综合物探方法在文物勘探保护中的作用

孙瑞芳

综合物探方法近些年来在文物考古发掘保护中起到了越来越关键的作用，特别是伴随着电子信息技术的纵深化发展，以各类电子元器件的高度综合利用为基础的综合型文物考古勘探方法架构，为我国文物考古研究做出了重大贡献。文章就是在这一背景下，就综合物探方法在文物保护中的作用进行深入阐释，以期能够使综合物探方法的轮廓和内容展现在文物工作者面前，希望通过文章，能够给我国的文物勘探保护工作带来有益的参考。

综合物探方法在文物考古保护工作中的引入和发展，是近几十年来我国文物考古保护中最重要的物理应用考古方法探索。它使用地理科学和信息科学技术融合的思路，将地质分析、水文条件勘测、信息技术与电磁信号技术进行广泛的综合，从而为文物勘探保护提供了新的方法论，引入了新的勘探视角，大大节省了地下文物在勘探保护中的开发工作，提高了文物勘探保护的效率，是使文物得到综合性开发、保护、勘测一体化整合的重要现代化工具。

综合物探方法及其优点

综合物探法原理：综合物探方法指的是在文物考古勘探保护过程中综合利用地理勘测技术、水文勘测技术、电磁信号技术和电子信息技术进行综合构造形成的，专门针对地下文物、水文、岩土等内容进行物理勘测的技术理论及设备架构。综合物探方法目前主要有高密度电法、地震映像法、探地雷达法、瑞利波法及其他电磁波方法。大体而言，综合物探法是广泛的使用电子信息技术，通过物理科学领域的声波震动捕捉，以不同的声波、电磁波等发出不同频率波长，而对地下岩土、地理空间构造、水文结构进行各类辐射波的回探和密度测度。通过信号接收器接收相关信号或辐射频率，从而在电子仪器设备上生成不同的图案和数据，进而对某一区域内的地下构造结构、地质变化、水文分布状况进行总体性的扫描建模。通过这些反馈，能够很好地对地下文物的分布状态、分布结构和地下空间的分布方位等文保内容进行综合性的确定，从而大大提高地下文物勘探保护的效率。

高密度电法理论基础：高密度电法是综合物探方法应用中相对较多的一种方法，也是在文物勘探中较早应用的一种方法。高密度电法是以电磁波在不同的介质中实施的电波反馈形成不同密度的波长反射构造的一种地下文物勘探保护技术。它原本发源于电阻率地质勘探法，最早应用于地质构造、石油矿藏寻找应用中，后来逐渐被考古人员运用到地下文物的考古发掘勘探中。一般而言，由于地下文物埋藏受地下水文状况、土质状况、岩土结构的不同影响，而有不同的地质构造密度，通过高密度电法这种阵列式的电线排布，可以同时将所有的电极插入到所探测文物潜在区域内，利用三相电控制电极，从而使电流导入地下，通过信号反馈，电磁波对不同的地下空间土质结构有不同的电阻率反馈信号，因此可以对地下文物及文物存放的空间结构例如地宫、墓室等进行地质电阻信号的捕捉，通过微机显示屏将信号捕捉反馈到显示屏上。可以自动收集整个区域内的地下构造土质分层密度数据，形成不同的土质电阻密度数据分层信号。这些分层信号经过不断的累积，可以在微机显示屏上显示出地下墓室或棺椁空间构造的具体分布结构，包括整个地下文物存放位置及其横切面的电阻分层分布状态，以此来判断一定区域内地下是否有物及文物分布的地理空间位置。

高密度电综合物探方法具有很多优点。

由于高密度电法是依据电极导线进行广泛的连接，因此它可以无限的在特定区域内进行延伸扩张，只要导电线路够长，就可以一次性的对某一区域大范围的进行整体的地下空间结构电阻频率测定。这样就大大扩展了地下文物勘探过程中一次性完成工作的效能，提高了地下文物勘探的综合效率。由于高密度电法在综合物探方法应用中还能够实施单电极正连接反馈，所以它能够避免不同的电极错误而引起各种信号故障干扰，能够对野外地下文物的勘探数据做到精确、无差错扫描。

高密度电法是一种阵列式的电极排列扫描成像模式，所以它能够尽可能的按照不同的土质结构和地下地质断面分层，将很小的地质断 面构造数据反射出来，因此，这种电极排列方式，能够有效地对不同的地下文物埋藏地质切面进行丰富的地下探物信号反馈和测度，具有高密度化的特征和高成像化的性质。

高密度电法在应用中，由于高密度电法仪具有成本低、效率高、解释清晰，图像成型丰富，所以勘探地下文物中能力显著，也得到了较为广泛的应用。

地震映像法理论基础：地震映像法理论在综合物探方法应用中相对较广，它主要用于中层地质结构或水下地质结构的物理空间勘探过程中。由于地震映像法采用的是以模拟地震波的形式来探测地震波发出信号与接收信号之间的位置偏移及偏移距离，所以地震映像法是一种同向偏移技术，它以地震映像偏移器为应用节点，使用小幅度近距离的偏移测量位点为信号发射源头，在地质表面或水下空间中对一定的地质结构进行连续化的扫描，同时接收地震波信号的连续化反馈，通过地质雷达信号深入地下空间构造，进行信号波长位移距离的偏移测量，来确定地下文物空间结构的变化，例如在刘贺墓地下勘探中，由于其棺椁墓室均在水下浸泡，所以使用了地震映像法来进行刘贺墓的地宫勘测，达到了很好的成像效果。

地震映像法应用在综合物探文物保护中具有许多优点。

由于地震映像法发射波的频率较高，所以采集数据地下文物及其空间的连续操作相对快速，接收信号的密度较大，因此，对地下文物的勘探观测信号接收速度较快，得出的数据时间大大缩短。

由于地震映像法中所采用的是短距离单炮点位激发，所以在数据处理、波长反馈、矫正和波纹吸收以及其他反射波扰动时，仍能够正常的、稳健的接收地震波数据和测度点距距离，所以能够避免其他信号干扰对地下墓室空間测量的错误探测。同时，由于地震波浅层内部的反射性波纹具有短距离反向衍射和反射移变，所以能够充分的保留地下文物勘探空间结构的空间特征构造和力学变化趋势，对图像的观测和扫描能够大大提高其分辨率。

探地雷达法理论基础，有更稳健的波幅震荡。探地雷达方法是利用电磁理论，使用雷达波的传导来对地下文物岩土构造进行探测的。它使用的是麦克斯韦方程。通过获得电磁波在不同介质下的传播波长信号来得到不同的波长矢量反馈。由于在任何场域中都存在着电磁应激反应，因此探地雷达方法就是利用地质构造中电场的矢量位移而记录电磁波信号反馈波长变化的。这一原理通过逆向分解麦克斯韦方程，对变化的磁场进行激发干扰，从而得到不同地质结构下的电磁波波长，使用探地雷达仪器设备将这些电磁波波长信号通过接收器接收，能够产生链式反应，在探地雷达显示屏中显示出电磁波不同的波长及传导时间下不同的电流导电信号变化趋势，这些变化趋势反映的就是综合物探方法下的地下文物空间结构构造。

地雷达法理论应用在综合物探文物保护中具有许多优点。

探地雷达方法的应用能够最大深度的将地下较深处的文物进行勘探，对地下复杂的地质变化情况，特别是有水文变化情况的地质构造空间模拟信号进行信号反馈处理。

使用探地雷达综合物探方法能够最大限度地保持综合物探方法中反馈的雷达电磁波信号的稳健性和清晰性。它可以使地下埋藏的文物及埋藏文物的空间结构能够以更加稳健的电磁波信号传输上来，经过探地雷达接收器的接收而转化为电磁波信号，最终绘成显示信号图，从而对整个地下文物坐落的空间布局、结构变化等都有全新的构图示意。陕西咸阳骊山秦始皇陵勘探工程项目中，当地的文物地下勘探人员经常使用的就是探地雷达方法。通过探地雷达接收仪器向秦始皇陵地下发射雷达探测信号，通过不同的信号波反馈波长变化及电磁波干扰变动，自动生成秦始皇陵地下保存空间的结构、构造和地质岩层、土层变化趋势结构，当地的文物勘测人员使用探地雷达方法，对秦始皇陵中的不同地貌结构和地质变化及地下水文结构进行了综合性的判定，从而大致上确定了秦始皇陵地宫的位置及其内部结构层次分布，显著的推动了秦始皇陵勘探保护工作的推进。

如何选择正确的综合物探文物勘测方法

选择正确的综合物探文物勘测方法至关重要。在文物勘测中，高密度电法勘测适用于地下勘测文物深度较浅的地质构造勘测。一般在大于2米小于10米的地下文物空间勘测中，使用高密度电法理论勘测方法来进行地下文物空间构造、结构分布、内部空间画像的勘测。而对于地下深度大于10米小于20米的空间深度，实施地下文物勘测时则使用地震映像法勘测。使用这一方法勘测，可以在中等深度上对地下文物空间的地质构造，水文状况及岩土层截面的探测取得良好的效果。特别是由于地震映像法所发射的波长距离较为适中，所以在深度适中的地下文物勘测中较多采用这一类方法。而对于大于20米的地下文物勘测则广泛的应用探地雷达法来进行地下文物的勘探。由于探地雷达波长较长，穿透性较强，所以对于地下深层次的埋藏的文物空间岩土构造反馈的波长吸收率较高，也能够更加清晰的得到这类地下文物空间的空间结构。

综合物探方法在文物保护勘测中还要注意数据面的截取。在选择数据面截取时，由于不同的波长和采用不同的综合物探方法所得到的波的阶段面稳健性不同。一般均是在高密度反射波、地震映像波和探地雷达波反馈时间超过60秒以上时，才对稳健的勘测波截面進行数据截取。对于高密度电法产生的高密度电波，其在文物保护勘测截面截取中，应当注意截取的波长及横切面应当适当延伸拉长，在确定与标准化的高密度电波进行对比研究的过程时，对于地震映像法发射的信号波长要进行连续化的地下文物反馈信号接收，只有长时间连续化的信号截面截取才能对不同的地下文物空间、岩土截面有清晰的表达。

作者单位：太原市文物保护研究院