從洛陽鏟到遙感物探：科技考古在我國的發展

袁靖

考古工作在探討源遠流長、博大精深的中華文明中起著十分重要的作用。考古學發展到今天，已經由原來通過發掘出土的遺跡、遺物的形狀來確定一處遺跡、一個遺址、一個文化或類型的年代早晚、布局特征、文化面貌，建立完整的古代物質文化譜系和復原古跡的原貌，進一步擴大到全面探討古代社會生活的各個領域。因為我們所面對的一處遺跡、一個遺址、一個文化或類型，實際上就代表了特定時空范圍內的一段人類歷史。

在考古學中進一步強調科技考古，是時代向考古學提出的要求，也是考古學本身發展的必由之路。經過多年的努力，在考古學中開展科技考古研究，經歷了一個由逐步應用到全面推廣的過程，這個過程正在給考古學研究帶來一場革命性的變化，其深遠意義和學術價值將在今后考古學的發展進程中不斷體現出來。

科技考古在我國的發展

科技考古在我國經歷了一個很長的發展過程。如果把科技考古的發展劃分一下時間段，我把它分為形成期和發展期兩個階段。形成期是從20世紀20年代到80年代，發展期是從20世紀90年代至今。

自1920年開始，中國近代分析化學學科的開創人王琎率先對古代金屬進行化學分析，探討中國古代的冶金技術，這是自然科學研究人員主動介入到考古學研究之中，可以視為中國科技考古形成期的起點。

到了20世紀30年代，多位學者在幾個考古遺址開展了一些跟自然科學相關的工作。如清華大學研究院和中央研究院歷史語言研究所在發掘山西省夏縣西陰村遺址、山東省章丘縣（今屬濟南市）城子崖遺址和河南省安陽市殷墟遺址時，研究人員都注重對地貌、人骨、動物遺存、陶器、石器和綠松石等開展具體研究，其研究內容與現在所謂的科技考古的領域十分相似。但是后來，由于多種原因，此類研究停止了一段時間。

到了20世紀50年代初，歷史又出現了相似的一幕，又是從事自然科學研究的人員參與到考古研究之中。中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究人員對考古遺址出土的陶器進行分析和研究。而后，夏鼐先生于1955年撰文，介紹剛剛問世的碳十四測年技術。到50年代末，當時還隸屬于中國科學院的考古研究所開始建設碳十四測定年代實驗室，這是考古學界開始主動參與建設和發展科技考古的標志。

到了20世紀60年代，中國社會科學院（以下簡稱“中國社科院”）考古研究所陸續開辟了碳十四測定年代，陶器、金屬器的化學分析，體質人類學和動物考古等屬于科技考古的研究領域。

20世紀70年代，北京大學歷史系考古教研室（后來改名為北京大學考古文博學院）成立碳十四測定年代實驗室。北京鋼鐵學院（后來改名為北京科技大學）成立材料與冶金史研究所，專門開展冶金考古研究。該院柯俊院士與復旦大學楊福家院士和中國科學院上海原子核研究所（后來改名為應用物理研究所）的研究人員合作，用質子X熒光分析的方法研究越王勾踐的寶劍和秦代箭鏃等。另外，中國科學院的干福熹院士早在20世紀60年代就開始嘗試分析中國古代的玻璃質文物，70年代末已經比較系統地就我國古代玻璃的起源問題進行探討，開創了一個嶄新的研究領域。復旦大學的李郁芬教授于1974—1976年對西漢的透光鏡進行研究，揭示了古鏡透光的機制并首次復制成功，榮獲1978年全國科學大會獎。

隨著科技考古研究工作的推進，從事相關研究的人員希望加強交流，促進研究的發展。1988年5月，在廣西壯族自治區南寧市召開了全國第一次實驗室考古學術討論會，這是全國從事科技考古的研究人員定期舉辦學術討論會的開端，當時的科技考古還冠以“實驗室考古”的名稱。1991年4月，在河南省鄭州市召開第三屆全國科技考古學術討論會，此次會議將會議名稱由原來的全國實驗室考古學術討論會正式更名為全國科技考古學術討論會。至此，科技考古的名稱正式提了出來。

在科技考古的形成期，有一個最成功的案例。多少年來，考古界對于史前時期多個考古學文化的年代是無法做出準確斷定的。對位于同一地區的多個考古學文化的早晚，可以依據地層上的疊壓關系、類型學的排隊順序進行判斷，但是對于它們距今是多少年，則完全建立在主觀臆測和推論上，因為沒有科學的方法進行判斷，難以取得一致的認識。這種方法論的缺陷嚴重制約了史前考古學研究的深入開展。夏鼐先生領導了中國碳十四測定年代方法的建立，并將其成功應用于史前考古研究之中。1977年，夏鼐先生發表了著名的《碳-14測定年代和中國史前考古學》一文。他在文章中充分肯定了碳十四測定年代方法的作用，利用經過碳十四測定年代的近百個數據，全面整理了中原地區、黃河上游甘青地區、黃河下游地區、長江中下游地區的新石器時代遺址的絕對年代，初步建立了中國史前多個文化的年代框架，使中國的多個新石器時代考古學文化有了確切的年代序列，我們知道其分別是從距今約多少年前開始的，大致延續了多少年，從而可以在全國范圍內的同一個年代框架下進行橫的和縱的比較，得出科學的認識。這個結果推動中國史前考古進入了一個新時代，可以稱為20世紀史前考古學的一場革命。這在中國科技考古史上永遠是一個經典案例。

自20世紀90年代開始，在全國范圍內逐步形成一個建設和完善科技考古研究機構、推動科技考古快速發展的高潮，科技考古進入快速發展期。

在機構建設方面，除中國社科院考古研究所建立了科技考古中心（剛成立時叫考古科技實驗研究中心）外，國家博物館考古部建立了遙感與航空攝影考古中心，吉林大學成立了包括古代人骨體質人類學與遺傳基因研究、地理信息系統在考古中的應用、環境考古學、動物考古學等在內的邊疆考古研究中心。早在1975年，北京大學考古文博學院科技考古實驗室的前身考古年代學實驗室就自主研發出我國第一套液體閃爍計數碳十四年代測定系統。2005年，北京大學的加速器質譜碳十四測年參加了由國際原子能機構組織、由全世界60多個實驗室參加的第五次國際標準碳十四樣品比對測量，北京大學的測量結果在一個標準誤差之內，進入了全球碳十四測年實驗室前5%的行列，達到世界領先水平。現在，北京大學考古文博學院科技考古實驗室的研究范圍包括年代學、GIS考古、人骨考古、動物考古、植物考古、同位素分析、古DNA研究、考古化學、冶金考古、陶瓷科技考古、定量考古等多個學科，是國內高校中體系最為完整的科技考古實驗室。

這里還想提到一所高校，這就是復旦大學。2017年，我受邀組建復旦大學科技考古研究院，并擔任首任院長。6年來，在我的帶領下，科技考古研究院從最初僅有3位研究人員，擴充到現在有15位研究人員。從最初的實驗室面積為0，擴大到現在有環境考古、人骨考古、動物考古、植物考古、同位素分析、古DNA研究、陶瓷器科技考古等7個實驗室，實驗室面積達到600多平方米，還擁有多臺大型儀器設備。我們的課程設置在新文科建設的布局下逐步走向體系化、多元化。除出版數十本包括復旦科技考古文庫在內的專著、考古調查和發掘報告、圖錄和科普讀物之外，還發表了大量中英文論文和相關文章。

在上述研究機構的建設和隨之而來的研究領域的拓展以外，中國科技考古的大發展還集中體現在以科技部為主的國家有關部委支持的多個大型研究項目和課題上。

以科技部為主的國家有關部委支持了多個大型研究項目和課題。比如， 1997—2000年的國家“九五”重點科研項目“夏商周斷代工程”，由來自歷史、考古、天文、碳十四測定年代等人文社會科學和自然科學等不同學科的專家共同完成。2002—2003年實施的“中華文明探源工程預研究”，在延續“夏商周斷代工程”的碳十四測定年代的研究之外，新增加了環境考古和冶金考古兩個新的研究領域。2004—2005年實施的“十五”國家科技攻關計劃重點項目“中華文明探源工程（一）”則在碳十四測定年代、環境考古、冶金考古等3個研究領域之外，又增加了植物考古、動物考古、食性分析、動物的古DNA研究、陶器成分研究、玉器和石器的工藝研究等多個新的領域，參與研究的人員涉及地球科學、物理學、化學、生物學等多個自然科學基礎學科。2004—2016年實施的“十一五”“十二五”國家科技支撐計劃重點項目“中華文明探源工程（二）（三）（四） ”則在原來的基礎上，又增加了人骨考古和地理信息系統在考古學研究中的應用等，這個項目基本上涉及科技考古的各個主要領域。2020年啟動的“中華文明探源工程（五）”的最大特點是研究人員的年輕化，從兩位首席科學家到各個課題的負責人都從50后換成60后、甚至70后，后繼有人是我們的科技考古事業持續發展、興旺發達的根本保證。

我與科技考古的結緣

我1978年考入西北大學歷史系考古專業。我們上大學時，老師們給我們講授的課程很多，有舊石器時代考古、新石器時代考古、商周考古、秦漢考古、隋唐考古等各個時期的考古知識。舊石器時代考古，主要是考察不同時空范圍內各類打制石器的種類和特征如何。新石器時代考古，包括不同時空范圍內的半地穴式或桿欄式建筑的房址，土坑豎穴形式的墓葬，壺、罐、盆等各類陶器，石斧、石刀等各類石器這些內容。商周考古，除上述的涉及房址、墓葬、陶器、石器的內容之外，還包括貴族的大型墓葬、王的帶墓道的墓葬，特別值得一提的是造型獨特、紋飾繁縟的青銅器。秦漢及以后的考古，則除房址、墓葬和各種器物之外，還包括大型的城址、帝王的陵墓等。雖然各個時期的考古有各個時期的內容和特點，但是如果高度概括的話，可以用兩個字來形容，這就是“形狀”，即考古發掘出土的人工遺跡和遺物的“形狀”。后來的學者評論那個時期的考古，尤其是石器時代的考古，將其稱為“文化歷史考古”，實際上就是對屬于各個時期的考古學文化的人工遺跡和遺物的形狀進行研究，目的是建立全國范圍內的考古學文化譜系，探討分布于不同地區、不同時期、具有不同物質文化特征的考古學文化。

1982年，我進入中國社科院研究生院考古系，師從石興邦先生學習新石器時代考古。碩士畢業后，我留在中國社科院考古研究所工作。開始知道科技考古，還是緣于新中國考古工作的主要指導者和組織者、中國現代考古學的奠基人之一夏鼐先生。20世紀50年代初，美國科學家利比（W. F. Libby）發明了放射性碳素測定年代的方法，測定考古遺跡和遺物的年代。1960年，利比因為發明這個方法，獲得了諾貝爾化學獎。夏鼐先生早在1955年，就在《考古通訊》上介紹了利比發明的放射性碳素測定年代方法的重要性，并建議在國內建立實驗室進行測定年代的工作。當時夏鼐先生的這篇文章距離利比發明這個方法的時間只有5年，距離介紹這種測定方法的著作的出版只有3年。可以說，夏鼐先生當時緊跟國際學術前沿的最新動向。在夏鼐先生的直接領導下，中國社科院考古研究所在20世紀50年代末，從中國科學院高能物理研究所引進仇士華和蔡蓮珍兩位先生到考古研究所籌建碳十四斷代實驗室。到1965年5月，碳十四斷代實驗室開始測定出第一批標本的年代數據。在那段時間，考古研究所還在夏鼐先生的大力推動下，引進人才，開展了體質人類學研究，動物考古學研究，陶器、青銅器等器物的物質結構和化學成分分析等，初步構建起一支具有多個領域的研究團隊，在當時全國考古界開風氣之先，起到了很好的領軍作用，也為中國社科院考古研究所在20世紀90年代后期組建科技考古中心奠定了極為重要的基礎。

但需要指出的是，受大環境的影響，中國考古界當時的主要任務是建立考古學的文化譜系，夏鼐先生的遠見卓識并沒有為一般考古研究人員所重視，跟科技考古相關的研究也沒有在考古界得到很好的宣傳和推廣。所以，很多考古專業的研究人員對涉及我們現在稱之為“科技考古”的內容也并沒有什么深刻的認識。

就我自己來講，從到中國社科院考古研究所攻讀碩士研究生起，我就認識了在考古研究所從事科技考古的多位學者，對他們十分尊重。但是我對他們的研究了解不多，當時的全部心思都放在學習文化譜系研究上。現在回想起來，我真正開始認真思考跟科技考古相關的內容，還是從到日本攻讀博士學位開始的。

1 9 8 9年3月，我第一次見到我的日本導師加藤晉平教授。加藤教授在確認我希望跟隨他攻讀博士學位后告訴我，關于我讀什么方向的博士，他有三條建議：第一條建議是繼續學習中國新石器時代考古。他看了我的碩士論文，認為在中國，新石器時代考古中還有很多問題需要探討，雖然他自己不是做這方面研究的，但是他可以給我提供研究環境，讓我繼續研究。不過，他很幽默地說，如果我選擇這條路，那似乎沒有必要到日本來留學。第二個建議是學習日本繩紋時代考古。加藤教授是日本繩紋時代考古的大家，不但著書立說，還培養了多位日本繩紋時代考古方向的博士，他說有信心把我培養出來。但是他話鋒一轉，說你拿到這個博士學位回國后，如何繼續獲得日本的新資料、如何繼續開展這方面的研究也是個問題。因為當時遠沒有像現在這樣擁有互聯網、可以隨時查閱資料那么方便，甚至連電子郵件也沒有，全靠郵局寄送的信件聯系。日本每年發掘的項目有數千項，新出版的報告、書籍和論文數量巨大，從當時的情況看，這些印刷品絕非輕易可以獲取的。這確實是一個必須認真思考的問題。第三個建議是學習20世紀后半葉興起于西方考古學界的環境考古學和動物考古學。這是國際考古界的前沿學科，學習這些國際考古界的前沿理論和方法，將來回國后可以運用中國的材料開展這方面的研究。這個建議對于我而言極富前瞻性，深深地打動了我，于是我決定改變自己的知識結構，選擇將環境考古學和動物考古學作為自己的學習目標。

后來通過學習我認識到，日本、歐美的考古學界在完成考古學文化譜系建設后，通過加強考古學與人文社會科學、自然科學相關學科的緊密結合，建立起新的理論和方法，開辟新的研究領域，從多個嶄新的角度開展研究，把考古學研究推進到一個新的層次。環境考古學和動物考古學這兩門學科正是歐美學者在推動考古學前進的過程中逐步建立和完善起來的，而從更大的范圍來說，這些都屬于科技考古的范疇。

1993年，我拿到博士學位后回國，開始在國內從事動物考古和環境考古研究，并且做得有聲有色。但是由于學科發展的需要，我開始從全局出發思考科技考古的大局。其緣由是自20世紀90年代開始，在世界考古界逐步形成一種新的潮流，即能否在考古學研究中更加廣泛、有效地運用多種自然科學等相關學科的方法和技術，進一步推動學科的發展，已經成為衡量一個國家考古學研究水平的極為重要的標尺。

1995年，中國社科院考古研究所的領導高瞻遠矚，順應世界考古學的發展潮流，決定成立科技考古中心。中心剛剛成立時的第一任主任是吳家安先生，我擔任副主任，由此我也開始從科技考古學科發展的高度來思考考古研究所的科技考古工作。1997年，吳家安先生調到國家文物局文物研究所擔任所長，我接替他，先是擔任中心的代主任，后來擔任主任，終于挑起了負責推進考古研究所科技考古發展的重任。

回憶我擔任中心主任期間比較滿意的事情，第一件就是在院所領導的支持下，在所內外考古研究人員的幫助下，我帶領中心的全體人員齊心協力，把中心建設成了當今世界上從事科技考古研究門類相當齊全、研究資料極為豐富的機構之一，成為東亞地區名列前茅的科技考古研究基地，在中國考古界更是獨樹一幟。

中心能夠得到大家的認可，首先是我們有正確的研究思路。我們時刻強調以考古學的研究目標為導向，以考古學需要其他學科參與探討的內容為科學問題，以國外同行們的相關研究為參照，把自然科學多個學科的方法技術跟考古學資料的出土狀況、科學獲取過程緊密地結合在一起，通過各個方面的探討，從整體上拓寬考古學研究的視角與領域，提升考古學研究的效率和精度。

我們科技考古中心涉及的研究領域，主要包括遙感考古、物探、考古地理信息系統、碳十四測定年代、樹輪分析定年、環境考古、土壤微結構、人骨考古、動物考古、植物考古、木材研究、古DNA研究、碳氮穩定同位素分析、鍶同位素分析、殘留物分析、冶金考古、陶瓷器科技考古、玉器科技考古等，這些都是涉及國際考古界相關研究的前沿領域。多年來，我們取得了一系列研究成果。拿我個人來說，不但在國內外的著名刊物上發表多篇研究論文，還出版了《膠東半島貝丘遺址環境考古》，這是國內第一本系統闡述環境考古思路、方法和實踐的專著，獲得中國社會科學院優秀科研成果獎。我的《中國動物考古學》也是國內第一本系統闡述動物考古的理論、方法和實踐的專著，也獲得了教育部優秀科研成果獎。從2015 年至2020年，我被愛思唯爾（Elsevier）旗下的Scopus數據庫分別列入2014年至2019年世界高引用科學家名錄中的中國（包括港澳臺地區）人文藝術類前五名。

另外，還有一件值得稱道的事，就是我主編了《科技考古的方法與應用》一書。這本書2012年出版后，半年之內即告售罄，被評為2012年全國文化遺產最佳圖書。該書闡述了如何與田野考古密切結合，通過考古勘探、年代測定、環境考古、人骨研究、動物考古、植物考古、食性分析、古DNA研究、物質成分結構分析與工藝研究等，科學地再現考古學文化的絕對年代，當時的自然環境狀況、演變及人類與之相適應的互動關系，居住在不同地區的人群的體質特征和健康狀況，各個時期人類的食物種類，人類采集、狩獵、種植、養殖等一系列獲取食物資源方式的演變過程以及進行隨葬和祭祀活動時使用各種動植物的特征，人類制作各種器物的方法、原料及發展過程，文化與文化之間一些特殊因素的交流等內容。

這本書獲得如此肯定，我想是因為有如下特點：一是與國際考古學界通用的科技考古方法基本接軌，同時符合中國考古學發展的實際需要；二是既認真考慮在包含多種遺跡與遺物的遺址里如何全面開展科技考古工作，又充分兼顧在考古發掘現場對某類遺跡和遺物的采樣及實驗室內處理、鑒定、測試和研究的整個過程；三是面向全國的考古研究人員，幫助他們做到看得明白、想得全面、用得得當，注重強調思路上的可行性和應用上的可操作性；四是從科學的角度幫助學生全面掌握科技考古的思路和方法，為當前國內的考古專業的教學提供極大的幫助。用同行的話來說，這本書順應中國考古學發展需要，應用性極強，是填補空白的創新之作。

科技考古的豐碩成果

這里舉一個典型的實例——河南省偃師市二里頭遺址考古，這是科技考古全方位介入考古遺址發掘與綜合研究的一個精彩案例。

河南省偃師市二里頭遺址被認為是夏朝的都邑，在中華文明形成與早期發展過程中是一處極為重要的都邑性遺址，在夏商周考古中具有舉足輕重的地位。該遺址現存面積約300萬平方米；可分為4期，主要文化遺存屬二里頭文化；累計發掘面積達萬余平方米，發掘大型宮殿建筑基址數座，大型青銅冶鑄作坊1 處，綠松石器制造作坊1處，與制陶、制骨有關的遺跡若干處，與宗教祭祀有關的建筑遺跡若干處，以及中小型墓葬400余座，其中包括出土成組青銅禮器和玉器的墓葬。此外還發現并發掘了大量其他遺跡和豐富的遺物。二里頭遺址是當時中國乃至東亞地區最大的城市遺址，發現有迄今所知中國最早的宮殿、最早的城市干道網、最早的宮殿建筑群、最早的青銅禮器群及最早的官營作坊等。其規模宏大、布局嚴整，開中國古代都邑制度之先河。多年來，我和其他考古研究人員合作，組建包括碳十四測定年代、環境考古、人骨考古、動物考古、植物考古、木材研究、碳氮穩定同位素分析、鍶同位素分析、古DNA研究、殘留物分析、冶金考古、陶瓷器科技考古、玉石器科技考古等眾多科技考古研究人員組成的團隊，聚焦這個遺址，開展了全方位的工作。

中國社科院考古研究所的許宏研究員和我共同主編的《二里頭考古六十年》（2019年出版）全方位地展示了我們的研究成果。其中涉及科技考古的研究結果表明，二里頭遺址的絕對年代大致為公元前1750年至前1520年。當時的氣候溫暖濕潤，二里頭遺址的居民在土質肥沃、距離邙山不遠、瀕臨伊洛河的二級階地上建立居住地，氣候條件和遺址所在的自然地貌都是十分適宜人的生存、社會的發展以及對其統領范圍內眾多聚落進行控制的。當時人的主體體質特征為“古中原類型”，外來人口占到一定比例，從食物結構看也能分出不同的人群，他們的健康狀況較好。持續發展的多品種的農業生產能夠為社會的穩定發展提供糧食保障，多品種的家畜飼養也保證了肉食來源，當時可能還存在對綿羊進行次級產品開發的行為，從一個特定的方面擴大了對于資源的充分利用能力。可持續發展的農業是社會發展的最為重要的經濟基礎。金屬資源的開采、冶煉及長距離的調控方式已經形成，創立了青銅器組合范鑄技術，金屬器制作工藝開始成熟，它們都屬于王專門掌控的生產部門。陶器制作的規模化生產進一步穩定，出現了專門用于禮儀或王及貴族專用的陶器生產部門。制作玉器的技術更加專業化，可以進行規模化生產，其產品是為貴族專用的。當時已經能夠做到依據石器的功能特征選擇合適的石材制作石器。制作骨角器的技術具備規范化的特征。手工業生產部門的專業化、規模化和規范化不僅可以極大地提高統治階層及居民的物質生活水平，青銅器、陶禮器和玉石禮器還成為禮儀和等級制度的重要象征物品，這些生產部門的組織架構和運行能力在完善上層建筑的統治中發揮了特殊的作用。

在以往從研究人工遺跡、遺物的形狀特征切入進行考古學的探討、取得成果之外，二里頭遺址的科技考古研究結果令人耳目一新。這些研究成果全方位地充實了我們對于二里頭這一廣域王權國家的認識，實證了二里頭文化高度發達的經濟狀況、控制網絡和統治文明。

進入新時代以來，國家高度重視考古工作，科技考古取得了明顯進展，體系化的科技考古隊伍已經逐步發展完善，在各地建立的科技考古實驗室已經普及到了各省級考古研究機構和開設考古學專業的主要雙一流、985、211 高校，眾多引人注目的科技考古研究成果如雨后春筍般涌現。我作為政協委員，也積極為科技考古在我國的發展建言獻策。

如今，科技考古的重要性越來越得到學術界的高度認可，支持科技考古、依靠科技考古、發展科技考古，已經成為整個考古學界的共識。相信未來中國的科技考古事業必定會百尺竿頭更進一步，為建設中國特色、中國風格、中國氣派的考古學作出新的更大的貢獻。

（摘自《縱橫》2024年第2期。本文圖片由作者提供）