地球物理视角下的秦始皇帝陵地宫

时间：2022-07-06 00:29:56 来源：科普之家作者：科普中国栏目：百科阅读：17

公元前221年，嬴政终结了长达500多年的春秋战国时期，建立了中国历史上第一个大一统的中央集权制度的封建王朝——秦朝，自此中华民族开始了大一统时代。

嬴政称帝，史称“秦始皇”，在全国推行郡县制，实施书同文、车同轨、统一度量衡政策，同时筑长城以击匈奴，凿灵渠以通水系，修直道以扩四域。

图1 秦统一六国的示意图

而作为“德兼三皇，功盖五帝”的第一个皇帝，嬴政同样遵守着“事死如事生，事亡如事存，孝之至也。”的孝道准则，为自己修筑了宏大的陵墓。其陵墓始建于公元前247年，历时38年，动用劳役72万人，移动土方超过500万立方米。

陵区占地面积60平方公里，包括封土、内外城垣、陪葬墓、陪葬坑、房屋建筑等大量陵园设施。其布局、规模及其所反映的陵墓制度在历代帝王陵墓中都独树一帜，呈现出千古一帝、唯我独尊的宏大气势。

图2 秦始皇帝陵遗址重要位置的分布

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图3 Google三维地图中的秦始皇帝陵

然而，秦始皇帝陵一开始并没有现在这么赫赫有名。直到1974年，临潼县骊山镇西杨村农民，在陵东1.5公里的地方打井时，发现几个破碎的用泥土烧制的与真人一样大小的陶俑，经陕西省考古队勘探和试掘，使得沉睡了2000多年的秦始皇帝陵兵马俑重见天日。此后，对秦始皇帝陵的各项研究工作才逐步展开和扩大。

图4 秦始皇帝陵兵马俑（来源：网络）

图5 秦始皇陵以往考古大事记

秦始皇帝陵区地上、地下文物遗存极其丰富，文物遗址种类繁多。秦始皇帝陵地宫作为皇陵遗址的主体区域，一直备受关注。据《史记·秦始皇本纪》记载“始皇初即位，穿治骊山及并天下，天下徒送诣七十余万人，穿三泉水，下铜而致椁，宫观百官奇器珍怪徙藏满之，令匠作机弩矢，有所穿近着辄射之。以水银为百川江河大海，机相灌输。上具天文，下具地理。以人鱼为烛，度不灭之者久。”这些描述是否属实？

图6 秦始皇陵远景图

2002年科学技术部启动了“考古遥感与地球物理综合探测技术”的研究课题，以秦始皇帝陵为对象。总目标是：利用遥感和地球物理探测技术进行无损勘查，探测皇陵区文物分布，提供判定皇陵地宫存在与否的科学依据。该课题包含两个子课题：考古遥感综合探测技术和考古地球物理综合探测技术。

图7 秦始皇帝陵工作布置图

其中“考古地球物理综合探测技术”子课题的两个主要任务有：（1）提供秦始皇帝陵封土堆下地宫存在与否的地球物理和地球化学证据，如果存在，给出地宫的大小、形状、埋藏深度的定量描述。（2）综合探测秦始皇帝陵区内的陪葬坑、陪葬墓、地面建筑遗存等相关文物，测试地球物理方法的有效性，为今后地球物理方法在考古中的应用提供科学依据。

图8 秦始皇陵远景图

本次使用的地球物理方法系列多达8大类22种(含亚类方法) ，分别是弹性波法( 即地震法、反射波法与陆地声纳法) 、磁法、电法(激发极化法、瞬变电磁法TEM、可控源音频大地电磁法CSAMT、音频大地电磁法AMT、直流视电阻率电测深法、高密度相位激电法、高密度电法、地质雷达法)、重力法、测汞法、放射性法（氡气测量）、地温测量、核磁共振法。

图9 秦始皇帝陵封土堆大小

本次课题重要的研究成果：

1、确定了地宫在封土堆中部下方，且未坍塌，并定量地给出地宫的大小、形状和埋藏深度。

图10 地宫的大小、形状及埋藏深度

图11 墓室大小的示意图

图12 地宫的开挖范围（表面尺寸）

图13 重力异常推断地宫范围

墓室坍塌与否，其地球物理特征有明显的变化，墓室内外的密度、电阻率、磁化率、波速等都有明显的差异。墓室上方的呈现的高电阻率异常说明封土堆下方存在空洞或者木质结构。地下氡气测量也可以检验地下裂隙的发育程度，裂隙越发育则氡气值越高。根据放射性氡气测量结果，我们看到在封土堆上方对应氡气测量低值段，则墓室上方封土裂隙不发育，进而推断墓室主体尚未坍塌。相对应在封土堆外有一处高值区域，与秦始皇陵考古队发现的已被焚烧的陪葬坑相对应。

图14 放射性氡气测量结果

2、推断墓室中尚未进水、且存在大量的水银，还可能存在金属制品。

经过地面核磁共振测深法和自然电位法测量，推断地宫尚未进水。根据自然电位曲线，在封土堆附近电位差很小，几乎显示没有水流。而在陵南侧和东侧自然电位环形曲线长轴与阻排水渠走向一致，强度最大。根据测量的水流方向可以看出，陵东南侧的水流受阻排水渠阻挡，水流改变方向偏东，到陵东侧。水流方向近南北。这些都说明阻排水渠至今仍有阻水效果。

图15 自然电位测量及推测结果

而1981年物探化探研究所进行的土壤汞含量测量已经在封土堆中发现了明显的汞异常。同时本次经过土壤样品的热释谱结果显示封土堆上的汞异常来自地宫，而并非封土本身。复电阻率测深法在地宫墓室的部位和深度观测到弱相位异常，反映了体位有金属制品、金属硫化物矿体和石墨等电子导电物体。在排除金属硫化物矿体和石墨物体的情况下，推断地宫内存在金属制品。

图16 秦始皇帝陵区汞含量分布

图17 汞含量测量结果

3、封土堆中存在九层高楼。

在磁异常和重力异常测量结果中，发现封土堆中存在异常，经过洛阳铲考古验证，认为这是秦始皇帝陵封土堆中存在台阶状的九级高楼，是前所未见的考古发现。根据文献记载推测，这可能是秦始皇将整个皇帝理念贯穿在帝陵的设计里，希望将整个帝国系统也带入死后的世界，兵马俑可能就是秦始皇帝的死后的军队。

图18 关于“中成观游，上成山林”的文献记载

图19 封土堆中的夯土建筑示意

4、发现了地宫西向墓道，但无南北向墓道。

经过大定源瞬变电磁法、重力测量等分析，发现了与现存东向墓道对称的西向墓道，目前尚未发现南北向墓道，这与帝王墓葬常用的四个墓道并不相符。

图 20 帝王、诸侯、贵族墓葬类型

图21 墓室及墓道的模拟图（仅存在东、西两个墓道）

图22 汉武帝茂陵陪葬坑平面图

5、旁行三百丈的秘密

史书《汉旧仪》记载，丞相李斯奉旨修建骊山皇陵，遇到“凿之不入，烧之不然，叩之空空如下天状”的情况，“制曰：‘凿之不入，烧之不然，其旁行三百丈乃止。”这也是对地宫不在封土堆之下推论的来源。而这次地球物理考古发现在地宫东700米（约三百丈，秦制一丈约现在的2.31米）处存在异常体。这可能就是之前李斯报告中“凿之不入，烧之不然”的岩石。所以现在地宫的位置应该是修改方案后的位置。

图23 地宫位置的记录