地球物理視角下的秦始皇帝陵地宮

公元前221年，嬴政終結(jié)了長(zhǎng)達(dá)500多年的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，建立了中國(guó)歷史上第一個(gè)大一統(tǒng)的中央集權(quán)制度的封建王朝——秦朝，自此中華民族開始了大一統(tǒng)時(shí)代。

嬴政稱帝，史稱“秦始皇”，在全國(guó)推行郡縣制，實(shí)施書同文、車同軌、統(tǒng)一度量衡政策，同時(shí)筑長(zhǎng)城以擊匈奴，鑿靈渠以通水系，修直道以擴(kuò)四域。

圖1 秦統(tǒng)一六國(guó)的示意圖

而作為“德兼三皇，功蓋五帝”的第一個(gè)皇帝，嬴政同樣遵守著“事死如事生，事亡如事存，孝之至也?！钡男⒌罍?zhǔn)則，為自己修筑了宏大的陵墓。其陵墓始建于公元前247年，歷時(shí)38年，動(dòng)用勞役72萬(wàn)人，移動(dòng)土方超過(guò)500萬(wàn)立方米。

陵區(qū)占地面積60平方公里，包括封土、內(nèi)外城垣、陪葬墓、陪葬坑、房屋建筑等大量陵園設(shè)施。其布局、規(guī)模及其所反映的陵墓制度在歷代帝王陵墓中都獨(dú)樹一幟，呈現(xiàn)出千古一帝、唯我獨(dú)尊的宏大氣勢(shì)。

圖2 秦始皇帝陵遺址重要位置的分布

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圖3 Google三維地圖中的秦始皇帝陵

然而，秦始皇帝陵一開始并沒有現(xiàn)在這么赫赫有名。直到1974年，臨潼縣驪山鎮(zhèn)西楊村農(nóng)民，在陵?yáng)|1.5公里的地方打井時(shí)，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)破碎的用泥土燒制的與真人一樣大小的陶俑，經(jīng)陜西省考古隊(duì)勘探和試掘，使得沉睡了2000多年的秦始皇帝陵兵馬俑重見天日。此后，對(duì)秦始皇帝陵的各項(xiàng)研究工作才逐步展開和擴(kuò)大。

圖4 秦始皇帝陵兵馬俑（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

圖5 秦始皇陵以往考古大事記

秦始皇帝陵區(qū)地上、地下文物遺存極其豐富，文物遺址種類繁多。秦始皇帝陵地宮作為皇陵遺址的主體區(qū)域，一直備受關(guān)注。據(jù)《史記·秦始皇本紀(jì)》記載“始皇初即位，穿治驪山及并天下，天下徒送詣七十余萬(wàn)人，穿三泉水，下銅而致槨，宮觀百官奇器珍怪徙藏滿之，令匠作機(jī)弩矢，有所穿近著輒射之。以水銀為百川江河大海，機(jī)相灌輸。上具天文，下具地理。以人魚為燭，度不滅之者久。”這些描述是否屬實(shí)？

圖6 秦始皇陵遠(yuǎn)景圖

2002年科學(xué)技術(shù)部啟動(dòng)了“考古遙感與地球物理綜合探測(cè)技術(shù)”的研究課題，以秦始皇帝陵為對(duì)象?？偰繕?biāo)是：利用遙感和地球物理探測(cè)技術(shù)進(jìn)行無(wú)損勘查，探測(cè)皇陵區(qū)文物分布，提供判定皇陵地宮存在與否的科學(xué)依據(jù)。該課題包含兩個(gè)子課題：考古遙感綜合探測(cè)技術(shù)和考古地球物理綜合探測(cè)技術(shù)。

圖7 秦始皇帝陵工作布置圖

其中“考古地球物理綜合探測(cè)技術(shù)”子課題的兩個(gè)主要任務(wù)有：（1）提供秦始皇帝陵封土堆下地宮存在與否的地球物理和地球化學(xué)證據(jù)，如果存在，給出地宮的大小、形狀、埋藏深度的定量描述。（2）綜合探測(cè)秦始皇帝陵區(qū)內(nèi)的陪葬坑、陪葬墓、地面建筑遺存等相關(guān)文物，測(cè)試地球物理方法的有效性，為今后地球物理方法在考古中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

圖8 秦始皇陵遠(yuǎn)景圖

本次使用的地球物理方法系列多達(dá)8大類22種(含亞類方法) ，分別是彈性波法( 即地震法、反射波法與陸地聲納法) 、磁法 、電法(激發(fā)極化法、瞬變電磁法TEM、可控源音頻大地電磁法CSAMT、音頻大地電磁法AMT、直流視電阻率電測(cè)深法、高密度相位激電法、高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)法)、重力法、測(cè)汞法、放射性法（氡氣測(cè)量）、地溫測(cè)量、核磁共振法。

圖9 秦始皇帝陵封土堆大小

本次課題重要的研究成果：

1、確定了地宮在封土堆中部下方，且未坍塌，并定量地給出地宮的大小、形狀和埋藏深度。

圖10 地宮的大小、形狀及埋藏深度

圖11 墓室大小的示意圖

圖12 地宮的開挖范圍（表面尺寸）

圖13 重力異常推斷地宮范圍

墓室坍塌與否，其地球物理特征有明顯的變化，墓室內(nèi)外的密度、電阻率、磁化率、波速等都有明顯的差異。墓室上方的呈現(xiàn)的高電阻率異常說(shuō)明封土堆下方存在空洞或者木質(zhì)結(jié)構(gòu)。地下氡氣測(cè)量也可以檢驗(yàn)地下裂隙的發(fā)育程度，裂隙越發(fā)育則氡氣值越高。根據(jù)放射性氡氣測(cè)量結(jié)果，我們看到在封土堆上方對(duì)應(yīng)氡氣測(cè)量低值段，則墓室上方封土裂隙不發(fā)育，進(jìn)而推斷墓室主體尚未坍塌。相對(duì)應(yīng)在封土堆外有一處高值區(qū)域，與秦始皇陵考古隊(duì)發(fā)現(xiàn)的已被焚燒的陪葬坑相對(duì)應(yīng)。

圖14 放射性氡氣測(cè)量結(jié)果

2、推斷墓室中尚未進(jìn)水、且存在大量的水銀，還可能存在金屬制品。

經(jīng)過(guò)地面核磁共振測(cè)深法和自然電位法測(cè)量，推斷地宮尚未進(jìn)水。根據(jù)自然電位曲線，在封土堆附近電位差很小，幾乎顯示沒有水流。而在陵南側(cè)和東側(cè)自然電位環(huán)形曲線長(zhǎng)軸與阻排水渠走向一致，強(qiáng)度最大。根據(jù)測(cè)量的水流方向可以看出，陵?yáng)|南側(cè)的水流受阻排水渠阻擋，水流改變方向偏東，到陵?yáng)|側(cè)。水流方向近南北。這些都說(shuō)明阻排水渠至今仍有阻水效果。

圖15 自然電位測(cè)量及推測(cè)結(jié)果

而1981年物探化探研究所進(jìn)行的土壤汞含量測(cè)量已經(jīng)在封土堆中發(fā)現(xiàn)了明顯的汞異常。同時(shí)本次經(jīng)過(guò)土壤樣品的熱釋譜結(jié)果顯示封土堆上的汞異常來(lái)自地宮，而并非封土本身。復(fù)電阻率測(cè)深法在地宮墓室的部位和深度觀測(cè)到弱相位異常，反映了體位有金屬制品、金屬硫化物礦體和石墨等電子導(dǎo)電物體。在排除金屬硫化物礦體和石墨物體的情況下，推斷地宮內(nèi)存在金屬制品。

圖16 秦始皇帝陵區(qū)汞含量分布

圖17 汞含量測(cè)量結(jié)果

3、封土堆中存在九層高樓。

在磁異常和重力異常測(cè)量結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)封土堆中存在異常，經(jīng)過(guò)洛陽(yáng)鏟考古驗(yàn)證，認(rèn)為這是秦始皇帝陵封土堆中存在臺(tái)階狀的九級(jí)高樓，是前所未見的考古發(fā)現(xiàn)。根據(jù)文獻(xiàn)記載推測(cè)，這可能是秦始皇將整個(gè)皇帝理念貫穿在帝陵的設(shè)計(jì)里，希望將整個(gè)帝國(guó)系統(tǒng)也帶入死后的世界，兵馬俑可能就是秦始皇帝的死后的軍隊(duì)。

圖18 關(guān)于“中成觀游，上成山林”的文獻(xiàn)記載

圖19 封土堆中的夯土建筑示意

4、發(fā)現(xiàn)了地宮西向墓道，但無(wú)南北向墓道。

經(jīng)過(guò)大定源瞬變電磁法、重力測(cè)量等分析，發(fā)現(xiàn)了與現(xiàn)存東向墓道對(duì)稱的西向墓道，目前尚未發(fā)現(xiàn)南北向墓道，這與帝王墓葬常用的四個(gè)墓道并不相符。

圖 20 帝王、諸侯、貴族墓葬類型

圖21 墓室及墓道的模擬圖（僅存在東、西兩個(gè)墓道）

圖22 漢武帝茂陵陪葬坑平面圖

5、旁行三百丈的秘密

史書《漢舊儀》記載，丞相李斯奉旨修建驪山皇陵，遇到“鑿之不入，燒之不然，叩之空空如下天狀”的情況，“制曰：‘鑿之不入，燒之不然，其旁行三百丈乃止?！边@也是對(duì)地宮不在封土堆之下推論的來(lái)源。而這次地球物理考古發(fā)現(xiàn)在地宮東700米（約三百丈，秦制一丈約現(xiàn)在的2.31米）處存在異常體。這可能就是之前李斯報(bào)告中“鑿之不入，燒之不然”的巖石。所以現(xiàn)在地宮的位置應(yīng)該是修改方案后的位置。

圖23 地宮位置的記錄

地球物理方法屬于無(wú)損探測(cè)技術(shù)，并且具有快速、廉價(jià)和探測(cè)深度大等優(yōu)勢(shì)，因此地球物理方法在考古調(diào)查中越來(lái)越被重視，但依據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)和曲線來(lái)推斷地下文物的分布和狀態(tài), 它對(duì)異常的解釋存在多解性。

參考文獻(xiàn)

1、秦始皇帝陵地宮地球物理探測(cè)成果與技術(shù)，劉士毅主編. 地質(zhì)出版社. 2005.4

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3、王書民,孟小紅,李汝傳,雷達(dá),方慧,孫鴻雁,趙富剛.頻率域高密度電法在秦始皇陵地宮探測(cè)中的試驗(yàn)效果[J].物探與化探,2004(04):327-329+332.

4、中央電視臺(tái)《秦陵——塵封的帝國(guó)》節(jié)目。http://tv.cctv.com/

美編：朱文瀟

校對(duì)：張騰飛、姜雪蛟

作者：弦搖九天

來(lái)源：中科院地質(zhì)地球所