁器、陶瓷器、漆木器等。技术进步的同时也带来了其应用广度上的延展，仪器设备所需要满足和适应的外部环境越来越多样、复杂，X光照相设备呈现小型化、便携化发展趋势。

X光照相技术在考古学研究中的应用，基本可归纳为四个方面：

①揭示器物内部结构。我们对于器物本身的认知不再仅仅依靠其外部形态，内部结构为一些方面的分析研究提供了可能，使得研究的准确性与科学性大为提升。通过X光拍照技术，将器物内部结构清晰呈现于底片之上，为当前及日后的研究提供了支持与便利。X光底片上的影像是器物表面与内部信息的集合，结合可观察的外部形态，识别底片中所对应的信息，才能得出对于器物本身的正确认知。

②揭示锈蚀物覆盖的铭文和纹饰。对于文物本身而言，除了器物的外在形态以外，器物上的铭文和纹饰是考古学研究中的重要内容。X光照相的方法可以揭示器物覆盖物和包裹物之下文物表面的相关信息，为进一步清理保护提供技术支持，为修复留存的历史及艺术信息创造了条件。除了铭文和纹饰，器物表面可能会留存工艺痕迹，从中我们可以提取到器物制作时的工艺信息。

③辅助实验室考古。随着实验室考古的发展，考古发掘中进行整体提取之后开展实验室再发掘的案例越来越多，X光照相通过对整体提取的各个部分进行拍摄，获取在现场发掘时无法得到的宝贵信息。通过对底片的分析，可对整体提取部分中的不同材质文物的保存状况、器形、分布位置等情况做出预判，同时也可针对某些可见的特殊情况、复杂情况设计预案，保证实验室清理工作能够做到有效保护、精确高效。

④帮助考古出土文物线图的绘制。出土文物的绘图是考古工作中的重要组成部分，也是开展进一步研究的基础性工作，X光照相的方法很好地填补了以往考古绘图中无法测量的内部位置及特殊位置的缺失，帮助我们绘制出较为准确的剖视图。

传统的X光照相技术以胶片作为成像载体，需经过暗室处理完成整个成像过程，由于暗室处理过程中对于环境要求严格，影响因素众多，时间成本高，在考古现场环境下可操作性较差。近年来，随着数字化成像技术的兴起，X光照相的操作过程大大简化。与传统技术相比，数字化成像技术省去了暗室处理的步骤，X光照相变得更加简单、高效，得到的数字图像也更易于观察、使用与保存。

参考文献

[1]尹宁，王长林.遥感技术在考古中的应用[J].遥感技术与应用，2003（4）：258-262.

[2]高立兵，王赟，夏明军.GPR技术在考古勘探中的应用研究[J].地球物理学进展，2000（1）：61-69.