【吴地稽文丨地质考古在木渎盆地中的应用前景和展望】 七十载考古历程，凝聚成书。苏州考古微信公众号每周将精选《企致集——苏州考古七十周年纪念文集》《苏州考古资料汇编》等著作中的篇章，定期与您分享。重大发现的背后故事、专家学者的深度解读、苏州考古人的耕耘点滴，皆汇于此。邀您一同探寻苏州深厚的历史文脉，共览江南文明之源。 地质考古在木渎盆地中的应用前景和展望 李海斌 彭伟 王玉海 何宝强 （江苏省地质局第四地质大队） 一、引言 地质考古是一门跨学科的综合性研究领域，旨在通过地质学的方法和手段，探究地球物质和自然历史中与人类活动相关的方面。地质学和考古学互相促进互相补充。［1］在过去的几十年里，随着考古学和地质学理论的不断完善和技术方法的进步，地质考古在文化遗产保护、历史地理研究、环境变迁等方面显示出了巨大的应用价值。它不仅帮助理解人类与自然环境的互动关系，揭示古代文明的发展轨迹，还为现代社会面临的资源开发、环境问题和可持续发展提供了重要的科学依据。因此，地质考古对于人类文明的演化和对地球可持续发展的理解具有深远的意义。 木渎盆地位于苏州市西南部，是一个典型的河湖相沉积盆地，具有丰富的地质资源和独特的地理环境。历史上，木渎盆地经历了多次地质变迁和人类活动的影响，形成了独特的地貌和文化遗产。作为中国东部地区重要的文化、经济中心之一，木渎盆地蕴涵着丰富的历史文化遗产和重要的地理战略意义。从古至今，该地区在农业、水利、交通等方面都作出了卓越的贡献，同时也孕育了许多著名的历史人物和文化事件。因此，木渎盆地在地理、历史和文化方面都具有不可替代的重要地位。［2］ 二、地质考古的基本原理和方法 （一）沉积物分析法 沉积物分析法是地质考古中的一种重要技术手段，目前绝大多数的考古遗迹遗物都是沉积的结果。［3］通过对沉积物多方面的精细研究，深入揭示古代环境、人类活动与自然过程的互动关系。该方法涉及对沉积物的粒度、矿物组成、颜色、磁性、化学成分、微结构和同位素等多方面的测定和分析，以全面了解沉积物的来源、形成过程和环境意义。 首先，粒度分析是沉积物分析的基础环节，通过测量颗粒的大小、分布和形态，可以推断沉积物的搬运方式和沉积环境。粗粒的沉积物则可能来自山区的快速侵蚀和搬运，而细粒的沉积物则可能来自河流的缓慢沉积或湖泊的静水环境。矿物组成是沉积物分析的关键内容，通过识别和鉴定矿物种类，可以推断出沉积物的来源、成岩环境和地球化学过程。例如，石灰岩的形成通常与海洋环境相关，而页岩则形成于湖泊或沼泽环境，这些矿物组成信息有助于揭示古代环境的特征和变化。［4］ 此外，颜色分析也是沉积物分析的重要方面。沉积物的颜色可以提供关于其成因和环境的线索。深色沉积物可能来源于富含有机质的沉积环境，如沼泽或湖泊底部，而浅色沉积物则可能来自于较为干燥的环境，如沙漠或盐湖。颜色的变化还可以指示气候和环境的变化趋势。 磁性分析也是沉积物分析中的重要技术，一些沉积物中含有磁性矿物，其磁性特征可以记录当时的地磁场方向和强度。通过分析这些磁性特征，可以了解古地磁场的方向和变化，进而推断地球的旋转轴方向和极性变化历史。这对于理解地球的演化历史和古气候变化具有重要意义。化学成分、微结构和同位素组成等方面的分析也是沉积物分析的重要组成部分。这些分析能够提供关于沉积物中元素的丰度、分布和迁移等方面的信息，进而揭示出人类活动对土壤的影响、环境变化趋势以及地质过程的演化。这些数据相互补充，共同揭示出了古代环境的特征、风化作用的方式、沉积物的搬运路径以及与人类活动的相互关系。［5］ 通过沉积物分析法，能够全面了解古代环境、风化作用、沉积物的搬运路径以及人类活动的影响。这种方法不仅有助于理解古代文明的发展轨迹，还为现代社会面临的资源开发、环境问题和可持续发展提供了重要的科学依据。因此，沉积物分析法在地质考古中具有不可替代的地位，为人类文明与自然环境互动关系的研究提供了强有力的科学支撑。 （二）岩石学研究法 岩石学研究法是地质考古中的一项核心技术，通过对岩石的深入剖析，揭示岩石的形成过程、地质历史和构造运动等信息。该方法涉及对岩石的矿物组成、结构、构造和变质程度等方面的研究，以理解岩石的成因和演化。 矿物组成是岩石学研究的关键环节之一。通过详细分析岩石中矿物的种类、含量和分布，可以推断出岩石的形成环境和过程。不同类型的矿物形成于不同的地质环境，对矿物组成的测定和分析，可以揭示出岩石的来源和形成过程。 岩石的结构和构造也是岩石学研究的重要方面。结构指的是岩石中矿物颗粒的大小、形态和排列方式；而构造则涉及岩石在外力作用下的变形和断裂等现象。通过观察和研究岩石的结构和构造特征，可以推断出岩石经历过的地质过程和应力状态。例如，层理构造可以指示沉积作用的方向，而断裂和褶皱构造则指示了构造运动的方向和强度。［6］ 此外，变质程度也是岩石学研究的一个重要方面。变质作用是指岩石在高温、高压条件下发生的矿物组成和结构的变化。通过分析岩石的变质程度和特点，可以了解岩石在地壳中的演化过程和地质历史。例如，大理岩是由石灰岩在高温高压的条件下变质形成的，其形成过程可能与板块构造活动有关。 通过岩石学研究法，地质考古学家能够深入了解岩石的形成过程、地质历史和构造运动等信息。这些信息不仅有助于理解地球的地质过程和演化，同时也为人类文明的发展提供了重要的背景和环境条件。在地质考古中，岩石学研究法具有重要的应用价值，为人类文明与自然环境的互动关系研究提供了科学依据。 （三）年代测定法 年代测定法是地质考古中的一项基础技术，它通过对地质年代的精确测定，建立了古代事件和人类活动的时空框架。该方法涉及对放射性元素衰变和地球化学过程的深入研究，以确定沉积物、岩石和古生物等样品的年代。 放射性元素的衰变是年代测定法的基础原理。自然界中的放射性元素，如铀、钍和钾等，会经历自发衰变的过程，释放出射线并转变为其他元素。这个衰变过程是恒定且可测量的，因此可以利用放射性元素的衰变规律来计算样品的年代。常用的方法包括铀—铅测年、钾—氩测年和热释光测年等。 铀—铅测年法是用来测定年轻沉积物年龄的一种方法。通过测量样品中铀和铅的含量，可以计算出样品的绝对年代。由于铀经过衰变成为铅，因此通过测量样品中铀和铅的比例，可以确定样品的年代。这种方法适用于年轻的沉积物，对于几千年至几百万年的样品特别有效。 钾—氩测年法是用来测定古老岩石的一种方法。钾会自发衰变成氩，通过测量样品中钾和氩的比例，可以计算出岩石的形成年代。这种方法适用于古老的岩石，特别适用于确定地壳的形成时间和演化历史。 热释光测年法在考古学和地质学上发挥了重要的作用，［7］是一种测定古代陶器和其他含有少量放射性物质的样品的方法。通过加热样品使其释放出之前存储的辐射能量，通过测量释放出的辐射能量可以计算出样品的年代。这种方法适用于古文物和考古遗址的年代测定，因为它不需要破坏样品就可以获得较为准确的年代数据。 除了上述方法外，还有许多其他年代测定技术，如碳—14测年法、古地磁法等。这些方法各有其适用范围和局限性，因此在实际应用中需要根据样品的性质和要求选择合适的方法。 三、木渎盆地的地质背景和历史 （一）地理特征 木渎盆地位于太湖流域，四周为低山丘陵环绕，盆地内地势平坦，有西北向东南缓缓倾斜之势，平均海拔在2—5米之间。［8］盆地内河流贯穿盆地中部，自北向南流淌，汇入太湖。盆地内气候湿润，属于亚热带季风气候，年均降水量约1100毫米，年均气温约15℃。此外，盆地内部还有许多分支河流和小湖泊，形成了典型的河网地貌。这些河流和小湖泊不仅对盆地的地形地貌产生了影响，同时也是该地区的重要水源。 由于地处河谷盆地，木渎盆地的气候受到了周围山体的影响。在夏季，由于盆地内地势较低，容易形成雾气和云层，导致气温相对较低；而在冬季，由于四周山体的阻挡，寒冷的空气难以侵入盆地内部，使得这里的气温相对较高。受到河流冲积和人类耕作的影响，该地区的土壤类型主要包括水稻土、黄棕壤和潮土等。这些土壤类型为当地的农业生产和生态环境提供了重要的物质基础。 （二）地质构造 木渎盆地的地质构造较为复杂，主要由震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和第四系等地层组成。其中，震旦系和寒武系是盆地的基底岩层，主要由页岩、泥岩和灰岩组成；而奥陶系、石炭系和二叠系则是盆地的盖层岩层，主要由砂岩、页岩和煤层组成。此外，盆地还包括一些褶皱和断裂构造。 木渎盆地的地质构造呈现出多样性和复杂性的特点，是长期地质演化和构造运动的产物。通过深入研究和解析，可以揭示出其地质构造的主要特点。 木渎盆地的地壳稳定性较高，盆地内的地层基本保持了连续性和完整性，没有出现大规模的断裂和褶皱。然而，在盆地的周边和内部，仍然存在着一些小的断裂和褶皱构造。这些构造的形成与盆地的形成和演化密切相关，是地壳运动和应力作用的结果。 在木渎盆地的地层中，可以观察到明显的沉积层和岩浆岩层。沉积层主要由泥岩、页岩和砂岩等组成，呈现出明显的层理构造。这些沉积层记录了盆地的形成历史和古环境变化，为地质学家提供了宝贵的信息。而岩浆岩层则主要由花岗岩、闪长岩等组成，呈现出了较为单一的岩性特征。这些岩浆岩的形成与地壳深部的岩浆活动有关，对盆地的地质构造和地壳稳定性产生了影响。在盆地的四周，有低山丘陵环绕，这些山脉的形成与盆地的形成和演化密切相关。同时，盆地的地质构造也受到了区域构造的影响，如江南古陆的隆起和太湖凹陷的形成等。这些区域构造事件对木渎盆地的地质构造产生了深远的影响。 （三）形成历史 木渎盆地的形成历史可以追溯到约2亿年前，在燕山期由于地壳的抬升和河流的侵蚀作用形成。在漫长的地质历程中，河流不断地侵蚀着盆地的边缘，使得盆地的面积逐渐扩大。同时，地壳的抬升作用也使得盆地的地形逐渐变得平坦。据研究，木渎盆地的形成与长江三角洲的发育密切相关，是长江三角洲的重要组成部分。目前，木渎盆地的形成仍在持续进行中，主要受到人类活动和气候变化的影响。 四、地质考古在木渎盆地中的应用前景 沉积物分析法是通过对沉积物的粒度、矿物组成、颜色、磁性等方面的测定和分析，揭示沉积物的来源、搬运路径和沉积环境。例如，对黄河流域的黄土高原进行研究，通过沉积物的粒度和矿物组成分析，揭示了该地区的气候变化以及古代人类活动与河流沉积环境之间的互动关系，为理解该地区古代文明的发展提供了重要线索。比如对江西万年仙人洞遗址、［9］北京王府井东方广场遗址、［10］山西吉县柿子滩遗址、［11］河北泥河湾盆地马圈沟遗址［12］等开展的沉积物指标分析，在认识遗址形成过程方面均取得了良好的效果，显示出这一研究方法的潜力和价值。同时，沉积物分析也帮助科学家们了解了古代河流的流向和地貌演变。例如，在长江流域的河谷盆地研究中，通过沉积物分析法确定了河流的搬运作用和沉积物的形成过程。 岩石学研究在地质考古中具有不可替代的地位，为地区的地质演化提供了重要依据。例如通过分析岩石的矿物组成、结构和构造特点，评估工程对地质稳定性的影响，为工程设计和环境保护提供了科学依据。通过对岩石的矿物组成、结构、构造和变质程度等方面的研究，可以揭示岩石的形成过程、地质历史和构造运动等信息。例如，在南美洲的安第斯山脉研究中，岩石学研究揭示了该地区的板块构造和火山活动对当地文化的影响。在华北地区的花岗岩岩石研究中，通过岩石学研究法确定了花岗岩的形成时代、岩浆活动和构造环境。在中国的新疆地区，岩石学研究也帮助科学家们了解了古代丝绸之路的地理环境和文化交流，为探讨该地区的地壳演化提供了重要证据。 年代测定法则是利用放射性元素的衰变规律和地球化学过程，对沉积物、岩石和古生物等样品进行精确的年代测定。通过对地层或样品的年代进行精确测定，建立了古代事件和人类活动的时空框架。例如，在黄土高原的黄土沉积研究中，通过碳—14测年法确定了黄土沉积物的年代序列。在陕西的秦始皇陵区域，碳—14测年法被用于确定陵墓内文物和地层的时间范围。通过精确测定这些文物的年代，我们得以还原出秦朝时期的社会历史和文化面貌。 此外，在新疆的丝绸之路遗址中，多种地质考古方法被综合运用，以揭示古代贸易路线和人类活动遗迹，为该地区的气候变化和人类文明发展提供了宝贵的时间标尺。在中国的周口店遗址研究中，沉积物分析揭示了风化和侵蚀作用对遗址的影响，岩石学研究提供了地质背景和构造运动的信息，而年代测定则确定了文物的具体时间节点，帮助考古学家们确定了该遗址的年代范围和古人类的生活环境。 地质考古项目还包括古地理重建、古环境模拟、古人类活动遗址的勘探与发掘等。这些研究成果不仅有助于我们理解地球的自然演化过程，还为人类文明的发展提供了重要的背景和环境条件。 地质考古项目不仅丰富了我们对古代文明和地球历史的认识，还为现代社会提供了宝贵的资源开发、环境保护和文化传承等方面的科学依据。同时，在欧洲的洞穴绘画研究中，年代测定也帮助科学家们确定了绘画作品的创作时间和艺术家们的文化背景。通过不断深入的研究和实践，地质考古领域将继续取得更多令人瞩目的成果，推动人类对地球和人类历史的认知不断向前发展。这些研究成果不仅有助于我们理解人类文明与自然环境的相互关系，同时也对资源开发、环境监测和文化遗产保护等具有重要的参考价值。 五、面临的挑战和未来的展望 木渎盆地的地质考古应用面临着诸多挑战。首先，技术难度是一个重要问题。由于木渎盆地的地质构造复杂，地层多样，需要采用多种技术手段进行综合分析。例如，沉积物分析需要准确识别不同沉积物的成分和层理结构，岩石学研究需要深入了解岩石的矿物组成、结构和构造特点，年代测定则需要选择合适的方法并确保测年精度。这些技术难度要求研究者具备深厚的专业知识和丰富的实践经验。 在收集到大量数据后，如何准确地解读这些数据，并将其与木渎盆地的地质构造、气候变化、人类活动等联系起来，这些都需要具备敏锐的洞察力和综合分析能力。此外，由于地质材料往往存在一定的不确定性，因此对数据的解读也需要考虑多种因素，进行综合判断。 跨学科合作是地质考古学发展的必然趋势。地质考古学的研究领域广泛，涉及地质学、考古学、历史学等多个学科。未来，随着多学科之间的交叉融合，地质考古学将需要与来自不同领域的专家进行深入合作，共同解决复杂的地质考古问题。这种跨学科的合作将有助于拓宽研究视野、提高研究质量，并推动地质考古学研究的不断深入。 技术创新也是未来地质考古学发展的重要驱动力。随着科技的进步，新的技术和方法不断涌现，为地质考古学提供了更多的研究手段。例如，高精度遥感技术和地球物理探测技术的运用将有助于发现更多的考古遗迹和地下文物；无损分析技术的普及将使研究人员能够更深入地了解文物的材料属性和制作工艺；人工智能和大数据分析技术的应用将大大提高数据处理的效率和精度，为数据解读和模型构建提供有力支持。 在未来，地质考古学需要紧跟科技发展的步伐，不断学习和掌握新技术、新方法，将其应用于实际研究中。同时，还需要与其他领域的专家进行交流与合作，共同推动技术创新和跨学科研究的进步。 ［1］ 毛俊翔：《地貌学及第四纪地质学在考古学中的应用》，《客家文博》2016年第2期，第16—21页。 ［2］ 唐锦琼：《木渎古城附近太湖湖岸线的推想》，《三代考古（七）》，科学出版社，2017年，第554—560页。 ［3］ 温睿、祁学楷：《从宏观到微观：土壤及沉积物的考古学研究进展》，《西北大学学报（自然科学版）》2023年第6期，第926—942页。 ［4］ 王晓诚：《保护规划指导下苏州木渎春秋故城遗址展示与阐释策略研究》，北京建筑大学硕士学位论文，2016年。 ［5］ 岳屹岩：《城市中心区文物保护区划与土地利用调整策略研究》，北京建筑大学硕士学位论文，2016年。 ［6］ 唐锦琼、孙明利、周官清、赵东升、徐良高、张照根：《苏州木渎古城2011—2014年考古报告》，《考古学报》2016年第2期，第263—302页。 ［7］ 王维达：《古陶瓷热释光测定年代的研究和进展》，《中国科学（E辑：技术科学）》2009年第11期，第1767—1799页。 ［8］ 邹定贤：《江苏历史文化名镇景观基因研究——以苏州市木渎古镇为例》，南京农业大学硕士学位论文，2020年。 ［9］ Patania I, Goldberg P, Cohen DJ, et al. Micromorphological analysis of the deposits at the early pottery Xianrendong cave site, China: formation processes and site use in the Late Pleistocene. Archaeological and Anthropological Sciences, 11, 2019, pp. 4229—4249. ［10］ 靳桂云、郭正堂：《北京王府井东方广场旧石器文化遗址——沉积物的土壤微形态学研究》，《东方考古（第8集）》，科学出版社，2011年，第349—352页。 ［11］ Song YH, Cohen DJ, Shi JM, et al. Environmental reconstruction and dating of Shizitan 29, Shanxi Province: An early microblade sites in north China. Journal of Archaeological Science, 79, 2017, pp. 19—35. ［12］ Li XL, Pei SW, Jia ZX, et al. Paleoenvironmental conditions at Madigou (MDG), a newly discovered Early Paleolithic site in the Nihewan Basin, North China. Quaternary International, 400, 2016, pp. 100—110. 本文收录于《企致集——苏州考古七十周年纪念文集》
