探地雷達在晉陽古城城墻遺址探測中的應用研究

z 晉陽古城遺址位于山西省太原市晉源鎮古城營村附近，西依龍山和蒙山，東傍汾河。晉陽城由春秋末年晉卿趙簡子（趙鞅）家臣董安于、尹鐸筑，經歷了趙國初都、漢晉干城、北朝別都的發展和繁榮，到唐北都達到鼎盛。晉陽城從建成到宋太平興國四年（979年）宋太宗趙光義滅北漢火燒水灌毀滅，連續使用了1500年，在被泥沙突然掩埋后城市格局保存較為完整、文化遺存埋藏豐富。因此，研究晉陽古城的布局，對我國古代城市結構有著十分重要的意義。

一、研究概況

20世紀60年代，謝元璐、張頷兩位先生曾對晉陽古城遺址作過初步勘察，找到了東周時期的古城址，發現了部分古城遺跡，并對古城遺址時代和建筑布局進行了探討和研究[1]。2007年，太原市文物考古研究所運用探地雷達和電阻法，在晉陽古城遺址區第一期考古調查范圍內進行剖面考古試驗兼探測試驗剖面工作，取得了一些結果[2]。此外，山西省考古研究所、太原市文管會等單位在新晉祠路、晉源新區、太原南過境高速公路建設、大運高速公路建設當中，也對基建所涉及的局部區域進行過調查、勘探和發掘，曾確認了晉陽古城西城城垣的西北角。

鑒于晉陽古城埋藏條件復雜，遺跡埋藏較深，使用傳統鉆探方法無法完全了解地下埋藏的實際情況，為了進一步了解晉陽古城城墻的分布情況，我中心開始嘗試利用地球物理勘探技術對晉陽古城遺址進行研究。此次運用的探地雷達技術作為一項高分辨率地球物理技術，它是用高頻電磁波來確定介質內部物質分布規律的一種非侵入性的勘探方法，可以在大遺址高效、精確、快速地測量，從而識別和反映地下埋藏的文物體和文化遺址的大小、形狀、深度以及位置，表征相關地層信息。晉陽古城是在短時間內被泥沙突然掩埋，保存情況應該較好，在這種情況下運用探地雷達尋找埋藏較深、夯筑致密的城墻遺跡是較為合適的研究方法。

2013年5月，我中心利用探地雷達對晉陽古城西城墻、北城墻和東南角城墻分別進行了探測（見圖一）。需要說明的是，西城墻測區已用洛陽鏟探明，此次探地雷達探測主要以查證城墻位置為主，驗證城墻位置區域的異常反應情況。北城墻和東南角城墻測區主要是為查尋古城墻遺跡和查證測區內淺部沖積地層堆積特征，為進一步綜合物探解釋工作提供對比依據，我們在北城墻測區進行了人工洛陽鏟勘探進行驗證。

二、勘探成果解釋及驗證

（1）由西城墻測區WW01測線探地雷達解釋圖（見圖三）可以看出，依據同相軸形態特征的不同可將其分為三層。第一層的深度范圍為0～13ns，該層的同相軸連續，反射界面清晰，可見三層較為清晰的反射層位；第二層的深度范圍為13～25ns，在該層的0～20m處，發現了一處明顯的異常區，異常區深度范圍為15～25ns，在異常區內，同相軸表現為多層連續，且反射能量較強。在剖面的20～48m處、10～24ns處，發現一處同相軸表現比較紊亂、局部有分叉現象，反射能量較弱的異常，自50m起至剖面尾端，同相軸表現為連續；第三層深度范圍為25～45ns，同相軸反應能量較弱，只在70～80m處發現有局部的弱反射層。

（2）由東南角城墻測區ESW01線探地雷達解釋圖上（見圖四）可以看出，其可依同相軸形態特征的不同而分為三層。第一層的深度范圍為0～50ns，該層的同相軸反射能量較弱，且存在有同相軸分叉或局部增強變弱的部位；第二層的深度范圍為50～240ns，同相軸在該層反映清晰，連續可追，可見六層較為清晰的反射層位；第三層的深度范圍為240～450ns，整體反應為反射能量較弱，反射界面不清晰且同相軸的反應較為凌亂。但在該層的30～50m處，發現了一處較為明顯的異常區，異常區位于范圍為240～310ns，形態表現為矩形，同相軸表現為多層連續，且反射能量較強。

（3）此次在北城墻測區布置了20條平行的探地雷達法測量剖面，由于剖面較多，且相鄰剖面間的物性特征具有相似性，本著覆蓋全區的原則，雷達圖像特征分析特選取了NW00號和NW38號線進行。

由北城墻測區NW00線探地雷達解釋圖上（見圖五）可以看出，依據同相軸形態特征的不同可將其分為三層。第一層的深度范圍為0～80ns，該層的同相軸呈繼續分布，反射界較為凌亂，存在局部尖滅、扭動的現象；第二層的深度范圍為80～240ns，該層的同相軸相對連續，且層位穩定；第三層深度范圍為240～350ns，該層的同相軸表現為同相軸反射較弱，反射界面也存在局部分叉、扭動，相對連續可追。在雷達圖像上于80ns～240ns之間發現兩處同相軸紊亂，反射能量較弱的局部異常，異常呈等軸狀或橢圓狀，其水平位置為26～36m、62～82m處；還在260～350ns之間發現一處同相軸反射能量強、連續可追索的異常，其水平位置為38～90m。

由北城墻測區NW38線探地雷達解釋圖上（見圖六）可以看出，第一層的深度范圍為0～80ns，該層的同相軸呈繼續分布，反射界較為凌亂，局部存在尖滅、分叉的現象；第二層的深度范圍為80～350ns，同相軸表現為中等反射強度、連續，其中，在水平位置0～15m，50～60m，72～80m處發現三處異常，異常呈橢圓或月牙形，深度范圍為120～300ns，在異常位置處，與周圍同相軸相比而言，其表現為同相軸紊亂，反射能量較弱。

（4）在北測區東西兩端NW00線及NW38線布置了完全重合的兩條鉆探剖面，通過鉆探成果圖（圖七、圖八）看，該區淺部沖洪積地層由上以下依次為含卵石淤積沙土層、淤積細沙層、粗沙層，其具體分布形態與探地雷達解釋成果大致相同，驗證了解釋成果的可靠性。下文挑選部分探孔剖面堆積情況如下：

1、NW00線

2、NW38線

三、結論

（1）西城墻測區，由于此城墻測區是已經用洛陽鏟經過驗證的，用探地雷達測試表現出的異常特征是為了給東南角城墻、北城墻作出對比，經過探測后該測區古城墻埋深較淺，位于地下水位之上，深約2米，寬約20米，厚約2米。

（2）東南角城墻測區，位于古城墻內測線剖面上，異常較為明顯，推斷古城墻位于潛水面之下，距地表大約7.5米，寬度約20米，厚度約為2～3米。在古城墻外測線剖面上，相應位置未發現異常，推斷地下沒有古城墻遺存。對比古城墻內外的兩條平行剖面解釋推斷，可以看出東南角城墻自西向東的地下古城墻遺跡不是連續的。

（3）北城墻測區，布置了20條測線。各測線上除了地表不均勻和地下管線引起的干擾異常外，沒有發現古城墻體的異常，表明該測區地下無古城墻體遺存。推斷測區未保留下古城墻墻體，測區兩端的兩條洛陽鏟剖面鉆探結果證實了這一推斷。通過勘探基本查明了該區地下沖洪積地層的堆積變化情況。

（4）通過對古城墻遺址的探地雷達檢測與洛陽鏟的鉆孔結合驗證，探地雷達在三個測區中對地下目標體均有很好的異常反映——異常區雷達反射波同相軸出現振幅和相位變化現象；非異常區雷達反射波同相軸出現規整、平直、連續等現象，說明了探地雷達在探測地下古城墻中的可行性。

從晉陽古城墻勘探成果來看，探地雷達技術在考古勘探中是可行的，工作效率高、分辨率高、異常反映明顯，但也有一些局限性，比如目前對探地雷達數據反射信息的解釋更多的是基于操作人員的自身經驗，分析結果的主觀性較大，也因此對古代遺跡較難判別清楚。但這并不妨礙應用多種自然科學的儀器設備開展考古勘探研究工作的趨勢和所取得的成果。我們在這次勘探活動中還認識到，在研究中要注重圍繞一個研究對象從多個角度開展探討，對其進行全面地科學復原，真正做到了既有扎實的科學證據，又有全方位的科學把握，下一步我們還將繼續利用更多的地球物理勘探手段對地下埋藏的考古遺跡進行分析和研究。

參考文獻：

[1]謝元璐、張頷.《晉陽古城調查記》[J].《文物》，1961（4）、（5）

[2]沈鴻雁等.晉陽古城遺址考古地球物理特征[J].《地球物理學進展》，第23卷4期，2008（8）：1291-1298

（作者單位：山西省文物勘測中心）