尽管当时徐旭生对这处遗址作出的判断后来证明有误，但却由于他的首次发现和随之而来的数十次发掘，使二里头成为国内外学术界最引人瞩目的古文化遗址之一。
它不仅成为学者们探索夏史和夏文化的关键所在，也成为探讨中国国家和文明起源无法绕开的圣地。
鉴于二里头遗址在考古学上所具有的巨大潜力和学术价值，赵芝荃等人回到洛阳工作站之后，很快向中国科学院考古所写报告，请求率部移师对二里头遗址进行发掘。
此后不久，河南省文管会也得知了二里头发现重大遗址的消息，并决定派队前往发掘。
于是，1959年秋，得到批准的中国科学院考古所洛阳工作站以赵芝荃为首的十余人与河南省文管会派出的一个专门由女性组成的&ldo;刘胡兰小组&rdo;，几乎同时进驻二里头遗址展开发掘。
1960年，考古所的大批人员遵照当时的政策要求，下放山东省曲阜劳动锻炼，赵芝荃也在其列。
二里头遗址的发掘工作暂时由北京大学考古系毕业不久、年仅24岁的殷玮璋负责。
而这个时候河南省派出的&ldo;刘胡兰小组&rdo;也由于其他的原因撤出了发掘工地。
整个二里头遗址在以后的若干年内，只有中科院考古所下属的二里头工作队独家进行发掘。
1961年，赵芝荃从山东劳动改造的运动中解脱出来，重赴二里头主持发掘工作。
此后，在为期40年的时间里，在赵芝荃、方酉生、殷玮璋、郑振香、高天麟、郑光、杜金鹏、张立东等几十位考古学家的不断努力下，二里头遗址的文化面貌基本揭示出来。
&ldo;所知范围总面积约3平方公里，文化堆积甚厚，内涵十分丰富&rdo;。
遗址的文化延续时间经历了相当长的岁月，粗略估计前后约400多年。
就具体内容而言，文化遗迹中有大、中、小型各类建筑遗址，其中有宫殿、陵寝、台坛、祭祀性设施、各阶层的居室以及手工业如铸铜、制骨等作坊，此外还有陶窑、水井、道路、灰坑、墓葬等。
尤其令人震惊的是，在遗址中部发现的被称为第一、二号两座宫殿基址，规模宏伟，气势壮观，颇有王者气象。
第一号宫殿面积达1万多平方米，其周围有回廊，而东、南、北三面则为复廊，南部有三个门道的庑式大门，院内北部是304米&tis;114米的大殿台基。
第二号宫殿的大殿略大于一号宫殿，殿后有一大墓，从性质上推断这个宫殿当属宗庙、陵寝之类。
就整个一、二号宫殿的气势和规模而言，在整个商代考古史上罕有其匹者，&ldo;其平面安排开创了我国宫殿建筑的先河&rdo;。
仅从台基的面积来看，甚至可以与北京故宫的太和殿匹敌。
如此规模庞大的宫殿基址，考古学家前后花费了20多年的时间，才使其完整地重见天日。
后经研究者推断，这两座宫殿都属于二里头文化三期，在这一时期中，二里头文化进入了它最繁荣辉煌的鼎盛时代。
也就在这个非凡时代的遗存中，出土了大量的玉器、铜器和陶器。
其玉器多为圭、璋、戈等礼器，这些礼器在整个玉器和礼器发展史上具有承上启下的开拓作用。
而出土的青铜容器和武器形状之独特，皆为中国之首次发现。
尤其是镶嵌绿松石的铜牌饰种类繁多，其选料之精、制作技术之高超、纹饰之精美，在整个商代考古史上从未有其先例，堪称国之重宝。
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