从洛阳铲到遥感物探：科技考古在我国的发展

袁靖

考古工作在探讨源远流长、博大精深的中华文明中起着十分重要的作用。考古学发展到今天，已经由原来通过发掘出土的遗迹、遗物的形状来确定一处遗迹、一个遗址、一个文化或类型的年代早晚、布局特征、文化面貌，建立完整的古代物质文化谱系和复原古迹的原貌，进一步扩大到全面探讨古代社会生活的各个领域。因为我们所面对的一处遗迹、一个遗址、一个文化或类型，实际上就代表了特定时空范围内的一段人类历史。

在考古学中进一步强调科技考古，是时代向考古学提出的要求，也是考古学本身发展的必由之路。经过多年的努力，在考古学中开展科技考古研究，经历了一个由逐步应用到全面推广的过程，这个过程正在给考古学研究带来一场革命性的变化，其深远意义和学术价值将在今后考古学的发展进程中不断体现出来。

科技考古在我国的发展

科技考古在我国经历了一个很长的发展过程。如果把科技考古的发展划分一下时间段，我把它分为形成期和发展期两个阶段。形成期是从20世纪20年代到80年代，发展期是从20世纪90年代至今。

自1920年开始，中国近代分析化学学科的开创人王琎率先对古代金属进行化学分析，探讨中国古代的冶金技术，这是自然科学研究人员主动介入到考古学研究之中，可以视为中国科技考古形成期的起点。

到了20世纪30年代，多位学者在几个考古遗址开展了一些跟自然科学相关的工作。如清华大学研究院和中央研究院历史语言研究所在发掘山西省夏县西阴村遗址、山东省章丘县（今属济南市）城子崖遗址和河南省安阳市殷墟遗址时，研究人员都注重对地貌、人骨、动物遗存、陶器、石器和绿松石等开展具体研究，其研究内容与现在所谓的科技考古的领域十分相似。但是后来，由于多种原因，此类研究停止了一段时间。

到了20世纪50年代初，历史又出现了相似的一幕，又是从事自然科学研究的人员参与到考古研究之中。中国科学院上海硅酸盐研究所的研究人员对考古遗址出土的陶器进行分析和研究。而后，夏鼐先生于1955年撰文，介绍刚刚问世的碳十四测年技术。到50年代末，当时还隶属于中国科学院的考古研究所开始建设碳十四测定年代实验室，这是考古学界开始主动参与建设和发展科技考古的标志。

到了20世纪60年代，中国社会科学院（以下简称“中国社科院”）考古研究所陆续开辟了碳十四测定年代，陶器、金属器的化学分析，体质人类学和动物考古等属于科技考古的研究领域。

20世纪70年代，北京大学历史系考古教研室（后来改名为北京大学考古文博学院）成立碳十四测定年代实验室。北京钢铁学院（后来改名为北京科技大学）成立材料与冶金史研究所，专门开展冶金考古研究。该院柯俊院士与复旦大学杨福家院士和中国科学院上海原子核研究所（后来改名为应用物理研究所）的研究人员合作，用质子X荧光分析的方法研究越王勾践的宝剑和秦代箭镞等。另外，中国科学院的干福熹院士早在20世纪60年代就开始尝试分析中国古代的玻璃质文物，70年代末已经比较系统地就我国古代玻璃的起源问题进行探讨，开创了一个崭新的研究领域。复旦大学的李郁芬教授于1974—1976年对西汉的透光镜进行研究，揭示了古镜透光的机制并首次复制成功，荣获1978年全国科学大会奖。

随着科技考古研究工作的推进，从事相关研究的人员希望加强交流，促进研究的发展。1988年5月，在广西壮族自治区南宁市召开了全国第一次实验室考古学术讨论会，这是全国从事科技考古的研究人员定期举办学术讨论会的开端，当时的科技考古还冠以“实验室考古”的名称。1991年4月，在河南省郑州市召开第三届全国科技考古学术讨论会，此次会议将会议名称由原来的全国实验室考古学术讨论会正式更名为全国科技考古学术讨论会。至此，科技考古的名称正式提了出来。

在科技考古的形成期，有一个最成功的案例。多少年来，考古界对于史前时期多个考古学文化的年代是无法做出准确断定的。对位于同一地区的多个考古学文化的早晚，可以依据地层上的叠压关系、类型学的排队顺序进行判断，但是对于它们距今是多少年，则完全建立在主观臆测和推论上，因为没有科学的方法进行判断，难以取得一致的认识。这种方法论的缺陷严重制约了史前考古学研究的深入开展。夏鼐先生领导了中国碳十四测定年代方法的建立，并将其成功应用于史前考古研究之中。1977年，夏鼐先生发表了著名的《碳-14测定年代和中国史前考古学》一文。他在文章中充分肯定了碳十四测定年代方法的作用，利用经过碳十四测定年代的近百个数据，全面整理了中原地区、黄河上游甘青地区、黄河下游地区、长江中下游地区的新石器时代遗址的绝对年代，初步建立了中国史前多个文化的年代框架，使中国的多个新石器时代考古学文化有了确切的年代序列，我们知道其分别是从距今约多少年前开始的，大致延续了多少年，从而可以在全国范围内的同一个年代框架下进行横的和纵的比较，得出科学的认识。这个结果推动中国史前考古进入了一个新时代，可以称为20世纪史前考古学的一场革命。这在中国科技考古史上永远是一个经典案例。

自20世纪90年代开始，在全国范围内逐步形成一个建设和完善科技考古研究机构、推动科技考古快速发展的高潮，科技考古进入快速发展期。

在机构建设方面，除中国社科院考古研究所建立了科技考古中心（刚成立时叫考古科技实验研究中心）外，国家博物馆考古部建立了遥感与航空摄影考古中心，吉林大学成立了包括古代人骨体质人类学与遗传基因研究、地理信息系统在考古中的应用、环境考古学、动物考古学等在内的边疆考古研究中心。早在1975年，北京大学考古文博学院科技考古实验室的前身考古年代学实验室就自主研发出我国第一套液体闪烁计数碳十四年代测定系统。2005年，北京大学的加速器质谱碳十四测年参加了由国际原子能机构组织、由全世界60多个实验室参加的第五次国际标准碳十四样品比对测量，北京大学的测量结果在一个标准误差之内，进入了全球碳十四测年实验室前5%的行列，达到世界领先水平。现在，北京大学考古文博学院科技考古实验室的研究范围包括年代学、GIS考古、人骨考古、动物考古、植物考古、同位素分析、古DNA研究、考古化学、冶金考古、陶瓷科技考古、定量考古等多个学科，是国内高校中体系最为完整的科技考古实验室。

这里还想提到一所高校，这就是复旦大学。2017年，我受邀组建复旦大学科技考古研究院，并担任首任院长。6年来，在我的带领下，科技考古研究院从最初仅有3位研究人员，扩充到现在有15位研究人员。从最初的实验室面积为0，扩大到现在有环境考古、人骨考古、动物考古、植物考古、同位素分析、古DNA研究、陶瓷器科技考古等7个实验室，实验室面积达到600多平方米，还拥有多台大型仪器设备。我们的课程设置在新文科建设的布局下逐步走向体系化、多元化。除出版数十本包括复旦科技考古文库在内的专著、考古调查和发掘报告、图录和科普读物之外，还发表了大量中英文论文和相关文章。

在上述研究机构的建设和随之而来的研究领域的拓展以外，中国科技考古的大发展还集中体现在以科技部为主的国家有关部委支持的多个大型研究项目和课题上。

以科技部为主的国家有关部委支持了多个大型研究项目和课题。比如， 1997—2000年的国家“九五”重点科研项目“夏商周断代工程”，由来自历史、考古、天文、碳十四测定年代等人文社会科学和自然科学等不同学科的专家共同完成。2002—2003年实施的“中华文明探源工程预研究”，在延续“夏商周断代工程”的碳十四测定年代的研究之外，新增加了环境考古和冶金考古两个新的研究领域。2004—2005年实施的“十五”国家科技攻关计划重点项目“中华文明探源工程（一）”则在碳十四测定年代、环境考古、冶金考古等3个研究领域之外，又增加了植物考古、动物考古、食性分析、动物的古DNA研究、陶器成分研究、玉器和石器的工艺研究等多个新的领域，参与研究的人员涉及地球科学、物理学、化学、生物学等多个自然科学基础学科。2004—2016年实施的“十一五”“十二五”国家科技支撑计划重点项目“中华文明探源工程（二）（三）（四） ”则在原来的基础上，又增加了人骨考古和地理信息系统在考古学研究中的应用等，这个项目基本上涉及科技考古的各个主要领域。2020年启动的“中华文明探源工程（五）”的最大特点是研究人员的年轻化，从两位首席科学家到各个课题的负责人都从50后换成60后、甚至70后，后继有人是我们的科技考古事业持续发展、兴旺发达的根本保证。

我与科技考古的结缘

我1978年考入西北大学历史系考古专业。我们上大学时，老师们给我们讲授的课程很多，有旧石器时代考古、新石器时代考古、商周考古、秦汉考古、隋唐考古等各个时期的考古知识。旧石器时代考古，主要是考察不同时空范围内各类打制石器的种类和特征如何。新石器时代考古，包括不同时空范圍内的半地穴式或杆栏式建筑的房址，土坑竖穴形式的墓葬，壶、罐、盆等各类陶器，石斧、石刀等各类石器这些内容。商周考古，除上述的涉及房址、墓葬、陶器、石器的内容之外，还包括贵族的大型墓葬、王的带墓道的墓葬，特别值得一提的是造型独特、纹饰繁缛的青铜器。秦汉及以后的考古，则除房址、墓葬和各种器物之外，还包括大型的城址、帝王的陵墓等。虽然各个时期的考古有各个时期的内容和特点，但是如果高度概括的话，可以用两个字来形容，这就是“形状”，即考古发掘出土的人工遗迹和遗物的“形状”。后来的学者评论那个时期的考古，尤其是石器时代的考古，将其称为“文化历史考古”，实际上就是对属于各个时期的考古学文化的人工遗迹和遗物的形状进行研究，目的是建立全国范围内的考古学文化谱系，探讨分布于不同地区、不同时期、具有不同物质文化特征的考古学文化。

1982年，我进入中国社科院研究生院考古系，师从石兴邦先生学习新石器时代考古。硕士毕业后，我留在中国社科院考古研究所工作。开始知道科技考古，还是缘于新中国考古工作的主要指导者和组织者、中国现代考古学的奠基人之一夏鼐先生。20世纪50年代初，美国科学家利比（W. F. Libby）发明了放射性碳素测定年代的方法，测定考古遗迹和遗物的年代。1960年，利比因为发明这个方法，获得了诺贝尔化学奖。夏鼐先生早在1955年，就在《考古通讯》上介绍了利比发明的放射性碳素测定年代方法的重要性，并建议在国内建立实验室进行测定年代的工作。当时夏鼐先生的这篇文章距离利比发明这个方法的时间只有5年，距离介绍这种测定方法的著作的出版只有3年。可以说，夏鼐先生当时紧跟国际学术前沿的最新动向。在夏鼐先生的直接领导下，中国社科院考古研究所在20世纪50年代末，从中国科学院高能物理研究所引进仇士华和蔡莲珍两位先生到考古研究所筹建碳十四断代实验室。到1965年5月，碳十四断代实验室开始测定出第一批标本的年代数据。在那段时间，考古研究所还在夏鼐先生的大力推动下，引进人才，开展了体质人类学研究，动物考古学研究，陶器、青铜器等器物的物质结构和化学成分分析等，初步构建起一支具有多个领域的研究团队，在当时全国考古界开风气之先，起到了很好的领军作用，也为中国社科院考古研究所在20世纪90年代后期组建科技考古中心奠定了极为重要的基础。

但需要指出的是，受大环境的影响，中国考古界当时的主要任务是建立考古学的文化谱系，夏鼐先生的远见卓识并没有为一般考古研究人员所重视，跟科技考古相关的研究也没有在考古界得到很好的宣传和推广。所以，很多考古专业的研究人员对涉及我们现在称之为“科技考古”的内容也并没有什么深刻的认识。

就我自己来讲，从到中国社科院考古研究所攻读硕士研究生起，我就认识了在考古研究所从事科技考古的多位学者，对他们十分尊重。但是我对他们的研究了解不多，当时的全部心思都放在学习文化谱系研究上。现在回想起来，我真正开始认真思考跟科技考古相关的内容，还是从到日本攻读博士学位开始的。

1 9 8 9年3月，我第一次见到我的日本导师加藤晋平教授。加藤教授在确认我希望跟随他攻读博士学位后告诉我，关于我读什么方向的博士，他有三条建议：第一条建议是继续学习中国新石器时代考古。他看了我的硕士论文，认为在中国，新石器时代考古中还有很多问题需要探讨，虽然他自己不是做这方面研究的，但是他可以给我提供研究环境，让我继续研究。不过，他很幽默地说，如果我选择这条路，那似乎没有必要到日本来留学。第二个建议是学习日本绳纹时代考古。加藤教授是日本绳纹时代考古的大家，不但著书立说，还培养了多位日本绳纹时代考古方向的博士，他说有信心把我培养出来。但是他话锋一转，说你拿到这个博士学位回国后，如何继续获得日本的新资料、如何继续开展这方面的研究也是个问题。因为当时远没有像现在这样拥有互联网、可以随时查阅资料那么方便，甚至连电子邮件也没有，全靠邮局寄送的信件联系。日本每年发掘的项目有数千项，新出版的报告、书籍和论文数量巨大，从当时的情况看，这些印刷品绝非轻易可以获取的。这确实是一个必须认真思考的问题。第三个建议是学习20世纪后半叶兴起于西方考古学界的环境考古学和动物考古学。这是国际考古界的前沿学科，学习这些国际考古界的前沿理论和方法，将来回国后可以运用中国的材料开展这方面的研究。这个建议对于我而言极富前瞻性，深深地打动了我，于是我决定改变自己的知识结构，选择将环境考古学和动物考古学作为自己的学习目标。

后来通过学习我认识到，日本、欧美的考古学界在完成考古学文化谱系建设后，通过加强考古学与人文社会科学、自然科学相关学科的紧密结合，建立起新的理论和方法，开辟新的研究领域，从多个崭新的角度开展研究，把考古学研究推进到一个新的层次。环境考古学和动物考古学这两门学科正是欧美学者在推动考古学前进的过程中逐步建立和完善起来的，而从更大的范围来说，这些都属于科技考古的范畴。

1993年，我拿到博士学位后回国，开始在国内从事动物考古和环境考古研究，并且做得有声有色。但是由于学科发展的需要，我开始从全局出发思考科技考古的大局。其缘由是自20世纪90年代开始，在世界考古界逐步形成一种新的潮流，即能否在考古学研究中更加广泛、有效地运用多种自然科学等相关学科的方法和技术，进一步推动学科的发展，已经成为衡量一个国家考古学研究水平的极为重要的标尺。

1995年，中国社科院考古研究所的领导高瞻远瞩，顺应世界考古学的发展潮流，决定成立科技考古中心。中心刚刚成立时的第一任主任是吴家安先生，我担任副主任，由此我也开始从科技考古学科发展的高度来思考考古研究所的科技考古工作。1997年，吴家安先生调到国家文物局文物研究所担任所长，我接替他，先是担任中心的代主任，后来担任主任，终于挑起了负责推进考古研究所科技考古发展的重任。

回忆我担任中心主任期间比较满意的事情，第一件就是在院所领导的支持下，在所内外考古研究人员的帮助下，我带领中心的全体人员齐心协力，把中心建设成了当今世界上从事科技考古研究门类相当齐全、研究资料极为丰富的机构之一，成为东亚地区名列前茅的科技考古研究基地，在中国考古界更是独树一帜。

中心能够得到大家的认可，首先是我们有正确的研究思路。我们时刻强调以考古学的研究目标为导向，以考古学需要其他学科参与探讨的内容为科学问题，以国外同行们的相关研究为参照，把自然科学多个学科的方法技术跟考古学资料的出土状况、科学获取过程紧密地结合在一起，通过各个方面的探讨，从整体上拓宽考古学研究的视角与领域，提升考古学研究的效率和精度。

我们科技考古中心涉及的研究领域，主要包括遥感考古、物探、考古地理信息系统、碳十四测定年代、树轮分析定年、环境考古、土壤微结构、人骨考古、动物考古、植物考古、木材研究、古DNA研究、碳氮稳定同位素分析、锶同位素分析、残留物分析、冶金考古、陶瓷器科技考古、玉器科技考古等，这些都是涉及国际考古界相关研究的前沿领域。多年来，我们取得了一系列研究成果。拿我个人来说，不但在国内外的著名刊物上发表多篇研究论文，还出版了《胶东半岛贝丘遗址环境考古》，这是国内第一本系统阐述环境考古思路、方法和實践的专著，获得中国社会科学院优秀科研成果奖。我的《中国动物考古学》也是国内第一本系统阐述动物考古的理论、方法和实践的专著，也获得了教育部优秀科研成果奖。从2015 年至2020年，我被爱思唯尔（Elsevier）旗下的Scopus数据库分别列入2014年至2019年世界高引用科学家名录中的中国（包括港澳台地区）人文艺术类前五名。

另外，还有一件值得称道的事，就是我主编了《科技考古的方法与应用》一书。这本书2012年出版后，半年之内即告售罄，被评为2012年全国文化遗产最佳图书。该书阐述了如何与田野考古密切结合，通过考古勘探、年代测定、环境考古、人骨研究、动物考古、植物考古、食性分析、古DNA研究、物质成分结构分析与工艺研究等，科学地再现考古学文化的绝对年代，当时的自然环境状况、演变及人类与之相适应的互动关系，居住在不同地区的人群的体质特征和健康状况，各个时期人类的食物种类，人类采集、狩猎、种植、养殖等一系列获取食物资源方式的演变过程以及进行随葬和祭祀活动时使用各种动植物的特征，人类制作各种器物的方法、原料及发展过程，文化与文化之间一些特殊因素的交流等内容。

这本书获得如此肯定，我想是因为有如下特点：一是与国际考古学界通用的科技考古方法基本接轨，同时符合中国考古学发展的实际需要；二是既认真考虑在包含多种遗迹与遗物的遗址里如何全面开展科技考古工作，又充分兼顾在考古发掘现场对某类遗迹和遗物的采样及实验室内处理、鉴定、测试和研究的整个过程；三是面向全国的考古研究人员，帮助他们做到看得明白、想得全面、用得得当，注重强调思路上的可行性和应用上的可操作性；四是从科学的角度帮助学生全面掌握科技考古的思路和方法，为当前国内的考古专业的教学提供极大的帮助。用同行的话来说，这本书顺应中国考古学发展需要，应用性极强，是填补空白的创新之作。

科技考古的丰硕成果

这里举一个典型的实例——河南省偃师市二里头遗址考古，这是科技考古全方位介入考古遗址发掘与综合研究的一个精彩案例。

河南省偃师市二里头遗址被认为是夏朝的都邑，在中华文明形成与早期发展过程中是一处极为重要的都邑性遗址，在夏商周考古中具有举足轻重的地位。该遗址现存面积约300万平方米；可分为4期，主要文化遗存属二里头文化；累计发掘面积达万余平方米，发掘大型宫殿建筑基址数座，大型青铜冶铸作坊1 处，绿松石器制造作坊1处，与制陶、制骨有关的遗迹若干处，与宗教祭祀有关的建筑遗迹若干处，以及中小型墓葬400余座，其中包括出土成组青铜礼器和玉器的墓葬。此外还发现并发掘了大量其他遗迹和丰富的遗物。二里头遗址是当时中国乃至东亚地区最大的城市遗址，发现有迄今所知中国最早的宫殿、最早的城市干道网、最早的宫殿建筑群、最早的青铜礼器群及最早的官营作坊等。其规模宏大、布局严整，开中国古代都邑制度之先河。多年来，我和其他考古研究人员合作，组建包括碳十四测定年代、环境考古、人骨考古、动物考古、植物考古、木材研究、碳氮稳定同位素分析、锶同位素分析、古DNA研究、残留物分析、冶金考古、陶瓷器科技考古、玉石器科技考古等众多科技考古研究人员组成的团队，聚焦这个遗址，开展了全方位的工作。

中国社科院考古研究所的许宏研究员和我共同主编的《二里头考古六十年》（2019年出版）全方位地展示了我们的研究成果。其中涉及科技考古的研究结果表明，二里头遗址的绝对年代大致为公元前1750年至前1520年。当时的气候温暖湿润，二里头遗址的居民在土质肥沃、距离邙山不远、濒临伊洛河的二级阶地上建立居住地，气候条件和遗址所在的自然地貌都是十分适宜人的生存、社会的发展以及对其统领范围内众多聚落进行控制的。当时人的主体体质特征为“古中原类型”，外来人口占到一定比例，从食物结构看也能分出不同的人群，他们的健康状况较好。持续发展的多品种的农业生产能够为社会的稳定发展提供粮食保障，多品种的家畜饲养也保证了肉食来源，当时可能还存在对绵羊进行次级产品开发的行为，从一个特定的方面扩大了对于资源的充分利用能力。可持续发展的农业是社会发展的最为重要的经济基础。金属资源的开采、冶炼及长距离的调控方式已经形成，创立了青铜器组合范铸技术，金属器制作工艺开始成熟，它们都属于王专门掌控的生产部门。陶器制作的规模化生产进一步稳定，出现了专门用于礼仪或王及贵族专用的陶器生产部门。制作玉器的技术更加专业化，可以进行规模化生产，其产品是为贵族专用的。当时已经能够做到依据石器的功能特征选择合适的石材制作石器。制作骨角器的技术具备规范化的特征。手工业生产部门的专业化、规模化和规范化不仅可以极大地提高统治阶层及居民的物质生活水平，青铜器、陶礼器和玉石礼器还成为礼仪和等级制度的重要象征物品，这些生产部门的组织架构和运行能力在完善上层建筑的统治中发挥了特殊的作用。

在以往从研究人工遗迹、遗物的形状特征切入进行考古学的探讨、取得成果之外，二里头遗址的科技考古研究结果令人耳目一新。这些研究成果全方位地充实了我们对于二里头这一广域王权国家的认识，实证了二里头文化高度发达的经济状况、控制网络和统治文明。

进入新时代以来，国家高度重视考古工作，科技考古取得了明显进展，体系化的科技考古队伍已经逐步发展完善，在各地建立的科技考古实验室已经普及到了各省级考古研究机构和开设考古学专业的主要双一流、985、211 高校，众多引人注目的科技考古研究成果如雨后春笋般涌现。我作为政协委员，也积极为科技考古在我国的发展建言献策。

如今，科技考古的重要性越来越得到学术界的高度认可，支持科技考古、依靠科技考古、发展科技考古，已经成为整个考古学界的共识。相信未来中国的科技考古事业必定会百尺竿头更进一步，为建设中国特色、中国风格、中国气派的考古学作出新的更大的贡献。

（摘自《纵横》2024年第2期。本文图片由作者提供）