《Scientific Reports》：Unveiling hidden prehistoric structure via high-resolution GPR survey at Hierakonpolis, Aswan, Egypt
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希拉康波利斯是上埃及前王朝时期（约公元前3800–3100年）的一个重要人口与政治中心。其古代遗存主要以负考古特征（即破坏自然土壤的结构性切割）的形式保存，例如木结构建筑的柱洞和基础沟槽。其中一处大型建筑是一道栅栏墙，考古学家已发掘出超过50米长度。为在不进行
希拉康波利斯是上埃及前王朝时期（约公元前3800–3100年）的一个重要人口与政治中心。其古代遗存主要以负考古特征（即破坏自然土壤的结构性切割）的形式保存，例如木结构建筑的柱洞和基础沟槽。其中一处大型建筑是一道栅栏墙，考古学家已发掘出超过50米长度。为在不进行发掘的情况下追踪该结构的地下延续部分，研究人员使用高频（900 MHz）天线进行了一次探地雷达（GPR）调查。尽管遗存与土壤之间物理对比微弱，但干旱条件使得GPR能够检测到基础沟槽，作为贯穿整个研究区域的尼罗河淤泥层中的横向不连续面。GPR扫描显示，该墙沿与已发掘段相同的轨迹向西继续延伸18米，之后信号终止。GPR相分析表明，古尼罗河河道反复洪水破坏了该遗址的稳定性，可能导致西北部区域的墙体被毁。考古发现表明，该墙界定了一个大型仪式与行政建筑群，而调查结果也提示其具有更广泛的功能性作用，即作为抵御尼罗河洪水及其他自然威胁的防御屏障。
**论文解读：高分辨率探地雷达揭示希拉康波利斯隐藏史前栅栏墙结构**
**研究背景与存在问题**
希拉康波利斯（Hierakonpolis）是上埃及前王朝时期（约公元前3800–3100年）的一个重要人口与政治中心，其希腊名称意为“鹰城”，与当地神祇荷鲁斯（Horus）相关联。该遗址的考古遗存主要保存为负考古特征（negative archaeological features），即破坏自然土壤的结构性切割，如木结构建筑的柱洞（postholes）和基础沟槽（foundation trenches）。在已发掘的众多结构中，一道大型栅栏墙（palisade wall）位于编号HK29B的地点，由英属哥伦比亚大学Thomas Hikade团队于2005–2008年发掘出约50米长度。该墙由密集排列的木柱组成，沿西北–东南方向延伸，基础沟槽深度从东南端的0.2–0.3米加深至西北端的1米，柱洞直径平均0.3–0.4米，深0.4–0.5米，个别大柱洞直径达1.10米、深达1.40米。该墙是前王朝时期已知最大型建筑之一，但其完整尺寸和布局仍不确定：东南端进入沙漠植被覆盖区，西北端则出现一个直角转向北，但仅延续短距离后终止于一个大柱洞。这究竟是转角还是门道？墙体是否继续向北或西北延伸？为了解答这些疑问，同时避免破坏性发掘，研究人员决定采用地球物理方法进行探测。
**研究目的**
本研究旨在通过高分辨率探地雷达（Ground-Penetrating Radar, GPR）调查，确定HK29B栅栏墙在西北端是否突然终止，还是继续向北或向西延伸，从而揭示该墙的实际范围，并为理解其功能提供依据。
**主要关键技术方法**
研究人员采用IDS-GPR系统，配备900 MHz屏蔽天线，于2018年在埃及阿斯旺省希拉康波利斯遗址HK29B地点进行高分辨率探地雷达调查。该高频天线提供最佳垂直与水平分辨率，以描绘窄基础沟槽的边界，调查深度控制在1.5米以内（基于先前发掘确认的考古层最大深度）。数据采集使用25纳秒时间窗口，深度转换基于平均电磁波速度0.12米/纳秒，该速度通过已知发掘柱洞深度进行标定和验证。数据处理流程包括：零时校正（zero-time correction）、背景去除（background removal）、去低频漂移（dewow）、带通滤波（band-pass filtering）、增益函数（gain function）、速度校准（velocity calibration）、深度转换（depth conversion）以及基尔霍夫偏移（Kirchhoff migration）等，使用GRED HD软件（版本1.7，IDS GeoRadar Srl，意大利比萨）完成。测线设计基于现场局部参考系，共布设12条测线：P1–P2横跨已知发掘区域用于校准GPR信号特征；P3–P7（蓝色测线）平行于墙体走向，针对假设的北向延伸；P8–P12（绿色测线）垂直于假设的西北向延伸，测线间距6米，以系统覆盖西北区域。此外，还增设一条长47.5米的探索性测线P13，位于已发掘墙体西侧60米处，用于调查区域地质背景。
**研究结果**
**1. 地球物理结果概述（Overview of geophysical results）**
通过P1和P2测线（横跨已知发掘区域）的GPR剖面，研究人员标定了栅栏墙基础沟槽的典型信号特征：在已处理与偏移后的剖面上，墙沟槽表现为地质层位的明显垂直位移，深度达0.8–1.5米，与浅层回填坑（深度较浅、反射杂乱）形成鲜明对比。墙沟槽在P1的8.2米处和P2的6.7米处被清晰识别，从而建立了GPR信号与考古特征的对应关系。
**2. 北向延伸调查（Investigating the northern extension of the wall）**
控制测线P3（位于墙体已知走向南侧）显示连续、倾斜的原始地层，作为地质背景参考。紧邻发掘终点的北侧测线P4和P5在4.8米和4.2米处记录到高振幅双曲线反射，这正是已知发掘柱洞的响应（柱洞内空气填充，与周围土壤介电常数差异大）。而完全位于发掘区以外的测线P6和P7则显示连续、未受扰动的层位，无任何沟槽或回填信号特征，从而排除了墙体向北延伸的可能性，将调查重点转向西北方向。
**3. 西北向延伸调查（Investigating the northwestern extension of the wall）**
第二组测线（P8–P12）垂直于假设的西北向延伸。P8和P9的偏移剖面中段出现不连续面，指示墙体沟槽与测线相交；P8在距起点9米处还识别出一个小柱洞异常。这些结果表明墙体沿西北方向继续延伸，超出当前发掘范围。P8和P9剖面中，沟槽正下方出现深部高振幅反射（黑色箭头指示），可能代表原始挖掘造成的土壤压实或水分变化，使得信号穿透更深。P10剖面显示上层地层层位明显退化，反射不清晰，与现场观测到的地形降低（向Wadi Abu Suffian干谷延伸）相符，表明该区域可能为不同沉积环境，土壤电导率或含水量增加导致信号快速衰减。P11和P12剖面成功捕获了完整的前积斜坡反射（clinoform）模式：P11前13米显示强烈侵蚀，掩盖了潜在墙沟槽证据，但远端呈现复杂的斜交–S形（complex oblique-sigmoidal）反射模式，表明低梯度沉积环境（如三角洲前缘或滩面）中的侧向前积，支持研究区东北部存在古湖岸环境（可能由季节性洪水维持）的假设。P12剖面确认了P11中所有特征，且中间区域无人工干扰，反映自然连续的地质条件。
**4. 区域沉积环境分析**
探索性测线P13（长47.5米，位于已发掘墙体西侧60米）揭示了两个不同的沉积旋回：第一旋回（15–25米）呈现一系列倾斜薄层，形成复杂S形反射模式，显示能量逐渐降低，沉积于稳定或缓慢上升的水位条件下；第二旋回（32–42米）显示高能洪水事件特征，出现粗大碎屑（如卵石或岩块）的双曲线反射。这些高能事件可能来自Wadi Abu Suffian干谷的季节性洪水或古尼罗河河道的显著流量波动。结合地质钻探数据，该区域靠近古尼罗河河道，因此GPR相分析表明，墙体西北段可能被高能河流环境破坏。
**讨论与结论**
研究人员指出，HK29B的栅栏墙在上埃及是独一无二的结构。前王朝时期埃及南北部常见轻质材料（木材和芦苇）墙，但多为临时性建筑，而HK29B的墙使用了大量大型深埋木柱，显示出极高的资源投入。在尼罗河三角洲的Tell-el Farkha遗址，双排木柱墙被用作行政与精英制造区的围墙，同时兼具防洪功能。基于GPR调查结果，研究人员认为HK29B栅栏墙除了界定仪式与行政建筑群、展示地位和排斥外部人员外，还应具有更广泛的实际功能：抵御洪水以及当时栖息于洪水中的危险动物（如河马和鳄鱼，这些动物在前王朝图像中频繁出现，象征危险与混乱）。从GPR信号一致性来看，墙体如果继续向西延伸，则可能被高能河流环境摧毁。这一发现强调了地质和水文历史对古代人工结构完整性的重大影响。
结论：GPR调查成功追踪了古栅栏墙的埋藏遗存，额外延伸18米，表明墙体保持西北走向，可能在一个由堡垒门或塔楼加固的开口后继续向西。GPR相分析识别出复杂的S形–斜交和斜交–切线反射模式，表明沉积能量波动，这可能与西北部区域反复洪水造成的水位变化有关。该区域位于低洼地带，靠近古尼罗河河道（据地质钻探）。尽管尚无法精确确定洪水事件年代，但干谷口的钻探表明，早王朝时期干谷冲刷和洪水强度间歇性加剧，可能摧毁了当时可能已被废弃的墙体。此外，墙体也可能本身仅延伸至GPR所揭示的有限范围，古代建造者已知晓西部区域洪水风险。这些发现不仅揭示了古栅栏墙的范围，还为理解影响该重要早期遗址空间组织、社会及意识形态发展的环境条件提供了宝贵见解。论文发表在《Scientific Reports》。
