浅议地质学在考古学中的应用1

1、浅议地质学在考古学中的应用学院：土木与力学学院年级：2012级专业：建筑与土木工程姓名：学号：日期：2013年6月浅议地质学在考古学中的应用xxxx兰州大学土木工程与力学学院摘 要考古学和地质学是两个不同的学科。两者在学科性质、研究对象、目的等方面存 在着一定的差别。但就考古学的研究过程而言，它在很大程度上要求助于各有关的自然科 学的技术和手段，尤其是地质学中的第四纪地质学、地层古生物学、岩石矿物学、地球化 学等，从而使我们能够更全面地和科学地提取遗址中的信息，认识并恢复古代人类社会 的历史。从这方面讲，考古学的发展和地质学息息相关。两者相互作用，交叉渗透，使两 者本来存在的关系，显示得愈来愈

2、密切，即产生了新的边缘学科一地质考古学和考古地质 学。关键词 地质学考古学关联应用1引言第四纪地质学是哺乳动物和被子植物高度发展的时代，人类的出现是这个时代最突出 的事件，而考古学是根据古代人类通过各种活动遗留下来的物质资料，以研究人类古代社 会的历史，与众多学科有着密不可分的联系，尤其是与地质学中第四纪地质学、地层古生 物学、岩石矿物学、地球化学等。运用地质学知识研究考古学，使我们能够更全面地和科 学地提取遗址中的信息。2考古学和地质学的研究对象及方法地质学是以地球为研究对象的一门自然科学。地质学主要是研究固体地球的表层一岩 石圈，研究其物质组成，形成，分布，及演化规律。研究地球的内部结构，

3、地表形态及其 发展变化的规律性。地质学产生和发展是受到十九世纪赖尔的地质学原理的影响。为十九 世纪几乎所有的地质研究提供了理论和方法的指导。地质学的分支学科有结品学、矿物学、岩石学、地貌学、地史学、地层学、古生物学、 第四纪地质学等。地球是一个庞大而复杂的星体，在地质学的研究方法主要考虑的是研究 对象的地域差异巨大，经历时间悠长，地质过程复杂的特点。主要研究方法则是“将今 论古”的历史比较法。在十九世纪，汤姆森的北方文物指南（Guide to Northern Antiquities）（丹麦版， 1836；英文版，1848年）对考古学的产生和发展很重要。为十九世纪几乎所有的考古研究 提供了理论

4、和方法的指导。考古学属人文科学范畴，是历史科学的重要组成部分。研究对象是考古学文化所代表 的古代人类社会的历史。也就是根据古代人类通过各种活动遗留下来实物（包括各种遗迹 和遗物）以研究人类古代社会的历史。收集这些遗迹和遗物，必须经过科学的调查发掘， 才能被系统地、完整地揭示和收集。考古学的研究基础在于田野调查发掘工作。考古学最初是受到地质学的启发而逐步发展起来的，将地质科学中地层学的基本概 念和一套描述记录方法应用于历史学。但考古学研究的地层和地质学研究的地层并不相 同。因为前者是人类活动造成的，而后者是自然力量形成的。考古学作为一门科学，有它 自己一套完整、严密的方法论。即考古遗址发掘中的地

5、层学和考古资料整理中的标型学。考古学的局限性考古学属于社会科学范畴，但就考古学研究过程而言，在技术方面有很多局限性，很大 程度上要求助于各有关自然科学的技术和手段，尤其是地质学、地理学、生物学、生态学 等，从而使我们能够全面地和科学地认识古代人类社会的历史。随着各种自然科学和技术科学都有快速的发展，其他学科技术手段在考古学上的应用 比前一时期更为广泛和普遍。例如，在勘察方面，除利用空中摄影技术探索地面上的遗迹 以外，还利用“地抗力”的测定法以探测埋藏于地下的遗迹。在分析、鉴定方面，则应用 地质学、物理学和化学的方法判别岩石、矿物和金属制品的质地和成份，应用体质人类学、 动物学和植物学的方法以鉴

6、别人骨的性质、兽骨的种类和农作物的品种等。如果考古钻孔 (尤其是钻到文化层时)能有土壤地球化学分析工作的配合，将会获得丰富的地学考古信 息。随着遥感技术迅猛的发展，各种高精度地球物理勘查仪器的推出，特别是探地雷达及 低温探针在考古勘查中的成功应用，不仅提高了考古发掘的准确度，而且在一定程度上能 达到考古学家希望的不发掘就能获取考古资料的目的。地质学对考古学的影响考古学者一般认为，西方的古物学(涵义基木同于中国金石学)是现代考古学的前 身。但是，现代考古学的出现，不是古物学的自然延伸，而是地质学、生物学的某些理论、 方法渗透到古物学的结果。从这两个学科借用过来的，并经过考古学家不断修订使其愈益

7、适用于研究考古遗存的层位学和类型学，至今仍是考古学的基础理论和方法。不论中西方，地质学对考古学的发展都起了关键作用。4.1西方考古学对人工制品进行岩石学研究的最早地质学家之一是法国矿物学家(A Damour)博士，于 1864年分析了一批凯尔特人使用的硬质石斧及以后几年又分析了黑耀岩制品，并探讨了 其可能的来源，开创了地质学者研究考古遗存的先河。地层学在地质学中首先发生，经历了很长时间后来才引进到考古学里面来的。在十八世纪末期，地质学家威廉斯密斯(William Smith,1769-1839)曾根据自己 的一系列的观察，为建立一连串的地层系列作了准备。到十九世纪早期，他又进一步证实 这种地层

8、系列可以表明年代，根据是不同地层里的不同化石。到1830-1833年，查尔 斯赖尔(Charles Lyell)发表地质学原理，标志着地层学的成熟。在考古学史上, 第一次考虑到发掘时应注意地层关系的是后来曾任美国第三任总统的托马斯杰弗逊 (Tomas Jefferson， 1743-1826)。他于1784年在美国弗吉尼亚洲发掘一个印第安人墓葬 时，已提出了这个看法。1871年德国考古学家施里曼(H.Schliemann)将地层学的基本原理和一套描述记录方 法应用于特洛伊古城的发掘中，建立了该古城的考古文化层序，考古地层学形成了一套较 为完善的理论，现代考古学逐渐发展起来。4.2中国考古学无论

9、是西方的古物学，还是中国的金石学，在向现代考古学发展过程中，地质学都 起了关键性的作用。中国考古学比西方发展得晚。最早在中国进行考古活动的是一些外国学者。从1894 年甲午战争以后到民国初年这段时间里，先后在中国从事考古活动的有日本人、俄国人、 法国人、英国人、瑞典人和德国人。而中国人自己开展的考古活动最初是由地质学家参与 并和外国专家合作进行的。1914年初，著名瑞典地质学家安特生接受北洋政府的邀请来华 作矿政顾问，他曾到北京的周口店进行考察和发掘。“但直到20世纪20年代，以田野调 查发掘工作为基础的近代考古学才在中国出现”，这又与地质学家的贡献分不开的。1921 年，奥地利古生物学家师丹

10、斯基来华，在安特生的安排下去北京周口店进行发掘。1926年 10月5日北京协和医院教授加拿大人步达生提议由洛克非勒基金会资助，系统发掘周口店 人类遗址。他与中国地质调查所所长翁文撷具体商量周口店研究计划，并在“中国古生 物学志”上合作发表研究论文。1927年，由地质学家李捷和瑞典古生物学家步林生主持, 在前人工作的基础上，开始对周口店猿人遗址进行大规模的系统发掘。1929年，前中国地 质调查所成立了由著名地质学家丁文江任名誉主任，地质古生物学家杨钟键任副主任， 地质占生物学家裴文中负责野外工作的新生代研究室，组织中国猿人化石的野外工作和 室内研究。1931年进入中国地质调查所新生代研究室工作的

11、著名第四纪地质、考古学家贾 兰坡先生接替裴文中，继续周口店的发掘。他们在周口店北京猿人的发现和研究上取得了 世界人类化石研究史上划时代的重要成果。此外，新石器时代“仰韶文化”遗址的发现 与发掘也包含了地质学家的功劳。1921年，安特生和师丹斯基及地质学家袁复礼参加了河南泥池仰韶村遗址，从中发 掘出一批石器和陶器。一般认为，中国的近代考古学是从1921年河南泥池县仰韶村遗址 等处的发掘才开始的。地质学家袁复礼等1926年还参加了由中国学者李济第一次主持的 山西夏县西阴村仰韶文化遗址的发掘。此外，他又参加了 1927-1935年的西北科学考察团, 为这一带的史前文化提供了崭新的认识。可以说，20世

12、纪20年代后期建立的中国现代考 古学是由一代地质学者和考古学者共同奠基的。由于种种原因，从20世纪20年代以来的半个世纪中，地质学界对考古，尤其是对新 石器以来的田野考古尚未发挥应有的作用。80年代，随着地质学史研究的深化，尤其是旅 游地质的崛起，地学界一些人又开始把注意力转向考古学领域，并又取得了一批丰硕的 成果。如1981年谢学锦学部委员倡议将勘探地球化学中的汞量测量技术应用于秦始皇陵, 中科院物化探所在秦陵封土中发现了平均值为205X 10-9，面积达12000m2的强汞异常，证 实了史记秦始皇本纪等史籍中关于秦陵地宫曾“以水银为百川江河大海”的记载 是可信的”；环境考古学便是考古学与地

13、质学结合的产物。中国科学院地质研究所周昆叔 先生等从60年代开始将孢粉分析应用于古代文化的研究，为认识我国史前的和历史时期 不同时代考古遗存分布区内的古地理、古气候、古植被特征和人类的生存环境作了有益的 探索；1992年，北京大学考古系和地质系、地理系联合对驻马店市及邻区龙山、二里头文 化的先人生活环境进行了调查，并采集了大量的文化层和非文化层样品(包括土壤、容器 内含物、动物骨骼、大植物遗存等样品)，以及当时人类活动区周围的古河床、湖泊沉积 物样品。其研究了解当时人类活动的自然环境；了解一些农作物的起源和迁移路线，了解 区域内遗址的时空分布与自然环境变迁的关系。另外，把人类活动的地质效应结合

14、到环境 变迁的研究中亦是全球变化研究项目中的一个重要组成部分。中国地质科学院闻广先生多 年来一直致力于我国古代青铜器和玉器矿料来源研究，提出了“中原找锡论”和“内 地找玉”的设想。他通过研究软玉的显微结构和稳定同位素&O18特征，为在非区域变质 带的接触变质带中寻找此类软玉提供了理论依据，并导致了江苏傈阳小梅岭透闪石软玉 矿的发现。岫岩透闪石玉矿的发现，也是考古学与地质学结合研究的成果。他们通过研究 红山文化玉器玉料特征色与显微结构，为与和田玉明显不同透闪石软玉，加大了在当地 找矿的力度，后发现了透闪石玉矿。经对比研究，兴隆洼文化和红山文化玉器中的玉料来 自岫岩的可能性最大。与此同时，找到了判

15、断古玉产源的方法。这种结合，不仅有利于考 古学的发展，同时也有利于地质学的发展，对地质学来说，比较突出而现实意义尤著的 是应用于地质找矿。此外，许多地质单位和地学工作者还利用遥感、物化探等手段参与地 质考古工作都取得了有意义的成果。考古中玉器、铜器层出不穷的发现，也为地质界探讨 矿物的开发利用历史提供了丰富的物质资料。中国现在考古学在20世纪20年代兴起以后，虽不断从始于北宋的金石学吸收了不少 营养，但这一学科的出现，不是我国金石学发展的结果，而是从西方传入的。中国老一辈 考古学家与地质学家之间的合作，奠定了中国史前考古学研究的地质学传统，也在不知不 觉中对考古学和地学之间的结合进行了初期的探

16、索与实践。上世纪80年代是中国考古学派和具有中国特色的考古类型学的完善和成熟时期，我国诸多考古学 家对考古类型学进行了深入的研究和科学的阐释，考古类型学的理论与实践和兖州西吴寺的出 版，成为这一时期考古学理论与实践相结合的范例。老一辈考古学家与地质学家之间的合作，奠 定了中国史前考古学研究的地质学传统，也在不知不觉中对考古学和地质学之间的结合进 行了初期的探索与实践。5.地质考古学和考古地质学是地质学和考古学紧密结合的结晶物质遗存是考古学实现研究对象所凭藉的资料。物质遗存内涵丰富。正像不同学科能 够从文献史料摄取自己所需要研究信息一样，物质遗存也蕴藏着可供许多学科吸收的十 分广泛的信息。即使一

17、件石器也辐射出岩石、功能、造型及制造工艺等方而的信息。因此， 考古学不可能研究全部物质遗存，甚至也不可能研究那些由考古学家调查、发掘所获得的 物质遗存。因之，为了实现对物质遗存所反映的信息进行比较深入、全而的研究，必须实 行考古学与包括自然科学在内的诸学科的协作。并且，只有这样，才能超越这些学科而站 在更高一级层面上探讨历史的奥秘。运用自然科学的技术和方法所做的考古学研究被称为科技考古学(ArchaeologScience)。根据实际应用的有关学科的技术和手段不同，科技考古学儿乎涉及自然科学和 社会科学的所有学科。古人类的出现和进步是第四纪地质时期的一个特大事件。人类本身 就是地质历史的产物，

18、而早期人类的遗迹通常作为地质现象被埋藏在地层之中，形成一 种特殊的第四纪沉积物。考古学家所划分的旧石器时代、新石器时代、铜石并用时代、青 铜时代、铁器时代乃至人类发展的每一个时期，人类要不断地认识和适应其赖以生存的地 质地理环境，又要努力获取生产工具和生活器具，几乎无时无刻地不在认识和利用各类 矿物岩石资源的特性和功用。因此，就物质文化而论，人类的进化史和社会发展史无疑是 一部地质矿产资源的发现利用史。既然人类的进化和发展与地质矿产资源有着密切而广泛 的有机联系，那么在当代科技考古研究中，地质学就应发挥其积极的促进作用。夏鼎先生力主考古学应与相关学科渗透，要求重视“物质文化与自然环境的相互作

19、用”的研究，并明确指出“地质学对于考古学影响最大”。俞伟超先生也说.“当今 的考古工作者必须和地学工作者携起手来，发展环境考古学，进而开创考古学的新时代， 搞清人类历史的真实面貌，最终为全人类改善现有的生存环境而奋斗”早期地质学家与考古学家的合作始于十九世纪中叶。十九世纪在西方对绝灭动物骨 骼、人类遗存和人工制品及与其有关问题的研究，代表了尚未成熟的考古学与地质学的自 然结合，由此产生的大量资料对于这两门学科的发展都是有用的。Leonard Horner于1851年首先有效地把历史学应用到地质学中，他选择了埃及作为 理想的地区，因为这个地区包含有古老的人文结构，又有在其历史上与之紧密相关、均匀

20、 作用的地质媒介，即尼罗河及其冲积层。所以，研究尼罗河谷地的河流冲积层的形成，地 质学家和历史学家都有极大的兴趣。Horner把这个课题向英国伦敦皇家协会提出，得到了 许多人的支持和大量的经费的资助。然后，他安排发掘了几个探坑。尽管他对尼罗河冲积 层速率的推理和方法均是对的，但是他的最后估计却被许多人质疑，其中包括赖尔木人。 他通过具有确切年代的有关人工材料来决定地质过程速率的方法得到英国和欧洲大陆（特 别是法国）地质学家的承认，并认为是合理的研究策略。这种早期的地质学和考古学的合 作研究成果发表于当时不知名的考古杂志上（法国巴黎，1864年），所以没有得到应有的 影响作用。1859年，由地质

21、学家和考古学家组成的非官方的调查考察团，前往法国北部的有名 的旧石器时代遗址（Abbeville）阿布维利考察。这次考察考古学的代表约翰-伊文思 爵士 （Sir John Evans）,地质学的代表是约瑟夫 泼利斯特维治爵士 （Sir Joseph Prestwich）。在人类历史上发现旧石器时代是考古学和地质学相结合的结果，而这又标志 着考古学的一个巨大转折。1867年国际人类学和史前考古学大会在巴黎召开，会上有六个主题，其中前2个主题 是与地质学有关的，艮P（1）人类存在的最早遗迹的地质条件及动物群和植物群特征？自从 最早的人类遗迹以来，陆地和海洋发生了什么变化？（2）洞穴是不是都曾被人类

22、居住？是 否属于一个人种?如不是这样，居住期应该怎样划分？每一期的基本特征怎样？十九世纪末至二十世纪初，W.H.Holmes （考古学家）被任命为当时才刚成立的地质学 杂志（美国Journal of Grology ）考古地质编辑。他的任命表明当时对这门亚学科的承 认。随后，“美洲人类文物”被作为美国地质协会理事长(Raphael Pumpelly)还在俄罗斯 的Turkestan讲解了考古地质的野外工作方法(1906)。Pumpelly是一位地质学家，他早期 在中国和俄罗斯进行过调查工作，这使他体会到史前文化和区域自然坏境是相互依赖地 在演变着。Pumpelly不仅对人工制品很珍惜，而且认为

23、所有的发掘遗存都有价值。他系统 地采集了所有的动物骨骼，以了解驯化动物的起源。在出版的发掘报告中，他和他的合作 者们共同研究了区域地貌，分析了金属人工制品、动物骨骼、人类遗存、石器和古人类植 物学材料，还提到了采用植硅石(phytolith)来证实栽培植物在某些发掘层位中的存在。 那时，由于没有测定年代的方法，Pumpelly就根据沉积物的聚集速率自然地推算了 Anau 文化层的年代。尽管不很精确，但是，在De Geer的纹泥法和Doug Lass的树木年轮法以 前，这个地质学方法对于考古学家来说是唯一适用的测定绝对年代的方法。地质考古学(Geoarchaeology)和考古地质学是地质学与考

24、古学紧密结合，相互作 用、相互渗透而产生的新的边缘学科，是科技考古的重要组成部分。它是利用地质学的基 本原理和技术工作方法去研究古代遗存所包含的具有考古学意义的地学内容，以便为古 代历史的复原提供地学科学的判定和指导。地质考古学的内涵涉及与考古学有紧密关系的 地学的许多方而，如第四纪地质学、环境地质学、矿物岩石学、矿床学及经济地质学、地 球化学、地史古生物学、工程地质学、遥感及物探地质学等。在20世纪30年代中期以前，英国人就开始强调史前考古的环境历史和地理学方法, 并在伦敦考古研究所设置了考古地质学部。并对英国的遗址进行了大量的考古地质学研 究。总的说来，英国的地质学家更倾向于接受多学科的野

25、外调查，并认为所有的考古学家 都应该稍微熟悉基础地质的三个方面(1)地质图的解释，(2)判断大型石头结构是自然 形成的还是人为的，(3)熟悉遗址区域的地质情况及当地的岩石材料。20世纪50年代以来，美国人类考古学的研究人员开始把地质研究应用于环境的恢复。 70年代以来，考古学和地质学的结合在美国得到了较大的发展。形成了地质考古学(Geoarchaeology)一即在地质学方法的辅助下进行的考古学研究，和考古地质学(archaeoiogical geology) 一即运用地质学的原理和方法来解决考古学的问题而进行的 地质学研究。它们既有许多共同点和连接点，又有着各自不同的特殊性和专业性。Carl

26、 O.Sauer(1925)曾精辟地指出：“是人类的经验，而不是专家的设计形成了知识的基本分 类”。地质考古学和考古地质学的论文、专著等多在英国剑桥大学出版社和国际学术出版社及“第四纪研究”和“考古学杂志”上出版。在80年代，地 质考古学的国际杂志在美国诞生了 (Geoarchaeology，an International Journal)。1974年Rapp等应用地质考古和考古地质两个术语，建议在美国地质学会内专门为从 事于考古工作的地质学家建立一个组织机构。1977年考古地质部门在美国地质学会正式 成立。在美国地质学会的每年年度会议上都有考古地质方面的学术讨论会。自从70年代 早期以来，

27、在美国的第四纪协会、美国考古协会、科学考古学会及美国考古研究所的年会 上都有考古地质方面的特别讨论会。近几十年来，西方的地质考古学者在研究埃及金字 塔、英国斯通亨奇环状列石，复活节岛石像、中美洲玛雅文化遗址及一些文物的矿料来源 等方面取得了不少重要成果。6.地质学在考古学中的应用6.1古遗存的寻找勘查现代遥感技术应用于田野考古，是通过遥感影像线形体的研究，以发现古都邑城垣 和陛沟、陵墓垣墙和墓道；通过对遥感图像亮度值向量或波谱样式在特征空间聚集情况进 行点群分析，以发现古墓群和古建筑群遗址。陕西省地质矿产局地矿所将遥感物探技术应 用于周原遗址和秦雍城遗址的田野考古，仅在周原地区就发现古迹异常1

28、85个，经随机 抽查，成功率达90 %左右。安徽省地质遥感中心与华东师范大学及安徽省文物考古研究 所等单位合作对安徽省寿春城遗址、南陵县土墩墓及古城遗址开展遥感调查，建立了古城 遗址和古墓的遥感解释标志，通过试掘及物探验证己获得了满意的结果。地面地球物理勘探的诸方法在田野考古中也可发挥重要作用。6.2野外发掘工地的地质学信息的提取与研究现代田野考古（尤其是史前考古）正向着多学科的方向发展，环境考古就显得非常重 要。考古工作除对遗址中所布探方和探沟中的地层和遗迹进行发掘研究外，逐渐重视其中 所包含的生态遗存及其所反映的古代人类社会与其所处的自然环境间的相互关系的研究。 这种环境考古的基础之一就是

29、第四纪地质学。考古堆积物的来源包括附近周围地区的地质 沉积物、各种人工采集和栽培的植物、猎取和畜养的动物、矿物岩石等自然资源及人工制 作的石器、玉器、陶瓷器、青铜器等。考古堆积物搬运和沉积营力有自然营力和人工营力 （如平地、掘地、填埋、垒筑、用火等）。堆积环境有自然成因的，如泛滥、洞穴、湖岸、 海岸等；人为堆积环境有人工台地、人工洼地、灰坑、建筑内外及其附近等。通过详细提 取和分析地层中的堆积物成分、结构构造特征、地层剖面特征、动植物遗骸特征、土壤地 球化学特征和埋藏学特征等，结合考古发掘所获得的其他文化信息，能够揭示遗址的形 成过程、遗址所处的古环境、聚落一生存活动、古环境和文化演化之间的相

30、互关系等。地 质学信息的提取与研究在考古发掘的工作中正在得到逐步应用。6.3室内遗物的测试和研究考古发现的物质遗存中的石器、陶瓷器、青铜器、铁器、无机古彩绘颜料等是古人类 开发利用和加工矿产资源的产物，对这些器物的原料的地质溯源既有助于不同地区文物 科学鉴别依据的建立，也有助于认识古人类利用自然资源的能力、活动范围、贸易往来， 进而研究古代社会不同阶段物质文明发展的渊源，各社会间的相互关系和生产力发展水 平等问题。近儿年来，文物产地及矿料来源研究逐渐成为继断代测年后科技考古的热点和主流。 显然，对于矿料来源问题的解决，只有考古学与地质学的结合才能进行。这方面的课题很 多，如科技大学的王昌燧分析陶器中的长石，来探讨陶土的来源。一个遗址有两类因素， 哪个是本地制造的，哪个是外地输入的？江苏新沂花厅村墓葬出土的陶器就有这种情况， 搞清楚进而可以有助于说明良诸文化某部落对大汉口文化某部落的征服。中原地区青铜器 矿料来源（尤其是锡矿来源）问题一直是困扰考古界和地质界的一大难题。该问题的解决 对于弄清我国早期青铜器发展史、中原青铜文化的渊源与发展，中原与周边其它地区、部 落间的经济贸易、政治文化交流关系都将起重要作用。对大量出土的史前