考古學是以實物遺存研究人類既往社會的學科。由于自然及人為的種種原因，過去人類活動的諸多細節，在久遠的歲月中漸漸湮沒，剩下些在適宜環境中保存得清晰可辨的遺物遺跡，當然也留下了一些人眼難以辨識的微末痕跡。然而，在考古學發展的歷史中，20世紀中葉以前，考古學家們無法辨識并利用這些重要的微遺存，他們只能根據肉眼可識的各類遺物遺跡來探索古代社會。1949年，美國化學家威拉德·利比發現了碳14原子的衰變規律，其后不久考古學家們便將之應用到考古學的實踐中，以判定含碳遺存的絕對年代。自此之后，越來越多的科技手段涌入考古學科之中，科技為考古研究插上了騰飛的翅膀?，F今的考古學家們除了利用各類科技手段對不同遺存開展斷代研究外，還可以根據海底巖芯、冰芯、古海岸線的變遷、紋泥、土壤微形態、微小動植物遺存等，重建古代社會的環境；可以依靠各種器物上的殘漬及同位素，還原古人的食譜；可以憑借巖相學及金相學的相關知識，推測古人制造陶器及金屬器具的程序與方法。這些科技手段的介入，使我們對古代人類社會的研究從宏觀進入微觀，可以洞察到很多特殊的考古現象，從而對古代社會的性質及生產生活狀況等方面，有了更為準確清晰的認知。本文既是秦臻教授講座內容的紀要，也是有關當下考古學界利用科技手段對黃泛區開展考古實踐的介紹。讀者可以從中了解到科技是如何讓考古工作變得更加高效的，也可以從中增長見聞，領略考古工作的過程、魅力及艱辛。

       一、黃泛區的環境與文化背景

       古黃泛區是黃河在中下游地區因泛濫改道而形成的區域。借助歷史地理學及環境考古的相關研究成果，在地圖上大致繪制出黃河在中下游地區不同歷史時期形成的古河道，這一范圍構成了古黃泛區。一定程度上正是因為黃河在歷史上的泛濫，以及對地表隨之而來的改造，才真正塑造出今日華北平原的面貌。

 

圖1 古黃泛區及不同歷史時期的黃河古河道圖
 

       華北平原包括古黃泛區，向來是中國歷史上諸多重大事件的發生地，是中華文明起源與早期發展的核心地區，有著深厚的歷史底蘊，很多著名的歷史事件發生于這一區域，很多著名的古都如開封、安陽、鄭州、商丘等，也都位于這片區域。然而，從遺存分布來看，古黃泛區這片璀璨輝煌的人文勝地，通過考古調查找到的遺址相對較少，與史書中對其卷帙浩繁的記載不相匹配。這種現象的出現跟黃河在歷史上的泛濫改道有關，大量的歷史遺跡，大量的考古遺址，被黃河反復泛濫的沉積物深深埋藏在地下，很難通過地表調查或常規的各種調查手段發現，致使目前該地區的遺址數量相對稀少。

       為了更清晰地顯示這一特殊現象，秦臻利用地理信息系統，在地圖上標繪出古黃泛區經過考古調查及發掘找到的考古遺址，并標識出古黃泛區內遺址的空間分布密度。（圖2）從圖中可以清晰地看出，在冀南、豫北、豫東等黃河古河道泛濫的區域，遺址數量相對較少。古河道分布與遺址數量存在明顯的空間負相關性，即黃河古河道分布越密集的地區，遺址數量越少。
 

       這一現象更加確認了我們的推測，即：很多歷史遺跡，因為黃河在歷史上的反復泛濫和改道，被埋藏在了層層黃沙之下。由于古黃泛區泥沙堆積厚，遺跡埋藏深，這對該地區的考古工作構成了巨大挑戰。而如何將這些埋藏在黃沙之下的歷史遺跡揭露出來，以便幫助我們理解中華文明早期的發展，探尋中華文明的文化基因，就成為考古工作者必須思考的問題。為了更好地解答這個問題，秦臻介紹了在黃泛區考古實踐中行之有效的各種方法。

       二、揭開黃沙覆蓋下的歷史遺跡

       主要介紹高空遙感、地球物理勘探、鉆孔與剖面取樣、探方—探溝發掘及實驗室分析等五種在黃泛區開展考古工作的方法。

       1.高空遙感

       遙感是一種分析地表和淺層覆蓋狀況的空間技術。它利用高空及外太空中各類運載工具攜帶的傳感器，收集來自地表的電磁波等能量信息，并對其進行一系列處理分析，從而在不直接接觸有關目標物的情況下，研究地表的遺存、資源及物理化學性質。

       在考古實踐中，遙感技術可以在古黃泛區的地表上，找到遺址的蛛絲馬跡，幫助考古工作者確定研究區域的地貌狀況和可能埋藏有遺址的大致范圍。遙感技術在考古工作中的應用，主要在早期光學影像資料、構建數字高程模型、多光譜特性的利用以及激光雷達等幾個方面得以體現。

       早期光學影像資料主要指早期通過飛機、衛星等運載工具獲取的航拍圖片及衛星影像。比如在冷戰期間，美蘇兩國為了互相刺探情報，爭相發射了數量不少的間諜衛星，同時他們也利用高空偵查飛機和熱氣球等，對地球表面拍攝了大量影像。這類資料以美國科羅納衛星影像為代表。早期航拍圖片及衛星影像成像于黃泛區進行大規模建設之前，沒有受到后來城鎮化過程中，對地表產生的巨大改造的影響，保存了該區域相對較早的地貌狀況。根據科羅納衛星影像顯示的沁河下游懷縣故城段的地表狀況（圖3），輔以地表調查，可分析出沁河的河道變遷以及不同時代的河堤位置，繪制出懷縣故城范圍內若干重要遺跡的分布。
 

       數字高程模型（DEM）是指，利用遙感衛星獲取的調查測繪區域內的立體像對構建的該區域地形數字化模型。以安陽-濮陽-鶴壁為基點的三角形區域為例，秦臻展示了數字高程模型在古黃泛區考古的應用場景，指出發藍發紫的區域代表著地勢較高的區域，發黃發棕的區域代表著地勢較低的區域，通過色彩顯示的高度差，能一目了然觀察到圖上殘存的一些古河道。（圖4）

       所謂多光譜特性是指：遙感技術具有多光譜的特性，它能獲得的電磁波信號的頻譜范圍遠遠超出人類肉眼所能接收到的可見光頻段。因而通過遙感的多光譜特性，一些我們肉眼看不到的東西，可以清晰地被探測出來。比如圖5中左邊的綠色地圖是紅-綠-藍三個頻段構成的真彩色圖像，接近人眼所見的實景，而右邊的紅色地圖則包含了近紅外波段，使得它能凸顯植被較密及水體更深的區域，即紅色越濃，植被越密；藍色越重，水體越深。

圖5 多光譜遙感應用示例

       激光雷達是光學探測與測距系統（LiDAR）的簡稱，它通過一架具備差分全球定位系統（differential GPS）的飛行器攜帶一臺發射激光光源的雷達掃描儀，可以高效地建構出研究區域內高精度地形模型。此外，由于激光信號源可以穿透植被，因而激光雷達可以在植被密布的區域找到地面遺址的蹤跡。

 

圖6 瑪雅地區Tikal遺址周邊基于激光雷達的三維模型（圖片來源：National Geographic）
 

       盡管目前黃泛區使用激光雷達的案例較少，但根據中美洲瑪雅考古工作中使用激光雷達的成功實踐（圖6），有理由相信它的高精度、高穿透性特點將會使該技術在未來的黃泛區考古工作中大展拳腳。

       2.地球物理勘探

       高空遙感的方法更多是針對地表的觀察，更多是在調查初期為考古工作者提供宏觀的指引。然而黃泛區絕大部分遺跡，仍沉睡在厚厚的泥沙之下，遙感方法對于直接探測地下遺跡來說仍然力所難及。因而需要利用地球物理勘探的辦法，來對地下遺址的分布情況一探究竟。

       整體上講，電法、磁法、探地雷達這三種方法存在著同一性，即都是利用淺層地表的電磁性質，運用相關儀器得到地表之下各類信號的分布圖，從而了解地下遺址的大致情況。

       具體而言，電法是利用電阻率儀等設備探測土壤及沉積物的導電特性。通過觀察電極之間通電時的電阻變化幅度，便可以觀測到一些信號異常區，通過對這些信號異常區的進一步勘探，可以判斷出信號對應的地表下是否埋藏著遺址。在黃泛區考古中，考古工作者通過使用電阻率儀有效辨識出了高城遺址的城墻結構和壕溝位置，并探測出地表下多處疑似墓葬遺跡（圖7）。

 

 

 

       磁法是利用磁力儀等設備來勘查淺層地表磁性特征的方法，它是考古實踐中應用較早較廣的勘查方法。像火塘、陶窯、陶器、金屬制品、灰坑及壕溝等遺存，埋藏在地下時會產生微弱但可測量的異常磁信號。通過使用磁力儀等設備可以捕捉到這些異常信號，并在此基礎上進一步探索相關的區域，為我們找尋出地表下的遺址提供指引。探地雷達通過一臺發射儀向地下發送短脈沖電磁波，電磁波在地下遇到各種介質的分界面后便被反射或折射，從而形成不同的回波?？梢酝ㄟ^測量脈沖的傳輸時間來測定地下不同物體的深度，可以對介電常數異常的地區開展進一步的探究，也可以利用數據處理和成像程序制作地下考古遺存的三維地圖。這種方法在濮陽高城遺址的勘探中也有應用（圖8）。

 

       3.鉆孔與剖面取樣秦臻主要介紹了荷蘭螺旋鉆、洛陽鏟、地質鉆等鉆孔取樣的工具。他指出盡管荷蘭螺旋鉆操作較為簡便且在很多地區都有應用（圖9），但由于黃泛區普遍分布的深厚泥沙堆積，探地更深的洛陽鏟及地質鉆具有更好的適用性（圖10）。不同的地層堆積及土質土色可以反映出不同的遺存狀況，通過觀察由洛陽鏟及地質鉆帶到地面上的泥芯，便可以一定程度上了解地下遺存的分布。（圖11）
 

圖10 洛陽鏟

圖11 用地質鉆鉆取的泥芯
 

       然而，深埋于地下的遺址，面積廣大、數量眾多，僅以鉆孔的方式來勘查無異于管中窺豹，黃泛區內的各類剖面無疑是更好的調查渠道。（圖12）在安陽市內黃縣岸上遺址，秦臻通過清理當地百姓取土形成的剖面，找到古代溝渠的經歷（圖13）。他認為對黃泛區內這些剖面的清理，可以清晰地觀察到地層堆積的面貌，也可以從中找到久埋于地下的遺跡。

圖13 在內黃縣岸上遺址清理剖面
 

       4.探方—探溝發掘

       想要更加全面地了解這些深埋于地下的遺址，系統的考古發掘工作是必不可少的環節。

       探方發掘法是當今國內考古工作中最常使用的發掘方法。它的好處顯而易見，既便于大面積大規模地揭露出遺址的面貌，還可以通過隔梁及關鍵柱保留地層信息。（圖14、圖15）
 

 

圖15 探方中的關鍵柱

         由于黃泛區動輒十多米厚的泥沙堆積，使用探方發掘法會產生諸多的風險與不便。因而，階梯式探溝便應運而生，它的便捷性與安全性，使它成為黃泛區考古發掘工作中極為有效的發掘方法（圖16）。

 

 

       5.實驗室分析在傳統的認知里，考古學的實驗室分析通常是在田野發掘工作結束以后，考古工作者才帶著收集到的材料進入實驗室開展分析。實際上，現在的考古工作更加注重在發掘過程中，甚至在調查過程中，就利用實驗室分析搜集到的材料，以便進一步指引我們有目的地尋找和挖掘。在這樣的背景下，考古工作者可能通過考古移動實驗室這樣的平臺直接在調查、發掘現場開展實驗分析工作（圖17）
  

 

       在實驗室可以開展的分析多種多樣，秦臻主要介紹了成分分析、粒度分析、磁化率分析等方法。

       成分分析：它是指利用各種實驗分析儀器，找到蘊含著過往人類活動重要信息的標志物，如氮、磷、鈣、鉀等元素。這些元素往往體現著人類活動的痕跡，我們可以根據這些元素的分布，確定需要重點關注的地層或有待發掘的區域。

       粒度分析：基于激光粒度儀去分析地層沉積物的顆粒度，從而了解各個地層在不同環境背景下堆積形成的過程，并指引我們對某些可能存在遺跡遺物的關鍵地層予以更多關注。

       磁化率分析：磁化率是反映物質被磁化難易程度的物理指標。不同地層由于其沉積物來源以及所處環境的差異，會導致磁化率的不同；此外，人類活動也會影響磁化率。因此，通過對沉積物進行磁化率分析，便可能發現存在遺跡遺物或人類活動較為顯著的地層，從而為考古調查和發掘提供進一步指引。

       總之，通過實驗室的一系列多參數綜合分析，一方面能夠幫助我們理解研究區域的環境背景和地貌演進過程，另一方面還能夠幫助我們去尋找那些可能存在遺跡遺物的關鍵地層。

       三、黃泛區考古的發現與收獲

       盡管在黃泛區范圍內開展田野考古工作有較大難度，但已有許多學者在這一區域開展了諸多卓有成效的工作，也獲得不少發現和收獲。其中，20世紀90年代的中美聯合商丘考古項目及豫北古黃泛區考古調查與發掘項目，是黃泛區內開展考古工作以來的兩項標志性成果。

       中美聯合商丘考古項目：20世紀90年代，國際著名考古學家、人類學家張光直先生與時任中國社會科學院考古研究所副所長張長壽先生牽頭，由哈佛大學和中國社會科學院考古研究所組成聯合考古隊，利用多學科手段，在豫東地區開展了一系列考古工作，旨在尋找出殷商文化的祖源。這項持續多年的工作為整個黃泛區的考古事業樹立了一個很好的標桿。（圖18）整個考古工作開展期間，中美聯合考古隊運用了地質鉆及洛陽鏟來觀察地層，提取了每個地層中的關鍵信息，還原了商丘地區地貌演化的過程（圖19），并利用實驗室分析了各類材料，結合多學科視角，考查了隱藏在遺物遺跡背后的人類社會的重要信息。該項目的最大成果是找到了西周時期的宋國故城。鑒于該地區在文獻記載中的重要地位，以及從考古工作中展現出的巨大潛力，2021年開始，中國社會科學院考古研究所、河南省文物考古研究院、商丘市文物考古研究院、南方科技大學、河南大學等機構，聯合在商丘地區開始了新一輪的考古工作。

 

圖19 英屬哥倫比亞大學荊志淳教授所做的商丘地區地貌演化圖

       豫北古黃泛區考古調查與發掘項目：該項目由河南省文物考古研究院主持，秦臻代表河南大學深度參與其中。近十多年來，開展工作的地方集中在鶴壁、濮陽、安陽三地所形成的三角形區域內，目前經過系統發掘的遺址主要有內黃三楊莊遺址、內黃岸上遺址、濮陽高城遺址、濮陽戚城遺址等，此外還包含了十余處剖面和重點調查地點。（圖20）
 

 

       以內黃三楊莊遺址為例，考古工作者在該遺址發現了漢代的村落及農田等遺跡。由于該遺址的村舍、人類和動物活動痕跡、農田等保存良好，故而有人稱其為“東方龐貝”。（圖21、圖22）
 

圖22 內黃三楊莊遺址農田遺跡 左上：農田中的人類足跡；右上：農田中的動物足跡
 

       通過清理三楊莊遺址漢代農田之下的地層，考古工作者發現了更早的農田遺跡。疊壓在戰國農田下性質尚不明朗的文化層，甚至可以追溯到新石器時代末期。隨著考古工作的進一步深入，這些目前難以定性的古老文化層將得到更科學合理的解讀。

       通過對岸上遺址剖面的清理，發現了距今3000年左右商末周初時的溝渠遺跡。這一溝渠在東西和南北方向上均有延伸，呈現出復雜的人工溝渠網絡。這也是中原地區在大型城邑遺址之外發現的最早溝渠遺跡之一。

       由于上述兩處遺址都有長時段的地層沉積，秦臻及其團隊利用地層的采樣數據，分別重建了自全新世早期以來兩處遺址所在區域的地貌演進序列，對洪水沉積、地貌發育進程及人類文化發展密集期等進行了地層上的確認，為后續研究奠定了堅實的基礎。