量子磁探测实证宋元“铁是怎样炼成的”

来源：科技日报

“炉火照天地，红星乱紫烟。”李白诗中描绘的我国古代大规模冶铁盛况，真的存在吗？千年前熊熊燃烧的火炉，如今在哪里？由北京大学考古文博学院牵头的考古团队，多年来一直在福建泉州安溪的群山之中探寻宋元时期冶铁工业的面貌。

宋元冶铁遗迹寻踪

安溪冶铁古已有之，青阳铁场曾是宋代官方设立的专职铁场之一。《宋会要辑稿》与《宋史》中分别有咸平二年（999年）置青阳场和庆历五年（1045年）“泉州青阳铁冶大发”的记载，可见当年冶铁业的繁荣。随着泉州港的兴盛，青阳铁场的铁产品一度成为海上丝绸之路的抢手货。元代《岛夷志略》记载，泉州海船行商涉及海外200余地，其中将铁制品作为贸易商品的国家和地区就有48个。

为了摸清宋元时期当地冶铁工业的布局情况，2019年10月，在国家文物局统筹下，北京大学考古文博学院下草埔考古队对安溪青阳下草埔冶铁遗址（以下简称“下草埔冶铁遗址”）开展田野调查和考古发掘。

“下草埔冶铁遗址是泉州青阳铁场的重要组成部分，也是国内首个科学考古发掘的块炼铁与生铁冶炼两种技术体系并存的冶铁遗址。”下草埔冶铁遗址考古发掘执行领队、北京大学考古文博学院博雅博士后李佳胜介绍，下草埔冶铁遗址核心遗址面积达5万平方米，是宋元时期青阳冶铁遗址群中保存最为完好、规模最大的遗址点。北京大学考古队在此发现一系列重要遗迹，包括冶炼炉10座、房址4处、多个活动面、护坡、池塘、小丘、板结层及石堆，还有铜钱、陶瓷器等生活用品，为宋元时期冶铁技术的发展提供了重要的实物资料。

独特的板结层冶炼处理技术，能够就地掩埋处理冶炼垃圾，减少对环境的破坏，实现可持续性冶炼；宋元地层内出土的墨书瓷片记录了“朱”“吴”“庄”“胡”等姓氏，展现出了冶炼工匠群体的复杂性；建盏和莲瓣纹瓦当等相对高等级的生活、建筑用具，勾勒出相关官署或铁场管理者存在的线索……

这些遗迹和遗物共同呈现出一个聚集“采、产、运、销”的古代冶铁产业体系。

量子磁探测取得新发现

循着蜿蜒山路，高高的古矿洞和山间古道下方，还有更多冶铁遗存点缀在约5万平方米的深山老林之下。要怎么找到它们？成为考古队需要解决的难题。

“我们想到了量子磁探测技术。”李佳胜说，“这个技术最早应用于水下沉船考古。这次我们想尝试在陆地上应用量子磁探测技术，通过高效地捕捉地磁异常信号，快速找到地下的铁制文物，并将这一技术推广到更广泛的考古发掘场景中。”

北京大学考古文博学院联合北京大学量子电子学研究所所长郭弘团队，经过深入研讨，确定量子磁探测技术能够解决在考古工作中铁磁性目标的探测和定位问题。很快，郭弘团队成员于京华博士带领技术团队到达现场，开展测量工作。

于京华介绍，量子磁探测技术是量子精密测量中的一个重要应用方向。古代冶铁炼炉在冶炼过程中会产生热剩余磁性和化学剩余磁性。同时，受限于当时的冶炼技术手段，冶铁后产生的炉渣仍含有大量铁元素，具有天然的剩余磁性。即使埋藏在地下，这些考古遗迹也可以通过量子磁探测技术进行探查。

“我们用小型无人机吊装量子磁力仪探头，进行仿地飞行。”李佳胜说，“如果地下有地磁异常，相应位置就会展现出磁场信号波动，其特征往往能反映出考古遗迹的埋藏信息。”

量子磁探测绝非易事。为了排除来自各方面的磁干扰和噪声，保证探测到的磁场信号的准确性，于京华和团队做出了很多努力。“首先考虑到无人机机身产生的强磁干扰对探测信号的影响，因此磁力仪探头需要与无人机保持适当的距离。同时，也需要根据航磁无人机的硬件结构方案，分析磁干扰的来源，再通过特定的算法开展针对性的干扰抑制，最终提取出考古探测所需的磁异常信号。”于京华说。

最终，考古人员利用量子磁探测技术在下草埔冶铁遗址成功发现了一处新的炼铁炉遗迹，并经后续发掘证实。

“安溪模式”走出保护新路

以下草埔冶铁遗址的发掘为契机，北京大学考古文博学院深化与安溪的校地合作。师生不仅参与发掘，还深度投入遗址的价值阐释、保护规划、展示馆建设。“围绕遗址可以做的工作很多。我们将进一步更新考古发掘计划，从遗址的调查入手，在后期参与遗址展示馆的设计，参与到文物保护规划、遗址公园的规划建设之中，并参与当地的一些文化展览以及教育活动。”李佳胜说。

如今，北京大学考古文博学院建立了安溪教学研究基地。一方面，它促进了英国牛津大学、加拿大多伦多大学、匈牙利罗兰大学等国内外知名高校的师生参与考古挖掘，显著提升了中国考古的影响力；另一方面，教学研究基地辐射公众考古，承办中学生暑期课堂，将考古学的思想观念播撒进基础教育。

“北京大学考古文博学院与安溪的深度协作，已超越传统考古实践范畴，构建起校地协同创新的‘安溪模式’。”北京大学考古文博学院院长沈睿文介绍，这一模式不仅实现了从田野发掘到遗产活化、从学术研究到社会服务、从单一保护到多元利用的三大跨越，更以下草埔冶铁遗址为核心支点，撬动了安溪文化遗产的系统性研究、创造性转化与在地化传播，形成以考古促发展、以发展强考古的良性循环。这不仅为安溪打造了“千年冶铁之都”的文化名片，更为中国高校与地方县域经济协同发展、文化遗产保护利用与学科建设双赢提供了可复制、可推广的“北大—安溪样板”，开启了文化遗产保护传承与创新发展的新篇章。