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“一把洛陽鏟，半部中國史。”提起考古工作者，很多人腦海里都會浮現(xiàn)出一副手持洛陽鏟，在野外、田間探索尋覓的形象。

而在致力于科技考古的北京考古遺址博物館副館長劉乃濤眼中，如今的考古早已不再是“手鏟釋天書”了。近年來，隨著各種“黑科技”應(yīng)用于北京地區(qū)的考古工作，躬身實(shí)驗(yàn)室，利用科技手段，從片瓦只磚的遺存中，找到深刻的歷史內(nèi)涵，已成為新時代科技考古工作者的寫照。

逐漸清晰的歷史細(xì)節(jié)，如涓涓細(xì)流匯入考古學(xué)研究的汪洋大海。在科技的賦能下，考古工作者不斷撥開歷史迷霧，還原千年真實(shí)，描繪出日益豐滿的“北京往事”。

劉乃濤在大興舊宮遺址發(fā)掘現(xiàn)場

科技“重燃”千年?duì)t影

“延慶大莊科礦冶遺址群是目前國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的遼代礦冶遺存中，保存煉鐵爐最多的一處遺址群，發(fā)掘中所揭示的爐型結(jié)構(gòu)，為正確認(rèn)識中國古代冶鐵高爐的爐型結(jié)構(gòu)演變提供了彌足珍貴的資料。”這是2014年度全國十大考古新發(fā)現(xiàn)揭曉時，評委們對延慶大莊科礦冶遺址群考古發(fā)掘給出的高度評價。

5處礦山、4處冶煉遺址、3處居住及作坊遺址，復(fù)現(xiàn)了一個深埋地下千余年的遼南京“鋼鐵基地”。人們在驚嘆于這些考古成果的同時，卻不知道在一步步揭秘這座遼代“首鋼”的過程中，考古工作者綜合運(yùn)用了冶金考古、環(huán)境考古、科技測繪、流體力學(xué)、現(xiàn)代科學(xué)分析技術(shù)、地質(zhì)學(xué)等眾多學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)。“它是迄今北京地區(qū)運(yùn)用學(xué)科研究介入最多的一個項(xiàng)目，也堪稱中國考古學(xué)科發(fā)展的一個縮影。”作為該考古項(xiàng)目領(lǐng)隊(duì)的劉乃濤這樣總結(jié)。

2006年夏天，一個偶然的機(jī)會，延慶區(qū)文保工作者范學(xué)新在大莊科鄉(xiāng)水泉溝村考察時，聽到村民議論，“村里有很多‘窯’”。他進(jìn)一步考察發(fā)現(xiàn)，這些遺址大概有七八處，其中有個窯的高度達(dá)到了2.45米，呈圓筒狀，石質(zhì)的爐壁非常堅(jiān)硬，“怎么看也覺得不是陶窯。”多方查閱資料后，他在《北京日報》上發(fā)表了一則短文，認(rèn)為這些是明代遺存的冶鐵爐。

短短幾百字的小文章，卻引起了考古界的大震動，開啟了后來大莊科遼代冶鐵遺址大規(guī)?？脊虐l(fā)掘的“序篇”。

“到達(dá)水泉溝村時，我們看到的是一片寒煙衰草的荒涼景象。”而“寶藏”正在荒草覆蓋之下。劉乃濤介紹，考古工作者在此發(fā)現(xiàn)了眾多遺跡——冶鐵豎爐，炒鋼爐，開采礦石的礦洞，燒制木炭的炭窯，房子、火炕等居住生活遺址，板瓦、瓦當(dāng)、青磚等建筑構(gòu)件……“剛接觸時，有人說這是磚窯，也有人說這是修長城鍛造鐵器的高爐。”由于沒有相關(guān)文字記載，這些冶煉遺址到底是做什么用的，成了考古工作者首先要破解的謎題。

“爐渣中的某些元素或某些特定的顯微組織或可給出線索。”于是，考古團(tuán)隊(duì)通過科技手段，運(yùn)用電子顯微鏡、能譜儀對采集到的爐渣中的金屬夾雜物、爐渣成分、顯微組織，進(jìn)行了檢測分析。

檢測結(jié)果顯示：爐渣內(nèi)未發(fā)現(xiàn)銅、鉛、錫、鋅、銀元素及其金屬顆粒的存在。“這樣就排除了煉銅、煉鉛、煉錫、煉鋅、煉銀等有色金屬的可能。”但其中殘留的鐵顆粒較多，占分析樣品總量的80%以上；同時，無論是否發(fā)現(xiàn)了金屬鐵顆粒，這些遺存的爐渣在化學(xué)成分、性質(zhì)、顯微結(jié)構(gòu)方面基本相同。“由此可以確定，這里是一處煉鐵遺址。”劉乃濤說。

進(jìn)一步的分析測試顯示，爐渣類型為硅鈣鎂系，渣基體主要特征為玻璃態(tài)硅酸鹽，夾雜有圓滴狀鐵顆粒。“這是生鐵組織的特征。”通過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室科技手段，考古工作者條分縷析、有理有據(jù)地進(jìn)一步揭秘出大莊科遺址的重要身份信息：這是一處生鐵冶煉遺址。

解決了遺址性質(zhì)的問題，接下來就是給遺址斷代了。

考古工作者在遺址地表采集到了瓷片、陶片等遺物。其中，瓷片以白釉瓷為主，“形制特征與北京地區(qū)常見的遼代瓷片一致。”為進(jìn)一步確認(rèn)遺址的“年齡”，考古人員又對爐渣中采集的木炭樣品進(jìn)行了碳14測年。“根據(jù)加速器質(zhì)譜儀測年結(jié)果，樣品年代區(qū)間位于唐末至遼代。”這些科技檢測信息，進(jìn)一步佐證了考古人員“遺址年代為遼代”的猜想。

中國古代生鐵冶煉及生鐵制鋼技術(shù)是世界公認(rèn)的重大發(fā)明創(chuàng)造。但此前，學(xué)術(shù)界仍有許多研究空白有待填補(bǔ)。冶鐵作坊呈怎樣的聚落形態(tài)？冶鐵生產(chǎn)又是如何組織管理的？隨著時光遠(yuǎn)去，這些問題的答案漸漸消失在歷史的長河中。

為最大限度地復(fù)原冶煉社會結(jié)構(gòu)，幾年時間里，考古工作者跑遍了大莊科的各個區(qū)域。大莊科礦冶遺址位于燕山腹地，山區(qū)地形復(fù)雜，遺址分布面積廣、遺跡分散。針對遺址的特點(diǎn)，考古團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了全站儀測量、實(shí)時動態(tài)測量技術(shù)（RTK）、航空攝影測量、三維激光掃描測量、考古遺址的三維虛擬復(fù)原等信息獲取技術(shù)，全面記錄考古遺址、發(fā)掘現(xiàn)場、出土遺物的三維信息，為考古學(xué)研究和文化遺產(chǎn)保護(hù)等工作提供支持。

測繪結(jié)果顯示，水泉溝冶鐵遺址的選址非常典型：遺址中的4座冶鐵爐沿著臺地邊沿排布，前面有出鐵場所，背后有布料、整粒臺地。臺地逐級分布，高度級差與爐體高度相適應(yīng)，適合上料等冶煉操作。前臨溪水，取水便利。冶鐵場兩側(cè)有小路，連通了河邊、臺地與背后的大路，便于運(yùn)輸。

礦山周邊地形切割較為嚴(yán)重，地表徑流排水較好，水流通暢，鄉(xiāng)域水資源豐富。懷九河環(huán)繞于榆木溝、蓮花山、香屯、東三岔、東王莊、漢家川、水泉溝等礦冶遺址周圍，鐵爐河環(huán)繞于慈母川、鐵爐村等礦冶遺址周圍。豐富的水資源不僅方便礦石的運(yùn)輸，同時對于冶煉過程中的用水以及礦冶管理機(jī)構(gòu)、冶煉工匠的飲用水源提供了保障。

冶煉爐火光搖曳，鼓風(fēng)箱抽拉繁忙，匠人們夜以繼日煉鋼打鐵……一幅早已遠(yuǎn)去的遼代冶鐵圖景，在考古工作者不辭勞苦的探索與先進(jìn)科技的“加持”下，真實(shí)地“復(fù)活”在現(xiàn)代人面前，甚至每個細(xì)節(jié)都鮮活而生動。

“慧眼”看清褪色壁畫

2011年，為配合北京文化硅谷建設(shè)，文物工作者在位于房山區(qū)長溝鎮(zhèn)的項(xiàng)目工地開展考古勘探，發(fā)現(xiàn)了一座大型唐代墓葬——唐幽州節(jié)度使劉濟(jì)墓，這也是北京地區(qū)現(xiàn)存等級最高的唐代墓葬之一。隨后，2012年8月至2013年6月，北京市文物局派出考古團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了搶救性發(fā)掘。

劉濟(jì)墓規(guī)模巨大、形制特殊，出土文物精美、壁畫數(shù)量眾多。特別是其中發(fā)掘出的兩塊墓志，不僅證實(shí)了墓主人的身份，還勘正了唐代的部分史料，具有極高的歷史、科學(xué)和藝術(shù)價值。劉乃濤透露：在劉濟(jì)墓的發(fā)掘過程中，現(xiàn)代科技手段同樣功不可沒，對文物遺存進(jìn)行的測試、分析和鑒定，起到了不可或缺的作用。

“墓主人和夫人的墓志，分別平放于墓葬前甬道的南北兩側(cè)，都蓋有志蓋。”劉乃濤介紹，兩合墓志的志蓋上分別鐫刻著“唐故幽州盧龍節(jié)度觀察等使中書令贈太師劉公墓志之銘”“唐故薊國太夫人贈燕國太夫人清河張夫人祔志銘”，彰示了墓主人及其夫人的身份。“特別是劉濟(jì)夫人的墓志蓋，彩繪、描金、浮雕等藝術(shù)元素俱全，可謂精美絕倫。”

但要揭開更多塵封的往事，就需要把墓志蓋打開，從墓志的“正文”中找到答案。

“劉濟(jì)墓是一座距今超過1200年的古墓。雖然墓志整體看上去保存十分完好，但年深日久，誰也不能保證墓志及墓志蓋內(nèi)部沒有不易發(fā)覺的細(xì)碎裂紋。”為了更好地對墓志進(jìn)行保護(hù)，防止在起吊過程中造成破壞，考古團(tuán)隊(duì)采用了超聲波探傷技術(shù)，對墓志進(jìn)行了探傷分析。

“其基本原理是在墓志中激發(fā)出一定頻率的超聲波，以一定路線在墓志內(nèi)部傳播并通過儀器接收，通過分析研究所接收的信號，來了解墓志內(nèi)部的力學(xué)特性和缺陷分布情況。”劉乃濤解釋，通過對墓志進(jìn)行超聲波無損探傷，考古工作者可以確定墓志內(nèi)部的缺陷和缺陷的大致范圍，快速標(biāo)示出相關(guān)的詳細(xì)信息。

這為墓志蓋的移動提供了重要參考。“根據(jù)超聲波無損定量探測得到的墓志缺陷、損壞數(shù)據(jù)，我們制定了加固、補(bǔ)強(qiáng)處理措施，有效預(yù)防了墓志在吊運(yùn)過程中發(fā)生解體的可能性。”在超聲波探傷技術(shù)的“加持”下，兩合墓志被完好無損地吊運(yùn)到預(yù)定地點(diǎn)，并成功“揭蓋”以供深入研究，解答更多的歷史謎題。

除了墓志外，墓室墻壁上繪制的大量精美壁畫，也是劉濟(jì)墓發(fā)掘的重要成果。然而由于損毀嚴(yán)重，這些壁畫已經(jīng)漫漶不清。“壁畫是歷史與藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其中包含著經(jīng)濟(jì)、文化、意識形態(tài)等眾多重要的歷史信息。而剝落、褪色的畫面，讓這些重要的歷史信息難以被肉眼識別。”劉乃濤和同事們很快意識到，通過傳統(tǒng)的壁畫調(diào)查方法，難以從劉濟(jì)墓的壁畫上獲取最基本的顏色、技法等信息。

“徒手”辦不到的事，就需要借助科技來實(shí)現(xiàn)，考古工作者首先想到的是一種最新的技術(shù)手段——高光譜技術(shù)。

“簡單來說，就是在提取色彩信息時，增加人類肉眼不可見的光譜波段，來幫助人們‘看清楚’。”劉乃濤解釋，高光譜技術(shù)具有非常廣闊的波譜覆蓋范圍，可獲取豐富全面的壁畫影像信息，為壁畫中每個信息像元提供一條連續(xù)的光譜曲線。在不用觸碰畫面的情況下，為提取和分析損毀壁畫中的“隱藏信息”提供依據(jù)。

歌舞、宴飲、游樂……在高光譜技術(shù)的一雙“慧眼”下，唐代北京地區(qū)貴族的日常生活、精神追求、娛樂方式，從模糊的壁畫中逐漸清晰地浮現(xiàn)在人們眼前。

除此之外，劉濟(jì)墓還出土了許多玉器、玻璃器，考古工作者也利用科技手段對其進(jìn)行了成分分析。比如，經(jīng)檢測，出土玻璃器分為高鉛玻璃、鈉鈣玻璃兩種。“我們對其中兩件鈉鈣玻璃珠的化學(xué)成分進(jìn)行了比較，推測玻璃應(yīng)來自大食國，即阿拉伯帝國。”劉乃濤說，這體現(xiàn)了唐代對外交往的頻繁和絲綢之路上中外貿(mào)易的繁榮。

當(dāng)然，也有一些“千古疑題”是采用現(xiàn)有的科技手段也沒能解答的，比如，劉濟(jì)的真實(shí)死因到底是什么。

《新唐書》《舊唐書》記載，劉濟(jì)之子劉總性情殘暴，為繼承節(jié)度使職位，將父親劉濟(jì)毒死。而根據(jù)出土墓志內(nèi)容，劉濟(jì)“寢疾薨于莫州之廨舍”，也就是病故于工作崗位。兩種說法有著很大的出入。

為驗(yàn)證劉濟(jì)的真實(shí)死因，考古工作者對劉濟(jì)的尸骨進(jìn)行了科學(xué)檢測。“遺憾的是，經(jīng)過1200多年的埋藏，重要的‘證據(jù)’已經(jīng)湮滅在時間長河里，檢測也無法辨別出他的真實(shí)死因。”

現(xiàn)代科技的不能，也為劉濟(jì)墓的考古留下了引人遐想的懸念。

解開一粒米的“身世”

2019年，建設(shè)中的路縣故城遺址博物館西側(cè)的一座小樓里，北京科技考古實(shí)驗(yàn)室正式成立了。而事實(shí)上，在宣布揭牌之前，這座融古于新、以新探古的實(shí)驗(yàn)室，已籌備多年。

“隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，不斷有過去難以解決的疑難、難以探索的謎題，逐漸找到了答案，這讓考古工作者看到了未來的更多可能性。”劉乃濤說，科技考古實(shí)驗(yàn)室的成立，順應(yīng)了考古學(xué)科的發(fā)展潮流。“它是為服務(wù)整個北京地區(qū)的考古工作而建設(shè)的，同時也能通過京津冀協(xié)同的學(xué)科合作，為三地乃至全國解決科技考古相關(guān)的難題。”

籌備階段，牽頭建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的劉乃濤與相關(guān)專家多次會商探討，最終將研究方向聚焦在當(dāng)前實(shí)際工作中最為急需的功能與科目上，決定率先建設(shè)陶瓷考古、冶金考古、植物考古、環(huán)境考古、體質(zhì)人類學(xué)五大實(shí)驗(yàn)室，X射線熒光光譜儀、X射線衍射儀、激光共聚焦拉曼光譜儀、熱膨脹儀、全自動粒度分析儀等一批先進(jìn)的儀器設(shè)備也裝配起來。

確定了方向，劉乃濤便馬不停蹄開始了“招兵買馬”。實(shí)驗(yàn)室注重加強(qiáng)科技考古學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，科研人員的學(xué)科背景不再局限于考古、文博、歷史相關(guān)的專業(yè)，陶瓷、冶金、植物學(xué)等領(lǐng)域的專業(yè)人才也被納入考古隊(duì)伍之中。

站在新的高度、利用新的手段，回望歷史的考古工作，也打開了更加廣闊的視角。

劉乃濤以近年來頗有進(jìn)展的植物考古研究舉例：科技考古實(shí)驗(yàn)室對大興舊宮遺址獲得的一批西周時期及金元時期的炭化植物遺存進(jìn)行了檢測和分析。包括粟、黍、小麥、大豆4種農(nóng)作物炭化籽粒，以及狗尾草、野黍等10余種非農(nóng)作物遺存。分析結(jié)果顯示：西周時期，粟、黍兩種小米是當(dāng)?shù)鼐用褡钪匾霓r(nóng)作物資源，其中粟占有絕對優(yōu)勢。金元時期，小麥“異軍突起”，已經(jīng)趕超粟、黍，成為當(dāng)時重要的農(nóng)作物。

在對琉璃河遺址炭化植物遺存發(fā)現(xiàn)的粟、黍、小麥、大豆、大麥5種農(nóng)作物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測分析后，考古工作者發(fā)現(xiàn)：西周時期，琉璃河居民過著以粟、黍?yàn)榇淼暮底鬓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活。其中粟占據(jù)主體，小麥、大麥等麥類作物成為重要的輔助性農(nóng)作物資源，其傳入及栽培的普及度似乎沖擊到了大豆的利用。

“房山琉璃河遺址和大興舊宮遺址的植物遺存，是北京地區(qū)經(jīng)過系統(tǒng)植物考古工作獲得的一批重要炭化植物遺存。通過對這批實(shí)物資料檢測分析，我們能夠比較詳細(xì)地了解到西周及金元時期北京地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況及特點(diǎn)。”劉乃濤告訴記者：北京地區(qū)在西周和金元時期實(shí)行著多種農(nóng)作物種植制度，以粟、黍、小麥、大麥4種谷物為主，大豆類作物為輔，呈現(xiàn)出較為完善的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。

“近年來，科技手段促成植物考古研究不斷向前推進(jìn)，同時也為探討北京地區(qū)不同年代的聚落和城市的早期經(jīng)濟(jì)模式、發(fā)展過程及其特征，提供了重要的參考資料。”劉乃濤說，為考古研究插上現(xiàn)代科技的“翅膀”，讓更多的文明細(xì)節(jié)從塵封的歷史中清晰、全面地呈現(xiàn)出來，這正是科技考古的重要意義所在。

延慶大莊科礦冶遺址發(fā)掘現(xiàn)場

（原標(biāo)題：以新探古）

來源：北京日報記者 孫樂琪 實(shí)習(xí)生 劉揚(yáng)