一、基本情况
为贯彻落实党的二十届三中全会精神,深刻领会习近平总书记重要指示,加强文物科技创新,优化科技创新任务布局,强化科学技术对考古与文物保护的重要支撑作用,强化基地和平台支撑,推动设立全国重点实验室、国家技术创新中心等国家级创新平台,打造技术和人才集聚高地。经中国社会科学院党组和中国历史研究院决定,2024年9月10日正式启动成立中国社会科学院科技考古与文化遗产保护重点实验室、中国历史研究院科技考古与文化遗产保护重点实验室、中国社会科学院大学科技考古与文化遗产保护重点实验室(以下简称实验室),为非营利性科研实体。
二、跨学科研究及成果
实验室依托于中国历史研究院,紧密关联考古学、历史学、人文科学和自然科学等多学科领域,运用生物学、分子生物学、化学、地学、物理学等前沿学科的先进技术,旨在通过多学科联合攻关,延伸历史轴线、活化历史场景、增强历史信度、丰富历史内涵,深入探索古代历史和保护文化遗产。实验室下设科技考古中心和文化遗产保护研究中心,积极组织开展跨学科、跨单位科技考古与文化遗产保护研究工作,推出原创性、综合性、前瞻性的高质量成果。
1. 科技考古中心,其前身是1965年由中国科学院考古研究所(后改为中国社会科学院考古研究所)成立的全国首个碳十四实验室,1995年在碳十四实验室基础上成立了全国首家科技考古中心,并系统设立了多个实验室。
科技考古中心致力于将自然科学技术与考古学研究相结合,设立13个子实验室以及5个联合实验室,分别为碳十四年代学实验室、古DNA实验室、同位素分析实验室、残留物分析实验室、环境考古实验室、人骨考古实验室、动物考古实验室、植物考古实验室、木材考古实验室、冶金考古实验室、玉石器考古实验室、陶瓷玻璃考古实验室、数字考古实验室、中华文明探源科技考古联合实验室、夏商文明科技考古联合实验室、“一带一路”科技考古联合实验室、中华民族共同体研究科技考古联合实验室、大数据与人工智能科技考古联合实验室。
2. 文化遗产保护中心,其前身是2006年成立的中国社会科学院考古研究所大遗址保护中心。
文化遗产保护中心致力于考古资源管理与出土文物保护研究,设立5个子实验室,分别为纺织考古实验室、文物保护科技实验室、实验室考古方舱、文物保护修复实验室、考古遗产实验室。
经过近70年的发展,在中国社会科学院重点扶持学科、重点学科、优势学科和一类重点资助重点实验室、国家文物局动植物考古重点科研基地的支持下,科技考古中心和文化遗产保护中心联合体成为中国乃至东亚地区研究门类最齐全、研究方向最前沿、团队实力最雄厚、研究标本最丰富的科研机构,科技考古与文化遗产保护中心综合研究实力雄踞全国第一。实验室科研人员在国内外学术刊物上发表论文逾千篇,出版专著和文集30余部,主办学术辑刊《科技考古》《文化遗产研究》,获得省部级以上奖励或行业的全国性奖励20余项,科研成果得到国家和学术界的认可。科研人员承担国家科技攻关计划、国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家社会科学基金、国家自然科学基金等省部级以上科研课题,以及中外合作课题共计60余项。制定并由国家文物局发布行业标准4项,分别是《田野考古出土动物标本采集及实验室操作规范》、《碳氮同位素食性分析骨质样品采集及实验室操作规范》、《田野考古植物遗存浮选采集及实验室操作规范》、《田野考古制图》。
三、基础设施
实验室拥有完整的实验研究理论和方法,充足的实验设备,能够满足实验数据和信息的采集分析,产出了大量系统性的数据库与前沿专利成果。实验室基础设备齐全,重点发展方向和传统优势方向配置了相应大型设备,能够满足不同方向的实验数据采集和分析。目前建成加速器碳十四测年制样的自动和手动两套系统,配备场发射扫描电子显微镜、电感耦合等离子体质谱仪、气相色谱质谱联用仪、X射线探伤仪、原子吸收光谱仪、傅里叶红外光谱仪、拉曼光谱仪、离子色谱仪、X荧光能谱仪、实时荧光定量PCR仪、凝胶成像仪、三维扫描仪、三维建模图形工作站、高光谱成像系统、探地雷达、磁化率仪、元素分析仪、偏光显微镜、金相显微镜、三维视频显微镜、超景深显微镜、体式显微镜、纤维分析仪、颜色测量仪等仪器。能够满足各个子实验室方向的实验需求。
实验室长期致力于标本库和数据库建设且成效显著。在国家文物局“文物科技资源共享服务平台体系”和中国社会科学院数据库建设支持下,实验室顺应当前考古信息化和数字化的发展趋势着力打造科技考古与文物保护标本库和数据库。标本库包括现代标本和古代标本两大类:现代标本库针对性明确地全面服务于考古遗址出土相关遗存的鉴定和研究,依据“将今论古”的原则保证研究的科学性。通过购置和自制的方法,实验室收藏了大量国内不同地域、不同个体特征的实物标本,具体包括现生动物标本(完整个体)150余种、现生植物种子2000余种、现生树芯300余块;古代标本库的建立不仅有助于保存大量不同时期、不同地点的珍贵的考古资料,进一步突出本实验室特色、价值和地位,也有助于今后利用的新的技术手段,从这些资料中获取更多的重要信息,开展再研究。实验室收藏有全国各地考古遗址的大量珍贵资料,如遥感影像资料2000余幅(景)、土壤样品1000余份、人骨遗存1000余例、动物遗存20余万块、植物种子遗存100余万粒、古代树盘(芯)1000余块、木炭遗存3000余份、冶金遗物1500余块等,其中不乏诸如中国最早的家猪、家狗、粟、黍和已经绝灭的圣水牛、犀牛等标本。文物保护中心建立纺织品资料与研究数据库,将版本文献、出土简报、修复报告中与纺织考古相关的内容以数据条目的形式辑出,结合地理信息系统,分类整理形成数据库,已获得近600条经过版本文献考证的数据,同时规范统一出土纺织品种类和工艺的称谓。云存储数据可以申请访问,实现资源共享。
自2019年以来,实验室累计开展技术发明8项,涉及方向为文物保护技术方法和文物环保存境监测。其中已经授权的有“一种基于激光焊接的出土银器保护修复方法”、“一种基于热分解还原的出土银器保护修复方法”、“用于纺织品保护的便携式绕网机”、“一种用于纺织品保护的便携式绕网机”,处于公开和受理阶段的有“用于纺织品文物保护修复的手持便携式加固装置”、“实验室内考古遗存清理用辅助翻转装置”、“一种考古现场土壤理化参数原位在线监测装置及方法”、“用于古代丝织品加固的静电纺丝聚合物溶液及加固方法”。
四、研究团队
实验室注重科研人员的培养和团队建设,形成合理的学术梯队,促进青年学者的成长。实验室现有正式科研人员37名,在哈佛大学燕京学社、剑桥大学李约瑟研究所、鲁斯基金等访学项目的资助下,半数以上科研人员具有海外留(访)学经历。青年学者荣获中组部青年拔尖人才、中宣部宣传思想文化青年人才、中国社会科学院青年拔尖人才、培远计划人才、中国考古学会金爵奖等重要奖项。
五、重点发展子实验室
为领航全国科技考古与文化遗产保护学科的发展,在运用新技术、新设备大幅度提升考古发掘和研究的分析力、判断力和综合研究实力,加快构建考古学自主知识体系方面发挥领头羊、先行者作用,向着高质量原创性科研成果的目标前进,设立6个重点发展子实验室,分别是碳十四年代学实验室、古DNA实验室、同位素分析实验室、环境考古实验室、纺织考古实验室、实验室考古方舱。
1、碳十四年代学实验室
对考古遗址出土人骨、动物骨骼、植物种子等含碳物质进行碳十四测定,再利用树轮校正曲线得到日历年代,结合考古地层学与类型学构建数据模型,为讨论相关遗存、关键历史事件、考古学文化谱系提供精准的绝对年代。围绕现代人起源、农业起源、中华文明探源、统一多民族国家形成与发展等开展系列研究。
实验室自1965年建立以来,共发表了2700多个碳十四测年数据,在目前中国考古碳十四年代数据中占比约40%。已经建成高效石墨化制靶系统,碳十四本底可达到50000年以上。
加速器质谱仪的配置工作已经提上日程。
2、古DNA实验室
利用现代分子生物学技术,对考古遗址出土的人类、动物、植物以及其他微生物遗存的DNA分子进行遗传学分析,研究相关生物物种的群体(甚至个体)在考古遗址所在地域的演变历史,重建文化发展与环境变化之间的互动过程,并结合考古学其他方面的研究成果,进行古代社会的考古学研究。
实验室将完成升级与技术创新,完善古DNA提取和下一代测序建库技术,提高获取古DNA数据的成功率,有效地挖掘和处理大数据并抓取有用信息,运用基因组学大数据为解决考古学问题提供科学线索。
3、同位素分析实验室
聚焦传统同位素方法在考古学重要问题中的应用,潜心开拓非传统和精细化同位素地球化学方法,联合分子考古学及蛋白质组学等生物考古技术在科技考古领域的应用,兼顾基础研究与针对农业起源、文明起源、都邑考古等重大考古学问题的整合研究,推出更多原创性、高质量成果。
结合高精度碳十四测年技术,拓展同位素在农业起源等相关问题研究中的应用前景。
加快多同位素分析方法的推广,购置气体稳定同位素比值质谱仪等先进设备,升级实验设备。
4、环境考古实验室
通过系统运用地貌学、第四纪地质学和沉积学的多种古环境研究方法,重建不同时空框架的古环境特征,并分析人类活动与自然环境的相互关系,从人地关系的角度认识古代文化和社会的发展。
实验室更新和升级后,更新粒度分析仪、磁化率仪、生物显微镜、冻干机、精密天平和色度仪等设备,形成从沉积物年代到性质的完整操作链。
5、纺织考古实验室
以传统物理保护手段为主,辅以现代科学技术,对考古发掘过程中新发现的纺织品、纺织工具等进行清理、保护、研究,结合同时期相关的文字及图像,从物质文化的角度解析古代社会政治、经济、文化等诸多方面,揭示了服饰制度演变历程,探讨了古代社会生产方式变迁、服饰文化传播等学术问题。
6、实验室考古方舱
实验室考古是对叠压复杂、材质脆弱、具有组合关系、出土后易发生物理化学变化的一类出土遗存进行异地迁移、室内清理、遗存提取、信息采集和应急保护等研究的一种考古学模式。
在套箱提取技术、脆弱质遗存提取、车马坑发掘与保护、实验室考古理论等方面的技术和研究位于国内前列。开展移动CT研发与应用、车马坑实验室考古技术体系建设、考古发掘现场出土遗存保护等方面的研究,为出土重要遗存的预探测、信息采集和保护提供技术借鉴。
六、联合实验室
为贯彻落实高翔院长对实验室建设的重要指示,有组织地开展跨学科、跨单位的科技考古与文化遗产保护研究工作,统筹规划组建5个联合实验室,推出原创性、综合性、前瞻性的高质量成果,打造“国内领先、国际一流”的科技考古与文化遗产保护研究平台。5个联合实验室分别:中华文明探源科技考古联合实验室、夏商文明科技考古联合实验室、“一带一路”科技考古联合实验室、中华民族共同体研究科技考古联合实验室、大数据与人工智能科技考古联合实验室。
1、中华文明探源科技考古联合实验室
通过多学科联合攻关,从科技考古的角度更好地揭示中华文明的起源和早期发展过程、展示中华文明的独特性和连续性,助力阐释我国百万年的人类史、一万年的文化史、五千多年的文明史,为建设中华民族现代文明提供历史滋养。
研究内容包括中华文明形成与早期发展过程中的考古学文化谱系的年代框架、自然环境、人群结构、生业经济、手工业技术、资源流通等相关问题,持续关注农业起源、现代人起源等重大考古学问题,服务国家重大战略,研究阐释中华文明的根脉、萌芽、形成与发展演变历程。
2、夏商文明科技考古联合实验室
加强与考古学的深度结合、以夏商文明研究为中心,提升实验的研究深度以及分析技术的创新性,为探索古代社会结构和文化演变提供坚实的科学基础。
整合力量进行多学科综合研究,紧紧围绕科技部“中华文明探源研究”及“商文明综合研究”等重大课题,围绕黄河、长江流域的关键性夏商都邑和区域中心聚落,如二里头、郑州商城、偃师商城、小双桥、洹北商城、殷墟、三星堆等遗址,完善夏商文化高精度年表,探索夏商时期的人群结构、生业经济、珍贵资源、技术演变及经济发展,助力阐释中华民族早期发展的文明演进之路。
3、“一带一路”科技考古联合实验室
借助考古科技与文化遗产保护手段在国际范围内拓展科研领域的交叉(比较)平台。
在科技考古方面,采用多种科技手段,结合新疆呼斯塔、新疆北庭故城、青海热水墓群以及哈乌兹别克斯坦、罗马尼亚、埃及等境内外重要遗址出土遗存,进行多方面的科技检测、保护与数据分析,研究相关遗存的种属、材质属性、制作工艺、原料产地等方面,进而讨论资源流通、技术交流、人群融合、文明互鉴等论题。
在文保方面,突出对位于西部地区、廊道地区、丝路沿线地区特殊自然、历史、人文因素影响下的重要考古遗产的保护管理工作的策略性研究,重要出土文物的保护实践工作,以及与世界遗产申报相关问题的研究。
4、中华民族共同体研究科技考古联合实验室
通过多学科、跨单位联合攻关,紧紧围绕我国多民族交往交流交融进程开展科技考古学研究,为揭示中华文明融合特性,进一步阐释中华民族共同体多元一体化进程提供科技考古学依据。
与相关科研院所开展实验室共建,利用现有骨骼标本与平台优势,整合人骨考古学、同位素分析、分子考古学等学术与人才资源,联合攻关,提升本实验室在我国及国际科技考古学界话语权与影响力。
5、大数据与人工智能科技考古联合实验室
以库存海量实物标本和科学数据为基础,运用5G、VR/AR、GIS、三维建模、大数据和AI等新技术,建设科技考古与文化遗产保护领域的数据库和人工智能应用的实验室。
重点围绕基础设施建设、文物资源数据库建设、大数据与人工智能平台建设等开展工作。
七、传统优势子实验室
实验室标本库藏有丰富的遥感影像资料、土壤样品、生物遗存、无机质遗存等,由此开展的形态学鉴定、量化、研究和保护为传统优势学科方向。国际上依托世界考古论坛、国际动物考古学会、美洲考古学会,国内依托中国考古学会科技考古类专业委员会以及中国科学技术史学会科技考古专业委员会等学术社团,通过制定行业标准、召开全国科技考古类学术研讨会等方式,引领相关领域研究稳健发展。传统优势子实验室有11个,分别为:人骨考古实验室、动物考古实验室、植物考古实验室、木材考古实验室、冶金考古实验室、玉石器考古实验室、陶瓷玻璃考古实验室、数字考古实验室、文物保护科技实验室、文物保护修复实验室、考古遗产实验室。
1、人骨考古实验室
以考古遗址出土的人类骨骼遗存(包括牙齿)为研究对象,采用形态学、解剖学、功能学、病理学、创伤学、生物学、物理学、化学、遗传学等分析手段,探索研究一系列考古学问题,包括人类的起源与演化、古代人类的体质特征、生长发育、生活方式、健康状况、饮食结构、社会经济、人口结构、迁徙行为、社会冲突以及人群亲缘关系和遗传结构等。
研究方向包括古人种学、古病理学、古人口学、生物力学研究等。
2、动物考古实验室
通过对考古遗址出土的动物遗存标本进行科学、系统的研究,认识古代人类利用或与活动相关的动物种类与动物资源,探讨古代人类与动物的关系及其反映的相关人类行为。
探讨家养动物与畜牧业的起源,古代人类获取与开发利用动物资源的方式、畜牧业等生业经济、动物祭祀与相关礼俗、动物与古代文明起源与古代社会发展的关系等,揭示中华文明及多元而统一的中国形成与发展的经济基础。
3、植物考古实验室
通过植物考古浮选法,获取炭化植物遗存,并展开相关分析研究。
实验室保存有国内植物考古实验室中最丰富的植物考古样品,在考古植物遗存鉴定方面始终处于国内领先水平。
致力于推广浮选法在国内的应用,使得国内植物考古材料在20多年间得到了井喷式的增长,对考古学科发展做出了重要的贡献。
主要研究内容包括:中国的农业起源,尤其是北方旱作农业起源;成熟农业的确立与中华文明起源过程中的农业基础;早期国家形成、发展过程中农业结构的转变和认同;多元一体中华民族形成过程中的生业模式和饮食传统的变迁。
4、木材考古实验室
利用木材解剖学、木材学、树木年轮年代学、气候学、植物考古学、环境考古学等研究方法,对考古遗址出土木材遗存进行研究,认识和了解古代人类与植物的相互关系,判定文化遗存的年代,探求人类利用木材的信息,复原区域性木本植物种类,一定程度上重建古环境和古气候。
研究内容包括:考古遗址出土木材的树轮年代学研究、木材分析与研究、木炭分析与研究、枝、叶、果实、树皮及纤维分析与研究;树木文化研究。
5、冶金考古实验室
综合利用多种理化检测手段和研究方法,研究金属开采、冶炼、加工技术的历史,探索冶金工业的社会功能,讨论冶金技术在人类文明发展中的作用的学科。
研究方向聚焦于中国冶金史两个最重要的课题:青铜器陶范铸造技术传统的形成和演进;生铁及生铁炼钢技术体系的形成和发展。此外,通过对河南郑州商城、殷墟出土金箔的分析检测,探讨商代中原地区对黄金的认识和利用。
6、玉石器考古实验室
运用类型分析、复制和功能实验、微痕、残留物、岩相、岩石化学和地球化学等方法对考古出土玉石器进行综合研究,对考古出土的玉石器进行形制、技术、质地、产源等方面进行分析研究,以探讨玉石器和文明的起源和发展之间关系。
研究方向包括:绿松石产地研究;玉器材料分析;玉器工艺研究;玉石器生产与社会变迁研究;中国西北玉料的特征及流布研究;玛雅玉石器研究;和田玉与中国传统文化研究。
7、陶瓷玻璃考古实验室
利用化学成分分析、物相结构分析、显微结构分析等理化分析手段,分析考古遗址出土的陶瓷器及玻璃器的化学成分、物相组成及微观形貌,揭示其工艺技术和产地来源,进而探讨古代陶瓷、玻璃手工业的发展演进历程,并关注中西手工业的技术交流。
主要研究内容为:中国古代陶、瓷器致色机制和工艺研究;中国古代低温铅釉和高温青花瓷的操作链及其产业的全球化研究;丝绸之路上早期玻璃制品与技术的流通传播研究。
8、数字考古实验室
1994年考古所设立遥感考古实验室,2002年刘建国首次提出数字考古概念,率先集成运用现代测绘、卫星遥感、无人机拍摄、三维重建、空间分析等技术,研究史前聚落遗址的人地关系,揭示史前治水文明演进模式。
研究内容包括:推广多视角三维重建技术,促成全国田野考古现场空间信息获取技术的飞跃;利用空间信息技术探讨传统考古学研究的问题,揭示古代聚落遗址的形成过程和人地关系特征。
9、文物保护科技实验室
利用现代科技分析手段结合物理化学试验研究方法开展文物保护修复方法技术、文物保护修复材料筛选、文物原有制作工艺信息提取、文物保存状况与腐蚀病害机理、文物分析诊断技术、保护修复方法技术规范、文物展示与复原、测绘与数字化信息重建等基础研究,为文物保护修复实践提供重要科技支撑。
10、文物保护修复实验室
开展考古遗址现场文物应急保护与出土文物保护修复研究与实践,建立体系化、科学化的考古出土文物保护理论和保护修复技术方法。
全国最早以科学研究为目的进行文物保护修复工作的学术机构,先后参与河南殷墟、河南二里头、山西陶寺、河南琉璃阁、山西侯马、河南仰韶村、湖南马王堆汉墓、河南下寺、广西甑皮岩、江西海昏侯墓、贵州土司墓等重要考古遗址出土文物保护修复工作,在出土文物保护修复技术方面位于国内前列。
11、考古遗产实验室
主要工作包括:文化遗产基础理论研究,考古资源管理、保护与利用实践研究,世界遗产的申报及管理研究等。
曾经开展扬州城、秦始皇陵、邾国故城、马家窑遗址等多个大遗址的保护与利用实践工作,并在国家大遗址“十三五”“十四五”规划、国家考古遗址公园运行评估导则等重要政策编制过程中发挥关键作用。
此外,筹建1个实验室——残留物分析实验室。
借助多种针对有机物和无机物的分析方法和手段,对陶器、石器、青铜器、土壤等其它载体中的有机和无机残留物质加以提取和分析,以判断载体中残留物的动植物来源,在此基础上复原当时先民对动植物资源的加工和利用等实践活动场景,为探究影响社会发展与复杂化、文明起源与形成的因素提供直接证据。
八、协同创新能力
实验室以建设“国内领先、国际一流”的集研究、鉴定、修复、保护、仿真为一体的综合型科技考古实验室为目标,通过及时将先进的自然科学技术应用于考古领域,以实现人文学科和自然科学的跨学科研究。具体表现为以下5个方面.
1.多学科研究实力
实验室具备训练有素的多学科研究队伍。设立有20个研究方向,分别从事数字考古、碳十四测年、环境考古、人骨考古、动物考古、植物考古、冶金考古、木材考古、玉石器考古、同位素分析、古DNA分析、化学成分分析、无机物分析、实验室考古、出土文物的保护与修复、文保科技、考古测绘与数字化遗产、文化遗产基础理论研究与考古资源管理等。
2.良好的合作关系
实验室的研究人员均毕业于国内外知名高校的科技考古与文化遗产保护专业,拥有考古学、历史学、生物学、化学、物理学、地质学等多学科背景,并通过开展跨单位合作研究,在国家科技攻关计划、国家社会科学基金、国家自然科学基金等省部级以上科研项目中取得了重要成果,与国内外科技考古与文化遗产保护研究机构建立了密切的合作关系。
3.清晰的发展定位
一是成为实验室内部合作平台,为科技考古与文化遗产保护联合攻关研究提供支撑和保障作用。二是加强与国内知名科研机构实验室共建工作,设立五年建设规划,加强战略合作与管理协调,形成学科创新网络。三是深入开展国际化科学研究,加大力度引进国际一流学者到联合实验室长期工作,进一步扩大访问学者、博士后、研究生规模。
4.明确的服务意识
实验室不仅注重学术研究,还积极推动公共考古事业发展,中心多位学者作为主讲人或主要参与人参加央视《考古公开课》《中国考古学大会》《国家宝藏》《探索发现》等节目的录制,组织编写“写给青少年的考古书”有关科技考古的图书,通过科普活动和媒体宣传,提高公众对文化遗产保护的认识。
5.显著的创新能力
实验室在科技考古领域不断探索和应用新技术、新方法,推动了考古科技的创新和发展。考古年代学实验室自主建设成碳十四制样系统,该系统制样高效并初步实现自动化,在国内处于领先水平,大幅提升了考古测年的科学性。数字考古实验室在国内田野考古一线全面推进考古装备的现代化,创新性地围绕中国史前治水和水利工程开展前沿研究。