怎样揭开层层黄沙埋藏的千古之谜——黄泛区的考古实践

2022年5月24日，黄河实验室河南大学基地、河南大学黄河文明与可持续发展研究中心等单位举办了线上讲座“怎样揭开层层黄沙埋藏的千古之谜——黄泛区的考古实践”。讲座由河南大学历史文化学院特聘教授、河南大学黄河文化遗产实验室副主任秦臻主讲，由河南大学黄河文明与可持续发展研究中心副教授、河南大学黄河文化遗产实验室副主任侯卫东主持。

引言

考古学是以实物遗存研究人类既往社会的学科。由于自然及人为的种种原因，过去人类活动的诸多细节，在久远的岁月中渐渐湮没，剩下些在适宜环境中保存得清晰可辨的遗物遗迹，当然也留下了一些人眼难以辨识的微末痕迹。然而，在考古学发展的历史中，20世纪中叶以前，考古学家们无法辨识并利用这些重要的微遗存，他们只能根据肉眼可识的各类遗物遗迹来探索古代社会。1949年，美国化学家威拉德·利比发现了碳14原子的衰变规律，其后不久考古学家们便将之应用到考古学的实践中，以判定含碳遗存的绝对年代。自此之后，越来越多的科技手段涌入考古学科之中，科技为考古研究插上了腾飞的翅膀。现今的考古学家们除了利用各类科技手段对不同遗存开展断代研究外，还可以根据海底岩芯、冰芯、古海岸线的变迁、纹泥、土壤微形态、微小动植物遗存等，重建古代社会的环境；可以依靠各种器物上的残渍及同位素，还原古人的食谱；可以凭借岩相学及金相学的相关知识，推测古人制造陶器及金属器具的程序与方法。这些科技手段的介入，使我们对古代人类社会的研究从宏观进入微观，可以洞察到很多特殊的考古现象，从而对古代社会的性质及生产生活状况等方面，有了更为准确清晰的认知。本文既是秦臻教授讲座内容的纪要，也是有关当下考古学界利用科技手段对黄泛区开展考古实践的介绍。读者可以从中了解到科技是如何让考古工作变得更加高效的，也可以从中增长见闻，领略考古工作的过程、魅力及艰辛。

一、黄泛区的环境与文化背景

古黄泛区是黄河在中下游地区因泛滥改道而形成的区域。借助历史地理学及环境考古的相关研究成果，在地图上大致绘制出黄河在中下游地区不同历史时期形成的古河道，这一范围构成了古黄泛区。一定程度上正是因为黄河在历史上的泛滥，以及对地表随之而来的改造，才真正塑造出今日华北平原的面貌。

图1 古黄泛区及不同历史时期的黄河古河道图

华北平原包括古黄泛区，向来是中国历史上诸多重大事件的发生地，是中华文明起源与早期发展的核心地区，有着深厚的历史底蕴，很多著名的历史事件发生于这一区域，很多著名的古都如开封、安阳、郑州、商丘等，也都位于这片区域。然而，从遗存分布来看，古黄泛区这片璀璨辉煌的人文胜地，通过考古调查找到的遗址相对较少，与史书中对其卷帙浩繁的记载不相匹配。这种现象的出现跟黄河在历史上的泛滥改道有关，大量的历史遗迹，大量的考古遗址，被黄河反复泛滥的沉积物深深埋藏在地下，很难通过地表调查或常规的各种调查手段发现，致使目前该地区的遗址数量相对稀少。

为了更清晰地显示这一特殊现象，秦臻利用地理信息系统，在地图上标绘出古黄泛区经过考古调查及发掘找到的考古遗址，并标识出古黄泛区内遗址的空间分布密度。（图2）从图中可以清晰地看出，在冀南、豫北、豫东等黄河古河道泛滥的区域，遗址数量相对较少。古河道分布与遗址数量存在明显的空间负相关性，即黄河古河道分布越密集的地区，遗址数量越少。

图2 华北平原地区遗址分布图

这一现象更加确认了我们的推测，即：很多历史遗迹，因为黄河在历史上的反复泛滥和改道，被埋藏在了层层黄沙之下。由于古黄泛区泥沙堆积厚，遗迹埋藏深，这对该地区的考古工作构成了巨大挑战。而如何将这些埋藏在黄沙之下的历史遗迹揭露出来，以便帮助我们理解中华文明早期的发展，探寻中华文明的文化基因，就成为考古工作者必须思考的问题。为了更好地解答这个问题，秦臻介绍了在黄泛区考古实践中行之有效的各种方法。

二、揭开黄沙覆盖下的历史遗迹

主要介绍高空遥感、地球物理勘探、钻孔与剖面取样、探方—探沟发掘及实验室分析等五种在黄泛区开展考古工作的方法。

1.高空遥感

遥感是一种分析地表和浅层覆盖状况的空间技术。它利用高空及外太空中各类运载工具携带的传感器，收集来自地表的电磁波等能量信息，并对其进行一系列处理分析，从而在不直接接触有关目标物的情况下，研究地表的遗存、资源及物理化学性质。

在考古实践中，遥感技术可以在古黄泛区的地表上，找到遗址的蛛丝马迹，帮助考古工作者确定研究区域的地貌状况和可能埋藏有遗址的大致范围。遥感技术在考古工作中的应用，主要在早期光学影像资料、构建数字高程模型、多光谱特性的利用以及激光雷达等几个方面得以体现。

早期光学影像资料主要指早期通过飞机、卫星等运载工具获取的航拍图片及卫星影像。比如在冷战期间，美苏两国为了互相刺探情报，争相发射了数量不少的间谍卫星，同时他们也利用高空侦查飞机和热气球等，对地球表面拍摄了大量影像。这类资料以美国科罗纳卫星影像为代表。早期航拍图片及卫星影像成像于黄泛区进行大规模建设之前，没有受到后来城镇化过程中，对地表产生的巨大改造的影响，保存了该区域相对较早的地貌状况。根据科罗纳卫星影像显示的沁河下游怀县故城段的地表状况（图3），辅以地表调查，可分析出沁河的河道变迁以及不同时代的河堤位置，绘制出怀县故城范围内若干重要遗迹的分布。

图3  美国科罗纳卫星显示的沁河下游怀县故城段地表状况图

数字高程模型（DEM）是指，利用遥感卫星获取的调查测绘区域内的立体像对构建的该区域地形数字化模型。以安阳-濮阳-鹤壁为基点的三角形区域为例，秦臻展示了数字高程模型在古黄泛区考古的应用场景，指出发蓝发紫的区域代表着地势较高的区域，发黄发棕的区域代表着地势较低的区域，通过色彩显示的高度差，能一目了然观察到图上残存的一些古河道。（图4）

图4 豫北地区的数字高程模型

所谓多光谱特性是指：遥感技术具有多光谱的特性，它能获得的电磁波信号的频谱范围远远超出人类肉眼所能接收到的可见光频段。因而通过遥感的多光谱特性，一些我们肉眼看不到的东西，可以清晰地被探测出来。比如图5中左边的绿色地图是红-绿-蓝三个频段构成的真彩色图像，接近人眼所见的实景，而右边的红色地图则包含了近红外波段，使得它能凸显植被较密及水体更深的区域，即红色越浓，植被越密；蓝色越重，水体越深。

图5 多光谱遥感应用示例

激光雷达是光学探测与测距系统（LiDAR）的简称，它通过一架具备差分全球定位系统（differential GPS）的飞行器携带一台发射激光光源的雷达扫描仪，可以高效地建构出研究区域内高精度地形模型。此外，由于激光信号源可以穿透植被，因而激光雷达可以在植被密布的区域找到地面遗址的踪迹。

图6 玛雅地区Tikal遗址周边基于激光雷达的三维模型（图片来源：National Geographic）

尽管目前黄泛区使用激光雷达的案例较少，但根据中美洲玛雅考古工作中使用激光雷达的成功实践（图6），有理由相信它的高精度、高穿透性特点将会使该技术在未来的黄泛区考古工作中大展拳脚。

2.地球物理勘探

高空遥感的方法更多是针对地表的观察，更多是在调查初期为考古工作者提供宏观的指引。然而黄泛区绝大部分遗迹，仍沉睡在厚厚的泥沙之下，遥感方法对于直接探测地下遗迹来说仍然力所难及。因而需要利用地球物理勘探的办法，来对地下遗址的分布情况一探究竟。

整体上讲，电法、磁法、探地雷达这三种方法存在着同一性，即都是利用浅层地表的电磁性质，运用相关仪器得到地表之下各类信号的分布图，从而了解地下遗址的大致情况。

具体而言，电法是利用电阻率仪等设备探测土壤及沉积物的导电特性。通过观察电极之间通电时的电阻变化幅度，便可以观测到一些信号异常区，通过对这些信号异常区的进一步勘探，可以判断出信号对应的地表下是否埋藏着遗址。在黄泛区考古中，考古工作者通过使用电阻率仪有效辨识出了高城遗址的城墙结构和壕沟位置，并探测出地表下多处疑似墓葬遗迹（图7）。

图7 电阻率仪在濮阳高城遗址勘探中的应用

磁法是利用磁力仪等设备来勘查浅层地表磁性特征的方法，它是考古实践中应用较早较广的勘查方法。像火塘、陶窑、陶器、金属制品、灰坑及壕沟等遗存，埋藏在地下时会产生微弱但可测量的异常磁信号。通过使用磁力仪等设备可以捕捉到这些异常信号，并在此基础上进一步探索相关的区域，为我们找寻出地表下的遗址提供指引。

探地雷达通过一台发射仪向地下发送短脉冲电磁波，电磁波在地下遇到各种介质的分界面后便被反射或折射，从而形成不同的回波。可以通过测量脉冲的传输时间来测定地下不同物体的深度，可以对介电常数异常的地区开展进一步的探究，也可以利用数据处理和成像程序制作地下考古遗存的三维地图。这种方法在濮阳高城遗址的勘探中也有应用（图8）。

图8 探地雷达在戚城遗址的应用

3.钻孔与剖面取样

秦臻主要介绍了荷兰螺旋钻、洛阳铲、地质钻等钻孔取样的工具。他指出尽管荷兰螺旋钻操作较为简便且在很多地区都有应用（图9），但由于黄泛区普遍分布的深厚泥沙堆积，探地更深的洛阳铲及地质钻具有更好的适用性（图10）。不同的地层堆积及土质土色可以反映出不同的遗存状况，通过观察由洛阳铲及地质钻带到地面上的泥芯，便可以一定程度上了解地下遗存的分布。（图11）

图9 荷兰螺旋钻在田野调查中的应用

图10 洛阳铲

图11 用地质钻钻取的泥芯

然而，深埋于地下的遗址，面积广大、数量众多，仅以钻孔的方式来勘查无异于管中窥豹，黄泛区内的各类剖面无疑是更好的调查渠道。（图12）在安阳市内黄县岸上遗址，秦臻通过清理当地百姓取土形成的剖面，找到古代沟渠的经历（图13）。他认为对黄泛区内这些剖面的清理，可以清晰地观察到地层堆积的面貌，也可以从中找到久埋于地下的遗迹。

图12 黄泛区内的各类剖面

图13 秦臻在内黄县岸上遗址清理剖面

4.探方—探沟发掘

想要更加全面地了解这些深埋于地下的遗址，系统的考古发掘工作是必不可少的环节。

探方发掘法是当今国内考古工作中最常使用的发掘方法。它的好处显而易见，既便于大面积大规模地揭露出遗址的面貌，还可以通过隔梁及关键柱保留地层信息。（图14、图15）

图14 探方发掘法

图15 探方中的关键柱

由于黄泛区动辄十多米厚的泥沙堆积，使用探方发掘法会产生诸多的风险与不便。因而，阶梯式探沟便应运而生，它的便捷性与安全性，使它成为黄泛区考古发掘工作中极为有效的发掘方法（图16）。

图16 阶梯式探沟发掘法

5.实验室分析

在传统的认知里，考古学的实验室分析通常是在田野发掘工作结束以后，考古工作者才带着收集到的材料进入实验室开展分析。实际上，现在的考古工作更加注重在发掘过程中，甚至在调查过程中，就利用实验室分析搜集到的材料，以便进一步指引我们有目的地寻找和挖掘。在这样的背景下，考古工作者可能通过考古移动实验室这样的平台直接在调查、发掘现场开展实验分析工作（图17）。

图17 考古移动实验室

在实验室可以开展的分析多种多样，秦臻主要介绍了成分分析、粒度分析、磁化率分析等方法。

成分分析：它是指利用各种实验分析仪器，找到蕴含着过往人类活动重要信息的标志物，如氮、磷、钙、钾等元素。这些元素往往体现着人类活动的痕迹，我们可以根据这些元素的分布，确定需要重点关注的地层或有待发掘的区域。

粒度分析：基于激光粒度仪去分析地层沉积物的颗粒度，从而了解各个地层在不同环境背景下堆积形成的过程，并指引我们对某些可能存在遗迹遗物的关键地层予以更多关注。

磁化率分析：磁化率是反映物质被磁化难易程度的物理指标。不同地层由于其沉积物来源以及所处环境的差异，会导致磁化率的不同；此外，人类活动也会影响磁化率。因此，通过对沉积物进行磁化率分析，便可能发现存在遗迹遗物或人类活动较为显著的地层，从而为考古调查和发掘提供进一步指引。

总之，通过实验室的一系列多参数综合分析，一方面能够帮助我们理解研究区域的环境背景和地貌演进过程，另一方面还能够帮助我们去寻找那些可能存在遗迹遗物的关键地层。

三、黄泛区考古的发现与收获

尽管在黄泛区范围内开展田野考古工作有较大难度，但已有许多学者在这一区域开展了诸多卓有成效的工作，也获得不少发现和收获。其中，20世纪90年代的中美联合商丘考古项目及豫北古黄泛区考古调查与发掘项目，是黄泛区内开展考古工作以来的两项标志性成果。

中美联合商丘考古项目：20世纪90年代，国际著名考古学家、人类学家张光直先生与时任中国社会科学院考古研究所副所长张长寿先生牵头，由哈佛大学和中国社会科学院考古研究所组成联合考古队，利用多学科手段，在豫东地区开展了一系列考古工作，旨在寻找出殷商文化的祖源。这项持续多年的工作为整个黄泛区的考古事业树立了一个很好的标杆。（图18）

整个考古工作开展期间，中美联合考古队运用了地质钻及洛阳铲来观察地层，提取了每个地层中的关键信息，还原了商丘地区地貌演化的过程（图19），并利用实验室分析了各类材料，结合多学科视角，考查了隐藏在遗物遗迹背后的人类社会的重要信息。该项目的最大成果是找到了西周时期的宋国故城。鉴于该地区在文献记载中的重要地位，以及从考古工作中展现出的巨大潜力，2021年开始，中国社会科学院考古研究所、河南省文物考古研究院、商丘市文物考古研究院、南方科技大学、河南大学等机构，联合在商丘地区开始了新一轮的考古工作。

图18 中美联合商丘考古项目

图19 英属哥伦比亚大学荆志淳教授所做的商丘地区地貌演化图

豫北古黄泛区考古调查与发掘项目：该项目由河南省文物考古研究院主持，秦臻代表河南大学深度参与其中。近十多年来，开展工作的地方集中在鹤壁、濮阳、安阳三地所形成的三角形区域内，目前经过系统发掘的遗址主要有内黄三杨庄遗址、内黄岸上遗址、濮阳高城遗址、濮阳戚城遗址等，此外还包含了十余处剖面和重点调查地点。（图20）

图20 豫北古黄泛区考古调查与发掘遗址分布图

以内黄三杨庄遗址为例，考古工作者在该遗址发现了汉代的村落及农田等遗迹。由于该遗址的村舍、人类和动物活动痕迹、农田等保存良好，故而有人称其为“东方庞贝”。（图21、图22）

图21 内黄三杨庄遗址汉代院落

图22 内黄三杨庄遗址农田遗迹 左上：农田中的人类足迹；右上：农田中的动物足迹

通过清理三杨庄遗址汉代农田之下的地层，考古工作者发现了更早的农田遗迹。叠压在战国农田下性质尚不明朗的文化层，甚至可以追溯到新石器时代末期。随着考古工作的进一步深入，这些目前难以定性的古老文化层将得到更科学合理的解读。

通过对岸上遗址剖面的清理，发现了距今3000年左右商末周初时的沟渠遗迹。这一沟渠在东西和南北方向上均有延伸，呈现出复杂的人工沟渠网络。这也是中原地区在大型城邑遗址之外发现的最早沟渠遗迹之一。

由于上述两处遗址都有长时段的地层沉积，秦臻及其团队利用地层的采样数据，分别重建了自全新世早期以来两处遗址所在区域的地貌演进序列，对洪水沉积、地貌发育进程及人类文化发展密集期等进行了地层上的确认，为后续研究奠定了坚实的基础。

最近，濮阳高城遗址与戚城遗址的考古工作取得了一系列进展。例如，考古工作者通过阶梯式探沟对高城遗址的城墙进行了发掘，揭露出的地层清晰地显现出高城城墙的夯土，甚至古人在原城墙上历次垒筑的痕迹也一览无遗。另外，高城城墙内外显示出差异性较大的地层堆积。秦老师认为，这种差异对城墙功能的解释有一定的助益。

四、总结与展望

尽管古黄泛区堆积深厚的地层，使该地区的田野考古工作充满了形形色色的挑战；但是也正是这种深埋于地下的状态，使得遗址有可能以较好的状态保存下来，因而这一区域有着巨大的研究潜力。秦老师指出，在多年的考古实践中，考古工作者已经摸索出一套在黄泛区开展考古发掘和研究的方法体系，并且已经利用它们取得了一定的成果。

不断出现的新方法、新技术，将为揭开黄沙埋藏下的历史谜团提供新的武器装备。随着久埋地下遗址的重见天日，我们可以更清晰地探索中华文明的起源，追踪中华文化的基因，也可以深入挖掘黄河文化蕴含的时代价值，讲好“黄河故事”。

秦臻的讲座激起了听众的强烈好奇心，大家踊跃发言，竞相就自己感兴趣的问题请教他。

有的听众想知道在黄泛区开展考古工作究竟有多困难，秦臻便以内黄三杨庄遗址为例，指出汉代的地层通常在地表5米以下，而要想在黄泛区发掘到新石器早中期的地层，考古工作者常常需要从地面向下挖十多米，才可以看到它的庐山真面目。在此过程中会产生巨量土方，也会出现如塌方、内涝、地面下陷等各类风险。难度之高，普遍超过其他地区开展的考古工作。

有的听众想要了解濮阳地区战国故城的考古现况，秦臻以濮阳高城遗址的发掘作答。目前濮阳高城遗址的发掘工作，仍停留在对城墙的揭露，大片的城市遗迹依旧在地下沉睡。原因有二：一是城址的面积较大，考古工作者没法将整座城市的面貌一齐揭露出来；二是豫东、豫北、冀南等地区的泥沙堆积相较其他地方更为深厚，考古工作的难度更大，即便运用了文中所提到的各种方法，对于黄泛区地下密布的遗迹来说，依然有如杯水车薪。这是黄泛区考古必须面对的现实。要解决这些难题，需要更长的时间，更大的耐心，以及更多的人力、物力、资金的投入。相信有朝一日，这些尘封几千年的遗址一经面世，世人将会因它们保存完整的遗物遗迹，而感到莫大的欣慰与惊喜。

听众中不乏专业人士，他们就自己关心的话题与秦臻展开探讨。河南省文物考古研究院副研究员李一丕在听到听众询问黄泛区考古的水位高低问题时，讲述了自己主持濮阳高城遗址发掘时的经历。他说到，2018年河南省文物考古研究院对高城遗址进行了发掘，当发掘到地下七米时，就遇到了狂涌的地下水，考古工作难以为继。为了能顺利开展考古工作，他们连夜联系有资质的排水团队，在探沟周围打了24眼深度达20多米的抽水井，用大功率的水泵昼夜不停的排水，这才勉强将考古工作继续下去。一旦抽水泵停止工作一天，就得多抽三四天的水，才能保证考古工作不被喷涌的地下水干扰。且不说花费巨大，单就耗费的时间与精力，也很难让人吃得消。而这也仅仅是黄泛区考古遇到的诸多困难之一。不过好在功夫没有白费，虽说在黄泛区这么多年的考古实践中，几乎不曾有过将某一遗迹发掘到生土面的成功案例，但在2018年高城遗址城墙的发掘中，考古工作者首次顺着城墙夯土找到了生土面。李一丕的发言，既为秦臻的讲座内容作了很好的注脚，也加深了听众对黄泛区考古工作艰难程度的印象。

有学者就明清时期黄河在中下流地区的泛滥，对黄河两岸土地产生的影响，与秦臻进行讨论；有学者就黄泛区考古发现的泥沙堆积地层，与史书中有关黄河泛滥的记载之间的对应关系，征询了秦臻的看法；还有学者就如何利用新技术探寻禹河故道与秦臻进行交流。听众热情高涨，问题层出不穷，大家你来我往，秦臻一一解答。