物探产品应用案例-考古与物探的跨界融合：案例赏析

物探产品应用案例-考古与物探的跨界融合：案例赏析

 

案例1: 探地雷达在基督传奇陵墓的解封中发挥着重要作用

 

 

雅典国家技术大学（NTUA，全称为 The National Technical University of Athens）始建于 1837 年，是希腊顶尖的学术机构。此前，守护圣墓教堂的三大基督教团体达成了一项具有历史意义的协议。基于该协议，圣墓教堂圣龛修复工程得以实施，工程内容包括对圣龛周边区域的地下环境进行测绘。该修复工程的科学监督工作由雅典国家技术大学（NTUA）牵头负责，而地下测绘与地球物理分析工作则由 Guideline Geo 公司的经销商 Terra-Marine 公司完成。

每年都有成千上万的人前往耶路撒冷的圣墓教堂参观。这里被认为是耶稣基督安葬及复活之地。这座具有历史意义的场所需要进行全面勘察，以探明其地面之下和墙体之后隐藏的事物。勘察目的主要包括两方面：一方面是从历史研究角度出发 —— 绘制可能存在的地下沟渠、空洞，以及不同历史时期留下的地貌特征与人工建筑遗迹；另一方面是从遗产保护角度出发—— 找出湿气来源（湿气可能对建筑结构和文物造成损害）。此次勘察要求达到 2 米的探测深度，同时需输出高分辨率的勘察数据。

本次勘察采用地质雷达（GPR）和高密度电法，对圣墓教堂的地下区域及墙体进行测绘。由于项目对探测深度和分辨率有明确要求，且具有极高的历史价值，最终选定以下设备：

l 灵活便携的 MALÅ GX探地雷达，配备 160/450/750 MHz三种天线；

l ABEM Terrameter LS 电法仪，电极间距设为 0.8 米。

勘察过程中，还运用了成像与数据处理软件，用于生成地下区域的二维和三维图像，并开展后期数据分析工作。

此次地下测绘工作取得了多项具有考古价值的发现，均与人工设施相关，包括排水渠、空洞结构，以及该教堂此前不同建造阶段遗留的建筑遗迹。此外，数百年来一直被大理石饰面覆盖的 “疑似耶稣墓”，也在神情专注的观众面前被开启（注：指移除覆盖物以进行勘察）。测绘所发现的目标由考古学家、工程师及地球物理学家共同开展分析，并与相关历史事件、已有史料证据及其他考古发现进行关联比对，以还原其历史背景与意义。

 

 

案例2: MALA MIRA 3D 成像雷达阵列探地雷达系统发现角斗士训练营

路德维希・玻尔兹曼考古勘察与虚拟考古研究所（LBI ArchPro）是一家跨学科研究机构，核心研究方向为新型大范围、高精度考古勘察技术与虚拟复原技术。该研究所总部位于维也纳，由 8 家欧洲合作机构组成，成员涵盖高等院校及科研院所。

 

MALÅ MIRA前置安装于卡农图姆遗址的一台拖拉机上。——（版权所有：LBI ArchPro）

彼得罗内尔 - 卡农图姆（Petronell-Carnuntum）遗址的考古发掘工作早在 1870 年左右就已启动。但由于地下埋藏遗迹规模极为庞大，且已出土文物的修复过程耗时费力，截至目前，该遗址已发掘的面积尚不足其总面积的 1%。

采用最先进的 MALÅ 3D 成像雷达阵列MIRA探地雷达系统，成功生成了地下区域的高细节三维图像，角斗士建筑群遗迹由此得以显现。

“MALÅ MIRA 3D 成像雷达阵列系统呈现的清晰度，达到了我们通常只有在医学领域才能见到的水平。” 路德维希・玻尔兹曼研究所所长沃尔夫冈・纽鲍尔（Wolfgang Neubauer）如此解释道。

 

MALÅ MIRA前置安装于卡农图姆遗址的一台全地形车UTV上。——（版权所有：LBI ArchPro）

卡农图姆遗址曾是一座拥有 5 万人口的古城，位于维也纳以东约 45 公里处，在约 1700 年前盛极一时。这座古城是古罗马帝国的重要军事与贸易前哨，连接着帝国遥远的亚洲边境与其中欧、北欧领土，是当时帝国交通与战略网络的关键节点。

通过 MALÅ MIRA 探地雷达的测绘，一处角斗士学校的遗迹得以被发现 —— 目前该遗迹仍埋藏于地下。官方表示，从建筑结构来看，这处新发现的角斗士学校可与罗马著名的 “大角斗士学校”相媲美；且他们认为，奥地利这处遗址的细节完整性甚至超过了那处知名的罗马遗迹。

 

案例3: 通过MALÅ MIRA 3D雷达获得的一艘维京船的惊人发现

 

埃多伊号船：该船只的遗迹是通过地质雷达探测发现的。图片来源：曼努埃尔・加布勒（Manuel Gabler），挪威文化遗产研究所

在耶勒斯塔德维京船（Gjellerstad Viking ship）重大发现仅一年后，挪威文化遗产研究所（NIKU）的考古学家又有了惊人新发现。通过开展大范围考古勘察，并使用 Guideline Geo 公司先进的 MALA MIRA 成像雷达阵列技术，考古团队在挪威埃多伊地区（Edøy）发现了另一艘维京船只。与耶勒斯塔德维京船类似，这艘埃多伊维京船也位于地表正下方，埋藏在一处旧时古坟堆的遗迹中。从雷达探测数据中，能清晰看到一条长 13m的船龙骨轮廓；据初步估算，整艘船的长度约为 16～17m。

 

此次使用的雷达设备由 Guideline Geo 公司研发；而围绕该雷达的勘察方法与技术解决方案（包括后期处理软件），则由挪威文化遗产研究所（NIKU）联合路德维希・玻尔兹曼考古勘察与虚拟考古研究所（LBI ArchPro）及其众多国际合作伙伴共同研发完成。

 

案例4：探地雷达探测在蒙特阿古多城堡的考古工作中发挥了重要作用

 

为探测蒙特阿古多城堡（位于安达卢西亚地区）范围内潜在的考古遗迹，工作人员高效开展了探地雷达探测工作。此次探测发现的目标物，主要与该城堡历史上的原有建筑结构相关。探测区域位于城堡主体建筑外的一处高原上。该区域土壤结构自上而下为：不同厚度的人为填充层，其下方是起伏分布的石英岩与盐岩。高原上的探测范围面积为 7m×50m。

 

l 探测方法：探地雷达

l 使用设备：MALÅ GX 探地雷达系统，配备 450 MHz天线

l 测量参数：道间距为 5 cm（t指雷达相邻测量轨迹的距离，间距越小数据分辨率越高），时间窗口为 150 ns（影响雷达探测深度，此处参数适配区域地质条件）

l 数据处理与解译软件：Reflex2DQuick（常用于雷达二维数据处理）与 Object Mapper 2018（用于探测目标物定位与绘图）

 

 

蒙特阿古多城堡的探测区域

 

所有已完成测量的探地雷达剖面均以绿色标注，该探测区域的面积为 7m×50m

 

研究团队决定将探地雷达作为绘制地下潜在目标物的主要方法，核心优势在于：

l 高效且无损：探地雷达能够对大面积区域进行快速探测，同时不会对地下遗迹或遗址本体造成破坏（避免传统挖掘可能带来的文物损坏）；

l 探测精度高：探地雷达具备识别小型目标物的能力，这一特性对于发现体积较小的建筑构件、遗迹碎片等至关重要，能为后续考古研究提供更细致的地下信息。

在 7m×50m的探测区域内，探地雷达探测采用 “剖面网格” 形式开展：即通过布设相互配合的探测剖面，形成覆盖整个区域的探测网络，且相邻剖面之间的间距设定为1m，以确保探测数据能全面、均匀地覆盖目标区域，减少信息遗漏。

 

此次探地雷达探测的最大深度被限制在约 2.5m左右，原因是探测区域的表层填充材料导电性较强 —— 高导电性会导致雷达信号衰减加快，从而缩短有效探测深度。

尽管存在深度限制，在探测区域的高原范围内，仍识别并绘制出了大量疑似建筑遗迹的目标物，具体分布如下：

l 大部分已识别的目标物位于 1-2m深度处；

l 局部区域的 2-2.5m深度处，也探测到了一些异常信号（此处 “异常信号” 指与周围土壤介质特性不同的区域，通常暗示地下存在人工构筑物或遗迹）。

工作人员将这些异常信号的位置标注在地图上后发现，其分布以直线形态为主；其中部分直线的走向，与城堡上层城墙沿线塔楼的位置相重合 —— 这一关联为推断这些异常信号可能属于城堡同期的建筑遗迹（如墙体、通道等）提供了重要线索。

 

考古勘察使用的设备为 MALÅ GX450 探地雷达系统

 

雷达剖面图示例：在 0-2 米深度范围内可识别出若干双曲线（双曲线代表地下存在目标物），但受表层填充材料导电性影响，探测深度受到较大限制

案例5：耶路撒冷西墙的探地雷达探测：揭秘希律王时期建筑工艺

2020 至 2021 年，Geo–Sense 公司开展勘察项目期间，成功运用地探地雷达技术，对耶路撒冷西墙部分区域的方石结构与尺寸进行了探测研究。

公元前 1 世纪末，希律王规划了圣殿山建筑群，该建筑群于公元 1 世纪中期建成，如今仍是以色列境内具有纪念意义的建筑遗迹，其中大部分重要遗存保存完好，西墙便是其中之一。西墙全长近 490 m，高度达 19 m，另有约 10 m的墙体被掩埋在现地表之下。多年来，圣殿山及其采用巨型方石（建筑用石）的建造工艺一直备受关注。对西墙的勘察需采用无损方式，同时还要保证精度，以获取墙体内部结构信息。以往的勘察大多仅针对零星分布的方石，而本次计划通过地质雷达技术覆盖更大区域，进而揭示希律王时期的建筑工艺。

 

l探测方法：探地雷达

l使用设备：MALÅ GX 探地雷达系统，配备 450 MHz和750MHz天线

l测量参数：450MHz天线的道间距为 5 cm、时间窗口为 146 ns ；750MHz天线的道间距为2cm、时间窗口为75ns。

l反演与可视化软件（Inversion & Visualization SW）：由委托方自主研发。

  

在以色列耶路撒冷西墙的不同区域，使用 MALÅ GX450 雷达系统开展了测量工作。

由于分辨率对准确界定方石结构至关重要，因此本次探测选用了MALÅ GX雷达系统。该系统基于高动态范围（HDR）技术，能提供出色的带宽，进而同时实现高分辨率成像与良好的探测深度。

 

起初，工作人员并不清楚西墙中方石的尺寸，因此尝试使用了750MHz和450MHz两种天线。为获取这些古老石材的准确电磁波传播速度，团队首先对西墙外地面上铺设的方石进行了测量：将得到的雷达剖面图与方石的实际测量厚度进行匹配，由此确定了一个准确的速度范围——该速度范围为西墙内部隐藏方石的成像提供了关键参数。完成这一步骤后，工作人员才开始对西墙本体展开探测。

 

工作人员对地面上的方石进行了测量，将方石的实际厚度与雷达剖面图进行匹配，以获取准确的速度。

结果显示，受原料产地影响，所测方石的厚度差异较大，范围从 0.7 米到 3.35 米不等。因此，在 750MHz天线探测深度不足的区域，工作人员选用 450MHz天线对墙体进行测量；同时，在部分探测线路上，还采用了两种频率天线结合的方式开展测量。

 

借助 MALÅ GX 雷达系统开展的探地雷达探测，成功揭示了西墙的内部结构，并获取了墙体中方石（建筑用石）的厚度信息。此次探测结果得出以下结论：

1. 西墙并非由厚度均匀的方石砌筑而成；

2. 方石的厚度差异极大；

3. 当需要构建较厚的墙体结构时，会在单块方石旁铺设两层石材；

4. 方石的背面通常不像正面那样经过精细加工。