水下考古區(qū)域調(diào)查與海洋地球物理方法

胡毅　丁見祥　房旭東　許江　余興光

水下文化遺產(chǎn)具有重要的歷史和考古價值。而水下文物主動調(diào)查方式面臨著諸多挑戰(zhàn)我國的水下考古區(qū)域調(diào)查應(yīng)引起水下考古工作者的關(guān)注，以促進(jìn)水下考古學(xué)學(xué)科的發(fā)展。

水下文化遺產(chǎn)是不可再生的文化資源，保護(hù)并繼承這些珍貴的遺產(chǎn)，深入挖掘其歷史、藝術(shù)和科學(xué)價值，是落實國家海洋文化發(fā)展戰(zhàn)略、弘揚中華民族優(yōu)秀文化、增強(qiáng)民族凝聚力的需要。聯(lián)合國教科文組織將水下文化遺產(chǎn)定義為“至少100年來，周期性地或連續(xù)地，部分或全部位于水下的具有文化、歷史或考古價值的所有人類生存的遺跡”。水下文化遺產(chǎn)包括遺址、建筑、人工制品、人類遺骸、船舶、飛行器及其他具有考古價值的環(huán)境、自然環(huán)境和具有史前意義的物品等（保護(hù)水下文化遺產(chǎn)公約，2001年）。

水下考古區(qū)域調(diào)查及發(fā)展機(jī)遇

基于區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查（systemmatic regionalsurvey）的考古調(diào)查作業(yè)方式自1940年代由美國提出并逐步應(yīng)用于聚落考古研究后，已經(jīng)形成了系統(tǒng)的理論、方法，并取得累累碩果。該方式以在某一區(qū)域內(nèi)開展全覆蓋式調(diào)查，并全面、系統(tǒng)地記錄調(diào)查區(qū)域內(nèi)遺跡、遺物分布情況為主要目標(biāo)，通過構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的時空關(guān)系，對區(qū)域變化過程進(jìn)行動態(tài)觀察和研究。我國自1990年代以來陸續(xù)在一些古文化遺存比較豐富的陸地區(qū)域開展了規(guī)模大小不等的區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查，并取得一些階段性成果。而以應(yīng)用于水下考古工作的“區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查”雖已有所嘗試，但并未對“區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查”之于水下考古作業(yè)的可行性和局限性進(jìn)行分析。我們水下考古基本根植于海上漁民或者盜撈線索，說到底是某區(qū)域內(nèi)的系列考古工作。水下考古的“區(qū)域調(diào)查法”核心應(yīng)是在綜合梳理歷史、考古、訪談、地形地貌、季風(fēng)洋流等諸多層面后形成“目標(biāo)區(qū)域”。由于海上工作的復(fù)雜性，尤有必要逐步建立適于中國水域特點的“水下考古區(qū)域調(diào)查法”，以發(fā)展水下考古學(xué)理論，促進(jìn)水下文化遺產(chǎn)保護(hù)。

對于考古學(xué)而言，區(qū)域既指具有相對獨立性的地理單元，也可指具有相同文化或人群行為的地區(qū)，發(fā)端于陸地考古的區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查主要基于封閉地理單元（如綠洲、盆地）或者某一特定的河流沿線作為調(diào)查區(qū)，在該調(diào)查區(qū)域內(nèi)的人群、文化往往有密切的互動關(guān)系。在水下考古中同樣存在類似的區(qū)域，如海洋航道，是歷代航海船只的經(jīng)驗積累而自發(fā)形成的較為理想的航路，在我國南海漁民中廣泛流傳的航海手冊《更路簿》，就詳細(xì)記載了通往南海區(qū)域的航程和航向。而海戰(zhàn)場的設(shè)定，則以利于戰(zhàn)場某方為主，很少有狹路相逢的狀況。這些因為歷史、生活、文化限定的區(qū)域，極有可能是水下考古區(qū)域調(diào)查需要關(guān)注的。這些區(qū)域往往與一些特殊的地形地貌特征相關(guān)，或為峽口，或為封閉性的內(nèi)湖，或為經(jīng)常性途經(jīng)的島礁等航海風(fēng)險區(qū)，因此才有“沉舟側(cè)畔千帆過”的名句流傳。因為即使有沉舟在前，航路仍然是多數(shù)船只的必然選擇，才有千帆側(cè)過的后景。與陸上區(qū)域的定義類似，雖然大海茫茫，但是大多數(shù)的古代航路都較為固定，也即意味著海洋環(huán)境下的文化遺產(chǎn)具有一定的區(qū)域性。

我國水下考古工作開展較晚，始于1980年代，初期由于勘查儀器和隊伍人才的缺乏，主要依靠漁民和盜撈文物者提供的線索等，以沉船為主要目標(biāo)物，采用的是從某點切入并往周邊擴(kuò)散的調(diào)查方法。雖然這種方式較為被動，但我國在水下考古工作中也取得了重要的進(jìn)展。如廣東“南海Ⅰ號”整體打撈、海南西沙“華光礁Ⅰ號”、福建平潭“碗礁Ⅰ號”等沉船的搶救性發(fā)掘項目均獲成功，引起了全社會的廣泛關(guān)注。

隨著社會發(fā)展及我國經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)，近年來海上調(diào)查設(shè)備逐步完善，水下考古隊伍也逐步壯大，2014年國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心實現(xiàn)獨立建制，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌全國水下考古、水下文化遺產(chǎn)保護(hù)工作，標(biāo)志著我國的水下文化遺產(chǎn)保護(hù)正在以新的姿態(tài)、新的理念發(fā)展。以漁民和盜撈線索提供沉船點位的被動式搶救發(fā)掘必將被突破與改變，同時沉船也不應(yīng)是水下文物保護(hù)所需勘查的唯一目標(biāo)物，一些歷史的、自然的水下文化遺產(chǎn)，也應(yīng)是關(guān)注的焦點。水下考古區(qū)域調(diào)查方法正是水下文物考古的一種有益嘗試。

目前我國的水下考古主要集中在淺水區(qū)域，大多依靠人的潛水探摸。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)布局進(jìn)一步向海濱地區(qū)集聚，濱?；蚝u旅游業(yè)及各類濱海經(jīng)濟(jì)區(qū)漸次提出，涉海用海項目急劇增多，在很大程度上威脅到海洋自然遺產(chǎn)和海洋文化遺產(chǎn)的安全。海洋遺產(chǎn)面臨著自然損壞和人為破壞的雙重挑戰(zhàn)，水下蘊藏的許多珍貴的歷史信息可能完全喪失。水下文物盜掘、盜撈及漁民對于近海近乎犁地式的捕撈，使得近海發(fā)現(xiàn)完整水下文化或者自然遺產(chǎn)的概率大減。

隨著我國海洋戰(zhàn)略由“綠水”轉(zhuǎn)向“藍(lán)?！?，水下文化遺產(chǎn)的勘查也必將從淺水往中深水過渡，在這些海域，對前期儀器探測設(shè)備的依賴可能更大。因此，如何大力拓展相關(guān)的海洋調(diào)查裝備，以完成我國水下文化保護(hù)事業(yè)從淺水往中深水的轉(zhuǎn)型過渡也是必須面對的一個問題。與此同時，水下文物探測保護(hù)的科研需求也必然引領(lǐng)我國海洋裝備在某些中深水領(lǐng)域的突破與改進(jìn)。

2013年10月，習(xí)近平主席在訪問印度尼西亞時提出了建設(shè)“21世紀(jì)海上絲綢之路”的倡議。開發(fā)海洋資源，發(fā)展海洋文化將是海上絲綢之路發(fā)展的兩翼。海洋文化包括了海洋民俗、海洋考古、海洋信仰等范疇，其中海洋考古的載體水下文化遺產(chǎn)是海洋文化不可或缺的重要內(nèi)容，是我們祖先認(rèn)知海洋、經(jīng)略海洋的歷史見證，對于增進(jìn)不同文化間的認(rèn)同、互信、情感具有重要意義。四川眉山市彭山區(qū)“江口沉銀遺址”是研究明末清初中國社會歷史的重要文物。2015年致遠(yuǎn)艦的確認(rèn)，為中國近代史、甲午海戰(zhàn)的研究提供了珍貴的考古實物資料。發(fā)掘和展示水下文化遺產(chǎn)所承載的海洋文化魅力對于在全社會形成關(guān)注海洋、熱愛海洋、保護(hù)海洋的氛圍，實現(xiàn)我國海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)有著重要意義。

水下文物保存狀況

以沉船為主的水下文物區(qū)域調(diào)查周邊海洋環(huán)境主要包括海底的地形地貌環(huán)境、海洋動力環(huán)境及人工環(huán)境。沉船往往是因觸礁、擱淺等原因而導(dǎo)致的，因此沉船區(qū)域周邊海底礁石、沙波等地貌密布，地形復(fù)雜，其中沙波等受水動力的影響易發(fā)生劇烈改變。因為沉船類水下文物往往在礁石或淺灘附近，要進(jìn)行掃側(cè)時調(diào)查儀器必須于礁石或淺灘上方或旁側(cè)經(jīng)過，而這極易造成船只和儀器觸底。對于全埋藏或者半淺埋的水下文物而言，利用淺地層剖面儀是較為重要的一種調(diào)查方式。而淺地層剖面儀這種以線性方式進(jìn)行掃側(cè)的設(shè)備，必須經(jīng)過沉船上方才能獲得相關(guān)的反射信號特征，這在淺水地形復(fù)雜區(qū)較難實現(xiàn)。此外，沉船附近礁石所產(chǎn)生的磁性往往對海洋磁力調(diào)查產(chǎn)生較大的背景干擾，而中國近海廣泛分布的各種海底鐵磁性物質(zhì)（錨鏈）也是影響磁力探測的主要原因之一。沉船位置水下地貌的復(fù)雜性增加了水下文物海洋調(diào)查的難度。

淺地層剖面調(diào)查時船只觸底

就海洋動力環(huán)境而言，在礁石、淺灘附近，水體傳輸時易造成海洋微環(huán)境的改變，這對于以小型調(diào)查船、漁船為主，主要靠人工把舵方式的開船者提出了很高的要求。考慮到潮水、風(fēng)力等的影響，船只經(jīng)過可疑的沉船點或者周邊有礁石、淺灘時，因為微環(huán)境對海洋動力的改變而導(dǎo)致儀器姿態(tài)不穩(wěn)，易對水下特征物體造成漏掃或者變形，對于后續(xù)的識別工作造成較大困擾。尤其是進(jìn)行區(qū)域調(diào)查時，由于區(qū)域內(nèi)的水下文物分布不明，復(fù)雜的海底環(huán)境疊加海洋動力環(huán)境的微干擾，會在最終的結(jié)果識別中形成很多可疑干擾點，同時一些真正的水下文物點則被遺落，造成區(qū)域調(diào)查的不完善。人為環(huán)境的干擾主要體現(xiàn)為漁網(wǎng)、養(yǎng)殖等，這些人為設(shè)施在我國的近岸海域廣泛分布，對于船只航行、后拖儀器都造成了較大干擾，以磁力儀為例，一般為了減少船磁影響，后拖纜長度需達(dá)到3倍船長左右，而這意味著后拖纜長度要達(dá)到60～70米，在船只掉頭或者經(jīng)過礁石、淺灘時往往易造成儀器的鉤掛。

人為環(huán)境干擾水下考古調(diào)查海域周邊的養(yǎng)殖分布，容易造成對海域調(diào)查的干擾。

水下文物相當(dāng)大的部分以古代沉船為主，失事船只在沉沒后往往發(fā)生傾覆，其上所載的物品隨海流漂移，在海面上形成一系列的散落物，而船體在水流、生物、化學(xué)等作用下分解剝落。

以木質(zhì)材料為主的船體在歲月的風(fēng)霜中逐漸侵蝕、破壞，有時僅殘存部分船體，如隔艙板或者部分舷板。在部分沉積速率較大的區(qū)域，沉船整體或者部分殘骸被沉積物掩埋，而最終得以保存。因此以木質(zhì)為主的沉船在海底的存在方式主要有埋藏、半淺埋、全出露等幾種，保存狀況一般有完整船體（部分完整船體）、殘留隔艙板或者僅余散落物等。以鐵質(zhì)為主的戰(zhàn)艦或者近現(xiàn)代沉船，由于光照較弱，時間較短，并處于少氧和低溫的環(huán)境，船體相對較好探測。而中國古代水上交通主要依靠木質(zhì)船，木質(zhì)沉船保存完整或者半完整者一般以埋藏或者半埋藏狀態(tài)為主。

在我國近岸海域，木質(zhì)沉船存在形式更多的是以殘留的隔艙板、散落物等為主，個別的深埋于海底或者存在于更深水域，而得以完整保存，如“南海Ⅰ號”，“南澳Ⅰ號”。針對沉船的不同存在方式需要采取相應(yīng)的探測方法。水下考古區(qū)域調(diào)查法與田野考古區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查方法不同的是，由于水層間隔，在系統(tǒng)區(qū)域探測中可能某種單一調(diào)查手段并不能一蹴而就，而需要經(jīng)過多輪次或者多方位的調(diào)查才能有所確定和發(fā)現(xiàn)，在工作程序方面要經(jīng)過大量解譯和對比研究工作，在成本支出等方面也遠(yuǎn)高于田野考古。而各種現(xiàn)代海洋儀器的參數(shù)匹配，比如頻率、掃寬、船速、海況都需要清晰的界定，在調(diào)查流程和數(shù)據(jù)采集處理分析等方面也有許多細(xì)致的工作需要開展。海洋地球物理探測方法面臨的挑戰(zhàn)

對于全埋藏的木質(zhì)沉船或者沉船殘骸，淺地層剖面探測應(yīng)是主要方法。但是對于小型埋藏船只，僅僅用一條淺剖測線難以窺測其深度，需要多條測線覆蓋，這要求船只的偏航距離較小（尤其是經(jīng)過沉船上方的偏航距離不超過10米左右）。這種要求對于水下考古區(qū)域調(diào)查作業(yè)的挑戰(zhàn)相當(dāng)大，受潮、流、風(fēng)、浪等的影響，對于l艘20米長的調(diào)查船要一直保持10米左右的測線間距進(jìn)行全覆蓋是很難實現(xiàn)的。在測線要求如此密集才能保證不疏漏的情況下，只能在儀器方面增加淺地層剖面探測的橫向間距，以滿足船只偏航的要求，比如三維淺剖的應(yīng)用。在解譯方面，對于地層中發(fā)現(xiàn)的沉船可疑物，由于缺少大量的實際例證和對比數(shù)據(jù)而不能輕易確定。對于半淺埋的沉船則因為僅僅有部分出露或者僅余隔艙板等部分物件，需要仔細(xì)、反復(fù)的調(diào)查檢測對比。在地形地貌復(fù)雜區(qū)綜合多手段的對比試驗尤為重要。實踐證明，對于微小線性物體的探測效果側(cè)掃聲吶優(yōu)于多波束的探測效果。而對于僅殘留散落物的區(qū)域，除了常規(guī)的側(cè)掃聲吶、多波束調(diào)查外，多波束的動態(tài)聚焦功能，超高頻的側(cè)掃聲吶或者三維攝像聲吶可能是野外調(diào)查解決方案之一。值得指出的是，圖像識別處理技術(shù)，如陰影、紋理分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類技術(shù)等可能更是今后必須發(fā)展而且急需發(fā)展的方向之一。

對水下文物細(xì)微物體側(cè)掃聲吶與多波束聲吶的對比

沉船周邊海洋環(huán)境狀況的原位系統(tǒng)分析與研究是目前水下考古中比較欠缺的環(huán)節(jié)。沉船周邊的原位水文動力、沉積特征、海水化學(xué)、海洋生物等環(huán)境要素現(xiàn)狀對于推測水下文物保存環(huán)境與遺址形成過程有著重要意義。比如通過沉積速率和沉積物類型可以推測沉船的埋藏深度，從而與淺地層剖面探測的深度進(jìn)行綜合比對，進(jìn)而為沉船判別提供依據(jù)。通過對沉船周邊水文環(huán)境的長周期監(jiān)測可以了解沉船周邊的水文微尺度動力情況，在疊加區(qū)域潮流背景下獲取水文動力對沉船遺址的影響。而海洋生物、海洋化學(xué)、沉積化學(xué)則可能對于不同有機(jī)質(zhì)或者船體不同部位的腐蝕情況提供分析依據(jù)，推斷沉船在自然狀況下的原位保存歷史周期，為是否需進(jìn)行搶救性發(fā)掘提供科學(xué)參考。同時，對典型水下文物遺址的系統(tǒng)周期觀測，對于了解沉船的沉沒、埋藏過程，提升水下文物原址保護(hù)的認(rèn)識，建立水下文物探測與保護(hù)技術(shù)，提高水下考古區(qū)域調(diào)查方法的效用有著至關(guān)重要的作用。

經(jīng)過80年的發(fā)展，隨著田野考古區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查方法的不斷推廣及相關(guān)分析技術(shù)的應(yīng)用，田野調(diào)查已經(jīng)超越了單純以發(fā)現(xiàn)遺址為目的的階段，而成為一種重要的研究方法。該方法自1990年代引入我國后，迅速在田野考古中嶄露頭角，考古工作者策劃并完成了大量優(yōu)秀案例，極大地促進(jìn)了中國田野考古學(xué)的發(fā)展。水下考古作為考古學(xué)的一個重要分支，基于水下考古系統(tǒng)研究、有效保護(hù)的需要和水下環(huán)境的復(fù)雜性，受田野考古區(qū)域系統(tǒng)調(diào)查方法啟發(fā)而提出的“水下考古區(qū)域調(diào)查法”能夠獲取區(qū)域資料、開展區(qū)域研究，并有可能在方法、理論上取得新的突破以進(jìn)一步促進(jìn)水下考古學(xué)的發(fā)展，值得引起水下考古工作者、海洋科學(xué)工作者的共同關(guān)注。

關(guān)鍵詞：水下文化遺產(chǎn) 探測 水下考古區(qū)域調(diào)查