近日，国家文物局安排中国文化遗产研究院和青海省文物考古研究院组建专班，调集多领域专家，通过现场调查与科技检测，认定本报最先披露并开展学术争鸣的“昆仑石刻”为秦代遗存。刻石的验证过程，也是多学科协作、科技深度赋能考古的过程。实验室分析、高精度信息增强技术、矿物和金属元素分析等多种科技手段的综合运用，助力人们揭开刻石背后的谜团。
科技手段验证年代久远
青海省玛多县扎陵湖畔的刻石为什么不是现代工具所刻？
科技检测用数据进行了回答。
专家使用便携式荧光光谱仪，对刻石表面及刻痕内部的元素进行了检测。现代凿刻工具如合金钢刀具、电动工具等，为了提高硬度会加入钨（W）、钴（Co）等，这些是古代工具不会有的金属元素。如果用这种工具凿刻，会在山石表面或刻痕中留下钨、钴等元素。若光谱仪检测到这些元素，就可作为使用现代工具的证据。
展开剩余88%中国文化遗产研究院副院长李黎介绍，检测结果表明，刻字区域和非刻字区域的元素成分差异较小，其主量元素均为硅和铝，占比约为80%，伴生元素包含镁、钾、钙、锰、铁等造岩矿物特征元素，且均未检出钨、钴等金属元素，故排除利用现代合金工具凿刻的可能。
为什么说刻石经历了漫长的风化？
风化痕迹是石头历经岁月的铭证，也是断定该石刻年代久远的关键证据。“尕日塘秦刻石”刻痕内部和刻石表面均含有风化次生矿物，经历了长期风化作用，排除了近期新刻可能。
风化是一个非常漫长的过程，若为现代刻字，一定会破坏表面风化层。而刻字区域和非刻字区域风化层的成分和结构均类似，证明它们同样经历了漫长的风化作用，再次排除其为现代新刻的可能。
为什么能历经两千年保存至今？
经实验室分析，刻石岩性为石英砂岩，形成于约2.5亿年前，耐磨性高、抗风化能力强。
李黎介绍，在判断刻石岩性基本物理性质方面，使用了三项关键技术：
一是采用岩石薄片鉴定方法，给石头做“病理切片”，对刻石的岩性进行了鉴定，确定刻石岩性为“中细粒长石石英砂岩”；
二是采用细观实时加载—图像观测与采集试验系统，给石头做“抗压体检”，对刻石的力学强度进行了测试，结果表明岩石的单轴抗压强度平均值约为48MPa，力学强度较高；
三是采用岩石磨蚀伺服试验仪，对石头做了“耐磨性测试”，结果表明，磨蚀指数为3.7，而一般的大理石只有0.5~1，木料、泥炭更是小于0.3。也就是说，这处刻石属于高磨蚀性岩石，具有强度、硬度高，抗风化能力强的特点，既可以满足雕刻的硬度条件，又具有较强的抗风化能力。刻石保存至今的关键因素，正是岩石本身具有这种“硬核”的物理特性。
除岩石自身“天赋”外，其所处的地理环境也为其保存提供有利条件。实地勘察结果显示，扎陵湖北侧山体受水流冲蚀影响，被分割为多个不规则形矮山缓坡。风吹日晒、冰霜雪雨造成岩石风化，而刻石朝向为东南向，受下午高温辐射时间较短，且刻石所处位置的风向长期为西北风，东南风对刻石本体的侵蚀较弱。刻石岩体与山坡、扎陵湖形成“背山面水”的景观，整体营造出山体挡风、水域调节微气候的效果，遭受风蚀和光照高温辐射影响相对较弱，利于长久保存。
尕日塘秦刻石高清渲染图 国家文物局供图
“内外科”结合评估保存状况
为什么选择在这块岩石上刻字？
为全面评估刻石保存状况，研究人员还采用表面硬度计、红外热成像仪、弹性波速仪等无损检测手段，对刻石表面硬度、元素分布等情况进行了检测分析。“表面硬度计好比检查‘皮肤’（表面）的坚硬程度；红外热成像仪好比透视‘肌肉’（内部），寻找隐藏的空洞和裂隙；弹性波速仪则可以反映岩石的密度、软硬程度等。”中国社会科学院文物保护修复实验室负责人黄希生动比喻道。通过这些科技手段，研究人员发现刻字区域岩体结构相对完整，自然形成垂直状，表面强度高，较为平整，无明显结构缺陷，这可能是古人选择在它身上刻字的原因之一。此外，无损检测手段还发现刻石裸露部分在干旱半干旱环境下风化已产生出“包浆”——岩石漆。“岩石漆是半干旱至干旱地区岩石表面的附着物，深褐色至漆黑色，发亮，厚度通常在1~5微米之间。一般来说，年代越久岩石漆就越厚。”中国科学院大学助理研究员陈典告诉记者。研究人员通过元素分析，证实了该石刻的岩石漆是由长期风化作用形成，其古老程度绝非作伪所能达成。
观察公布的高清图片可以发现，字迹刻痕区域多呈黑色，而空白区域则以红褐色或青灰色为主。研究人员选取刻石“里”字的内部微量粉末样品（5克）进行分析，发现样品中有相对较高的锰铝绿泥石。锰铝绿泥石，也称硬绿泥石，不易风化，呈黑色，其重量百分比为0.09%，而刻石非刻字区的锰铝绿泥石重量百分比为0.01%，这是刻痕呈黑色的主要原因；受次生矿物及自然风化影响，空白区域则以红褐色或青灰色为主，因此形成了色差。
尽管该刻石强度与抗风化能力较高，仍存在局部稳定性隐患。研究人员通过对刻石赋存岩体和本体的勘察，获取了刻石所处地层的地质剖面，结果表明，刻石本身虽然整体结构稳定，但部分岩层有剥落风险，需持续关注保护。
通过科学检测分析，研究团队系统获取了刻石刻痕特征、岩性物理性质、风化程度及保存状况等关键数据，不仅揭示了这块石头背后隐藏的时空密码，也解答了古人为何选择在此刻字。“在该区域内仅刻石所处的岩体具备人类避风停留、进行刻凿，且有利于刻石长期留存的自然环境与气候条件，体现出古人在刻石选址方面的智慧。”青海省文物考古研究院院长王进先说。
高清图片还原文字细节
为什么判断刻石文字为秦篆？
首先要获取刻石高精度、详细的文字图像。为了保护文物，研究人员采用高精度信息增强技术，“隔空”采集刻石文字信息。这项技术在对文物本体没有任何接触和损害的前提下，进行数字化采集，并且能够提取出清晰的文物本体的原始图像、纹饰，以及文字信息；再通过对采集数据的分析、处理、应用，还可进一步将清晰度提高40%至90%。
足够高清的图片才能揭示古人书写的更多细节——单张图像分辨率不低于600万像素，影像数据量达到500张、60GB，并经过影像数据校色处理、纹理影像数据与三维模型数据映射处理，通过对图像几何错位、色差偏差调整，确保纹理图像分辨率不低于8K，为细致分析奠定基础。通过信息采集和提取，研究人员获取了尕日塘秦刻石的正射影像图、高清数字线图、高清电子拓片和高清渲染图。
在此基础上，研究团队对刻石文字进行逐一提取分析，并采用微距摄影技术，对刻痕微观特征进行了数据采集。“根据文字提取结果，刻石文字具有显著的‘因形布字’特点，文字风格统一，属典型秦篆。”李黎说。
刻石的凿刻工具和方式之谜，也在科技手段的辅助下渐渐清晰。研究人员采用微距摄影技术采集刻石文字笔画的刻痕特征，对刻字笔画的深度、宽度、截面积进行统计分析。将石刻文字放大再放大，可以发现其刻痕宽度均匀。以“臣”字为例，研究人员共采集6个笔画、共计60处剖面，发现刻痕宽度平均值为4.17毫米，标准差1.35；刻痕两侧都有不规则崩裂现象，刻痕底部多为平底形，刻痕截面积平均值为1.46平方毫米，标准差0.78；刻痕中可见凿刻顿挫产生的显著痕迹，存在刻痕顿挫的笔画占比约80%。从这些证据可以看出，刻石系采用平口工具，斜方直接入石刻制而成。
古人具体是用什么样的凿刻工具呢？专家推测为一种较窄的平头凿。“凿痕较清晰，在不同笔画分别使用斜平凿、侧平凿、侧尖凿等方式，凿刻随形随势而为，并未刻意追求统一。”王进先说。
刻石的发现并非孤立事件
为什么说古人能到达这里？
玛多，藏语意为“黄河源头”，地处青海省南部，果洛藏族自治州西北部，位于三江源国家级自然保护区核心腹地，是万里黄河流经第一县，素有“黄河之源、千湖之县”的美称。境内河流密集、湖泊众多，其中扎陵湖、鄂陵湖有“黄河源头姊妹湖”之称。
许多线索指示，刻石所在区域并非与世隔绝的文化孤岛。地名“尕日塘”藏语意为“往来歇息之平地”。王进先介绍，扎陵湖北岸台地，湖滨平坦开阔，正处扎陵湖北岸东西通途间；东西两侧各有一条小河由北向南流入扎陵湖，提供了良好的饮水水源，适合扎营停留。现在，这里仍是行者、牧人临时停留扎寨的适宜区。
考古调查结果进一步证实了该区域历史的厚重。经对刻石本体及周边区域自然环境、文化遗存、区域文化背景的调查研究，在刻石东北约2千米的湖漫滩与山坡交会处，调查发现有疑似石棺葬2座，附近发现多涌村古城遗址、江多祭祀遗址和墓葬群。
经梳理第四次全国文物普查数据，在以刻石为中心的150千米（约合秦汉360里）范围内，已发现旧石器时代、夏商周时期至近现代文物遗存共75处。其中，在62.25千米（秦汉150里）为半径区间内，已发现文物遗存数量为6处；在62.25千米（秦汉150里）至103.75千米（秦汉250里）半径区间内，已发现文物遗存数量为13处；在103.75千米（秦汉250里）至150千米（秦汉361.45里）半径区间内，已发现文物遗存数量为56处，揭示出该区域人类活动留下的丰富痕迹。以上已登记文物遗存与新发现文物遗存说明，自旧石器时代以来，尕日塘秦刻石所处的扎陵湖区域应属古代人类活动区域，并非人迹罕至的荒芜之所。
文献为刻石出现在此处提供了线索。李黎介绍，经查阅地方志、金石著录以及与黄河探源、昆仑地望辨析等相关文献，虽尚未发现与尕日塘秦刻石相关的直接记述，但《大清一统志》《清稗类钞》等载有扎陵湖、鄂陵湖周边古石刻相关记述，说明此地在清代（甚至更早）有刻石的传统，并可能留下相关遗存。
补史之缺，意义重大。展望未来，对尕日塘秦刻石的探索远未结束。围绕扎陵湖、鄂陵湖区域开展的深入调查，有望揭示更多古代遗存。多学科的深度融合，必将帮助我们更清晰地解读刻石背后的历史密码。
原文刊载于《光明日报》9月28日8版
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