高密度電法在古墓探測上的應(yīng)用

何 培，吳德寬，周 鵬，劉云彪

(1.湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北荊州 434020;2.湖北省地質(zhì)局，湖北武漢 430022)

高密度電法在古墓探測上的應(yīng)用

何 培1，吳德寬2，周 鵬1，劉云彪1

(1.湖北省地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北荊州 434020;2.湖北省地質(zhì)局，湖北武漢 430022)

選取粘土層中的古墓作為探測對(duì)象，采用高密度電法探測該類型古墓，取得了良好的效果。高密度電法快速、無損的探測手段可為該類型古墓的尋找、結(jié)構(gòu)探測、現(xiàn)狀評(píng)價(jià)提供手段，為文物保護(hù)、搶救發(fā)掘等工作方案的制定提供依據(jù)。

考古;物探;無損探測;文物保護(hù)

1 粘土層古墓特點(diǎn)

在平原、崗地等地帶，眾多的古代墓葬選擇在地勢相對(duì)較高的崗地進(jìn)行墓坑開挖，棺槨下放后，在棺槨四圍及上方用青膏泥進(jìn)行密封，再在其上回填五花土至墓坑口，其上再用封土堆積成一個(gè)土包。

青膏泥是一種滲透性很小的封堵材料，用來避免地下水進(jìn)入墓室，對(duì)其內(nèi)造成損壞。五花土是開挖墓坑的土，對(duì)其進(jìn)行一定的處理后夯實(shí)而成。封土可能是其他地段土質(zhì)較好的土體，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗?，夯?shí)回填而成。相對(duì)而言，三種回填物中青膏泥的滲透系數(shù)最小，封土次之，五花土的滲透系數(shù)最大。

由于土體的擾動(dòng)以及處理，回填物與墓坑周圍的土體可能有較大的物理性質(zhì)差異，墓葬回填物一般經(jīng)過夯實(shí)處理，在滲透性能上與圍土的差異較大，推測其在導(dǎo)電性能上存在較大的差異，具備采用電法等手段進(jìn)行探測的前提條件。

2 高密度電法工作原理

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法［1］，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于測深與電剖面法的結(jié)合。由于采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)觀測，其效率相比人工觀測有很大的提高。為快速解決地質(zhì)勘探提供了一種手段。

通過電極向地下供電，使其形成人工電場，測量電場，了解地下介質(zhì)電阻率的分布，從而推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種方法原理簡單，圖像直觀，是一種分辨率較高的物探方法。該方法在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和礦產(chǎn)資源勘探中有著廣泛地應(yīng)用［2－4］。高密度電法工作系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 高密度電法工作系統(tǒng)示意圖Fig.1 The schematic of high-density electrical system

3 探測實(shí)例

3.1 實(shí)例1:某大型古墓

本古墓為湖北省荊州市某大型古墓，古墓由主冢、陪冢及其他埋葬坑組成，本次物探主要進(jìn)行主冢、陪冢的探測工作。古墓的大致平面分布及高密度電法測線位置見圖2所示。電法勘探測線從主冢、陪冢加固后的墓頂經(jīng)過，未經(jīng)過陪冢中心部位。

由于人為破壞嚴(yán)重，且頂部分布三個(gè)盜洞，古墓上重新堆填了4～5 m厚的粘土層，該古墓經(jīng)過了文物保護(hù)部門的后期加固處理。

為加大探測分辨率，高密度電法采用120根電極，電極間距1 m，最大探測深度35 m。測試視電阻率等值斷面見圖3。從實(shí)測數(shù)據(jù)看，測線上30～100 m為主冢分布范圍，120～160 m為陪冢的分布范圍，古墓主要表現(xiàn)為高電阻率?？梢钥闯?，本次選擇的勘探深度，對(duì)于主冢而言仍然偏小，表明主冢的底部埋深＞30 m。

圖2 某古墓平面位置及高密度電法測線位置圖Fig.2 Plane position and survey line position of high-density electrial system about ancient grave

圖3視電阻率等值斷面圖未進(jìn)行反演處理，所以從圖3很難看出古墓的相關(guān)細(xì)節(jié)。

實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)帶地形的反演處理后，得到地下的電性分布斷面圖，由于各人工活動(dòng)所形成的地層(或埋設(shè)物)的電性特征不一樣，因此可以根據(jù)反演獲得的電阻率斷面圖進(jìn)行推斷解譯。本次反演后的電阻率斷面見圖4(截取其中一部分)。

從圖4可以看出以下幾點(diǎn):

(1)古墓后期保護(hù)填土厚度在4～5 m，保護(hù)回填前，古墓上的封土經(jīng)過長期暴露，部分土體性能已經(jīng)發(fā)生變化，表現(xiàn)為低阻。

(2)主冢四周有小規(guī)模高阻體，與后期修建排水盲溝吻合，規(guī)模不大，寬度1 m左右。

(3)主冢和陪冢之間原來有一條渠道，后期為保護(hù)古墓，進(jìn)行了回填，渠道寬3 m左右。渠道的位置與圖中的相對(duì)高阻異常位置吻合。

圖3 某古墓高密度電法探測視電阻率斷面圖Fig.3 Sectional drawing of apparent resistivity curve of high-density electrical system about ancient grave

圖4 某古墓高密度電法探測剖面及解譯成果圖Fig.4 Detection profile and interpretation result of high-density electrical system about ancient grave

(4)測線上主冢的北側(cè)有一個(gè)盜洞，位置與圖中的7相對(duì)應(yīng)，考古發(fā)現(xiàn)該盜洞深達(dá)墓室，并打開槨板，通入墓室，2010年才回填了該洞。盜洞在電性上表現(xiàn)為低阻，并推測可能因盜洞進(jìn)水、坍塌等原因，在盜洞的北側(cè)形成了一片低阻。

(5)測線經(jīng)過了陪冢的頂部(回填后的頂點(diǎn))，但從電阻率斷面圖上看，陪冢深度偏淺，底部距離墓口僅3 m左右。經(jīng)過對(duì)比考古資料中的平面圖發(fā)現(xiàn)，本次測線未通過陪冢的實(shí)際中心點(diǎn)，應(yīng)該是在有墓道一側(cè)的側(cè)壁上經(jīng)過，導(dǎo)致出現(xiàn)陪冢較淺的假象。

(6)本次物探工作可能因觀測數(shù)據(jù)不足，或者受反演軟件的一些條件限制，在測線左側(cè)一帶反演后出現(xiàn)假的高異常，影響古墓形態(tài)的判斷。

從以上剖面可以看出，如果進(jìn)一步優(yōu)化野外數(shù)據(jù)采集參數(shù)和數(shù)據(jù)反演參數(shù)，將可獲得更好的勘探效果。

3.2 實(shí)例2:某古墓群

該古墓群墓葬較多，有規(guī)模相對(duì)較大的墓葬，也有規(guī)模較小的墓群。本次物探選擇一個(gè)小范圍進(jìn)行較高精度的探測，采用高密度電法，布設(shè)120根電極，電極間距0.5 m，探測深度15 m。探測資料經(jīng)反演后，如圖5所示。

圖5 某古墓群高密度電法探測剖面及解譯成果圖Fig.5 Detection profile and interpretation result of high-density electrical system about ancient tomb complex

從圖5可以看出以下幾點(diǎn):

(1)古墓群墓葬較多，短短60 m范圍內(nèi)就發(fā)現(xiàn)有三個(gè)較大的墓葬，一個(gè)小型墓群。

(2)剖面起始端古墓形態(tài)不完整，但封土高阻體與墓室低阻體已經(jīng)顯現(xiàn)出來，墓邊一個(gè)低阻體推測為盜洞。

(3)剖面上10～35 m段內(nèi)推測為多個(gè)小墓，與考古基本吻合。

(4)剖面上40 m處為一個(gè)規(guī)模相對(duì)較大的古墓，地面開口約12 m，封土呈高阻，邊界明顯，墓室呈低阻，與封土分界明顯。墓室呈現(xiàn)較低的電阻，比周圍的粘土電阻率還低，推測為墓室進(jìn)水，充滿淤泥所致。

(5)剖面尾端也是一個(gè)古墓，電阻率斷面形態(tài)復(fù)雜，推測為被盜所致。因剖面長度有限，古墓形態(tài)不完整。

(6)該地段8 m以下為砂層，電阻率＞30 Ω·m，該地段的古墓底部埋深均＜6 m，一般＜5 m。

(7)古墓封土呈現(xiàn)高阻，電阻率＞25 Ω·m，主要成分為粘土，但夯實(shí)較密實(shí)，從現(xiàn)場情況看，用鎬難以挖掘，強(qiáng)度較高。封土強(qiáng)度越高，對(duì)應(yīng)的電阻率越高。

4 物探方法在考古工作中的運(yùn)用前景

從本次高密度電法工作看，物探在考古工作中運(yùn)用前景廣闊。

本地的古墓大多在粘土層中，人工擾動(dòng)和處理后，在地層中出現(xiàn)了不均勻性，后期人類活動(dòng)也能在古墓周圍和內(nèi)部(盜墓活動(dòng))清楚地表現(xiàn)出來。如果采用合適的高密度電法裝置和參數(shù)，配合地質(zhì)雷達(dá)等其他物探手段，將在該類型的古墓探測與保護(hù)中發(fā)揮較大的作用。

4.1 古墓尋找

該地區(qū)古墓大多修建在質(zhì)地較軟的粘土中，很多古墓地表變?yōu)槠降兀y以用觀察的方式進(jìn)行尋找。通過現(xiàn)場調(diào)查、資料查閱等方式大致確定位置后，一般以洛陽鏟進(jìn)行勘探，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，如果能夠采用物探手段快速確定其位置，再用洛陽鏟進(jìn)行勘探，將極大減少工期和工作量。

4.2 古墓結(jié)構(gòu)探測

古墓的規(guī)模、形態(tài)等都通過洛陽鏟進(jìn)行勘探，可以采用更為精細(xì)的三維高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等手段，對(duì)古墓進(jìn)行探測，先確定其大致形態(tài)，盡量減少洛陽鏟鉆孔的數(shù)量，減少勘探對(duì)文物的損害。

4.3 古墓現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

古墓經(jīng)歷了悠久的歷史時(shí)期，有自然和人為的因素導(dǎo)致封土缺失，導(dǎo)致古墓保存條件發(fā)生變化，更有盜墓活動(dòng)引起古墓文物的損壞，通過二、三維高密度電法，可以大致判斷人類活動(dòng)的情況，從而對(duì)古墓的現(xiàn)狀、文物的保存狀況作出粗略的評(píng)價(jià)，為文物的保護(hù)和發(fā)掘提供依據(jù)。

4.4 古墓監(jiān)測

通過對(duì)比測量，可以反映出古墓在經(jīng)歷了一定時(shí)期后的變化情況，起到一定的監(jiān)測作用。

4.5 古墓保護(hù)

從本次物探工作看，有兩點(diǎn)可以對(duì)古墓的保護(hù)工作提供數(shù)據(jù):一是古墓封土加固厚度探測得較為清楚，同時(shí)可以看出后期封土與早期封土間存在明顯的差別，這也是古墓腳下長期滲水的原因;二是陪冢的中心與后期封土的頂點(diǎn)不重合。

另外，隨著人類活動(dòng)的加劇，很多工地都開挖出古墓，此時(shí)都需要文物保護(hù)部門進(jìn)行搶救性地發(fā)掘。物探在文物保護(hù)上可以起到兩個(gè)方面的作用:一是對(duì)可能有文物的地段，工程建設(shè)規(guī)劃審批后，如果需要，可先采用物探手段進(jìn)行掃面，查明是否可能有文物分布;二是一旦人類活動(dòng)揭露的古墓，在搶救性發(fā)掘前首先使用物探進(jìn)行探測，以便有針對(duì)性地制定搶救發(fā)掘方案，最大程度地保護(hù)好文物。

4.6 其他考古工作

由于人類開挖、回填必然造成地層的不均勻，物探在尋找、探測遺址等工作中應(yīng)該能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

5 結(jié)語

通過本次物探工作可以證實(shí)，在粘土層中的古墓采用物探手段進(jìn)行探測效果較好。主要是因?yàn)楣拍够靥畹奈镔|(zhì)經(jīng)過處理、夯實(shí)后，其滲透性減小，導(dǎo)致其電阻率增大。該區(qū)的古墓一般選址在Q2粘土中，其電阻率一般＜15 Ω·m，最低可達(dá)7 Ω·m，而處理后的回填物電阻率＞40 Ω·m，甚至高達(dá)200 Ω·m。后期回填物電阻率一般＞20 Ω·m，較長時(shí)間的盜洞則表現(xiàn)為高阻封土層中的低阻。

采用物探可以快速、無損地進(jìn)行文物探測，為古墓等文物的尋找、結(jié)構(gòu)探測、現(xiàn)狀評(píng)價(jià)提供一種手段，為文物保護(hù)、搶救發(fā)掘等工作方案的制定提供依據(jù)。

［1］傅良魁.電法勘探［M］.北京:地質(zhì)出版社，1990.

［2］鄧文超，周孝宇.高密度電法的原理及工程應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2006(S1):278－279.

［3］劉曉東，張虎生，朱偉忠.高密度電法在工程物探中的運(yùn)用［J］.工程勘察，2001(4):64－66.

［4］楊宏智，呂小紅.高密度電法結(jié)合高精度磁法在洛莊漢墓考古中的運(yùn)用［J］.華北地震科學(xué)，2008(9):57－59.

(責(zé)任編輯:陳文寶)

The Application of High Density Resistivity Method

HE Pei1，WU Dekuan2，ZHOU Peng1，LIU Yunbiao1
(1.Hubei Institute of Hydrogeology and Engeering Geology，Wuhan，Hubei 434020; 2.Hubei Geological Bureau，Wuhan，Hubei430022)

This choice of the clay layer in the tomb as a detection object，using high density resistivity method to detect the type of tomb，achieved good results.High density resistivity method is a fast and non-destructive detection method，which can provide means of search for ancient grave，structure exploration and present situation evaluation and basis for the establishment of the work plan for the protection of cultural relics and rescue excavation.

archaeology;geophysical prospecting;scatheless detection;protection of cultural relics

P631.3

:A

:1671－1211(2015)06－1029－04

10.16536/j.cnki.issn.1671－1211.201506055

2015－08－26;改回日期:2015－10－13

何培 (1987－)，男，助理工程師，地球物理專業(yè)，從事地球物理勘探工作。E－mail:383007717@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151016.1732.042.html數(shù)字出版日期:2015－10－16 17:32