综合水下物探方法在水下考古中的应用

摘 要 水下考古工作离不开前期水下物探调查的支持，本文以鄱阳湖老爷庙水域科考调查为例，详细介绍综合水下物探方法在水下考古工作中具体应用，为水下考古的前期调查工作提供了很好的借鉴和参考作用。

关键词 施工设计；磁法探测；侧扫声纳；地层剖面图像

中图分类号：P314 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00

水下考古的对象包括各种水下遗址，诸如淹没的湖滨居址、淹没的码头、沉船以及沉入水下的古代城市等，水下考古工作离不开前期水下物探调查的支持，通过水下物探方法获取该区域基本海底地物信息，为下一步水下考古工作提供基本数据支持。

1 综合水下物探方法的介绍

水下地球物理探测方法：1）磁法探测，通过测定地磁场的变化，探测水下磁性物体（管线、电缆、沉船、水雷、炸弹等）。2）水深测量：用于测量测区的水深及海底地形变化情况。3）侧扫声纳，声纳拖鱼以扇形发射声波，声波在传递过程中，遇到水底目标物或水底地质软硬度改变时反射声波的强弱随之发生变化，反射声波被接受后形成水底地貌图像，根据图像判别目标物，该方法可以扫测到河床之上的目标物（管线、电缆、沉船、礁石、沙波、凹坑等微地貌）。4）浅地层剖面探测，浅剖拖鱼由调查船拖曳，在水中匀速直线航行，发射机发射声脉冲信号，地质构造改变或遇到淤埋在河床的目标物时反射声脉冲信号的强弱随之发生变化，反射声脉冲信号被接受后形成地层剖面图像，根据图像判读地质的构造、各地层的厚度及掩埋物的掩埋深度、大小等，该方法可以探测到淤埋在河床里的目标物（沉船、礁石、管线等）。

上述四种物探方法结合在一起进行水下探测，能较好的达到水下考古的物探调查的目的，能提供目标物的位置、大小、掩埋深度等数据资料。

2 综合水下物探方法的施工设计

考古水域需要调查探测的面积太大，通常整个探测工作将采取利用磁力仪进行普查，发现重点目标物后再进行水深、旁侧声纳扫测及浅地层剖面测量的详细测量以获得目标物的详细情况。本文以鄱阳湖老爷庙水域科考调查为例，详细介绍综合水下物探方法在水下考古工作的具体应用。

2.1 磁法探测

第一阶段的普查工作，可以先采取磁法探测。在没有外界磁性物体干扰的条件下，地磁序列是很规则的。如果海底有带磁性的物体，就会改变地磁序列，使正常的地磁场分布局部发生变化而产生磁异常。以鄱阳湖老爷庙水域科考为例，利用海洋磁力仪进行测区范围内的水下扫测，即探测到带磁性的海底目标（如沉船等）。探测过程中调查船缓慢航行，其速度小于3节，确保磁力仪拖鱼尽量接近海底，探测时的线距20 m、10点距。当磁力仪探头经过海底目标物上方时，将产生尖峰状或低谷状的磁异常曲线，磁异常的幅值与海底目标物种类和磁力仪探头的深度有关，一般可达几十到上百nT。通过磁场反应强度，可以对水下考古区域重点范围进行初步确定，并依据测量结果计划二阶段的详细调查范围。如图1为鄱阳湖老爷庙水域磁异常点重点分布区域。

2.2 水深及侧扫声纳测量

根据前期磁力测量提供的数据，对重点磁异常区进行测量。旁侧声纳是以对大面积海区进行目标物探测为主要目的的扫测系统，侧扫声纳分辨力高，可以发现如沉船等目标物，并能显示其在海床姿态。测深仪可用加密测量的方法准确地测定目标的位置和最浅点水深，因此利用它们的这一特点进行探测的思路是：先对测区进行全覆盖普扫，然后再对发现的目标物进行精扫。首先侧扫声纳分析声图确定目标物的大约位置、海床走向、长度、宽度和高度（阴影长度）；再根据扫测的结果，沿障碍物的大致走向布设纵横加密测线；然后用测深仪（单波束/多波束均可，本次调查采用的单波束测深系统）进行加密测量，测出障碍物的位置、范围、最浅点水深。在调查工作中，按照布设的测线进行探测，船只航速、航向保持稳定，航速小于4.0Kn。测线：分别以CF-9-3中心点和CF-9-3中心点为中心40 m×40 m正方形区域，南北向以线间距4 m平行布设10条测线，东西向以线间距4 m平行布设10条测线测线间距，使整个调查区域达到4 m×4 m的网格覆盖。

2.3 浅地层剖面测量

浅地层剖面仪测量即可测量地层厚度也可探测出海底已有目标的位置和埋深情况。地层声速随着不同的沉积物存在不同的声速，浅地层剖面仪实际是测量声波穿透地层或海底目标物（如已有管线、沉船等）传播的时间。设ΔT表示地层上下两个界面之间的时间差，即声波往返两次穿过该地层上下两个界面的时间，c表示该地层的声速，这样就可按下式算出该地层厚度：

式中：W表示地层厚度（m）；

c表示地层声速（m/s）；

ΔT表示声波往返两次穿过地层的时间（s）。

同样，海底目标物与海底底质存在着比较大的密度差和大的声速差，也就是存在着比较大的声阻率量差，故采用利用该仪器可准确查明测区浅层地质结构，可查明湖底目标物的位置和在湖床下的淤埋深度。作业过程中，随着地层的变化和水深的变化，需要不断对设置参数进行适当调整，其中水深浅是影响工作状态的主要因素。当水深变浅时，海底噪音加大，穿透能力减弱，需要调整有关参数，适当加大发射功率。

在调查工作中，测线布设与水深测线布设相同。在调查过程中，再根据实际情况进行加密。结合水深及侧扫声纳数据资料，可获得测区范围内地层分布及目标物剖面信息、埋深等情况。

3 结束语

根据前期磁力探测与后期的详细调查结果分析看探测到的水下目标物是沉船（特别是旁侧声纳图像显示，在湖床上的沉船轮廓清晰可辨）。结合上述物探的数据为下一步考古工作提出建议，水下考古工作便可转向下一步即水下遗迹确认及打捞工作。由此可见上述综合物探方法在水下考古中的应用是具有适宜性和经济性的，能较好的达到水下考古的物探调查的目的，能提供目标物的位置、大小、掩埋深度等数据资料并为下一步考古工作的开展提供参考和建议。

参考文献

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