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樓蘭王國最早的發現者是瑞典探險家斯文·赫定。1900年3月初，赫定探險隊沿著幹枯的孔雀河左河床來到羅布荒原，在穿越一處沙漠時才發現他們的鐵鏟不慎遺失在昨晚的宿營地中。赫定隻得讓他的助手回去尋找。助手很快找回鐵鏟甚至還揀回幾件木雕殘片。他見到碎片異常激動，決定發掘附近的廢墟。
緊張的挖掘工作一直持續著，隨後幾天中他們發現了一座佛塔和三個殿堂以及帶有希臘藝術文化的木雕建築構件、五銖錢、一封佉盧文書信等大批文物。隨後他們又在這片廢墟東南部發現了許多烽火台一直連接到羅布泊西岸的一座被風沙掩埋的古城，也許那就是傳說中的樓蘭。
樓蘭古城的遺跡主要是城牆和城內的建築遺存，城內遺物較多。城牆是用粘土和紅柳枝相間築成，南和北城牆保存較多，西城牆次之，東城牆保存最少。城牆殘存部分基寬約5～8.50米，殘高約1～4米。城址平麵略呈方形，按複原線計算東城牆長約333.50米，南城牆長約329米，西和北城牆長約327米。四麵城牆近中部處有缺口，似為城門遺跡。在城西北角與東南角之間有水道斜穿城內，以此為界可將城內遺跡分為東西兩大部分。河道之東中間偏北有座用土坯建造的佛塔，塔身平麵呈八角形,上有圓頂，殘高約10.62米。附近發現木質浮雕佛像、卷草紋木雕殘件和飾有蓮花的長柄銅香爐等。塔之東約30餘米處的台地上有一處房址，殘存木框架構件和紅柳編織塗泥的殘牆，其下有4個小室,裏麵堆積有大麥和小麥，並發現一枚盧文書。塔之南約50餘米的台地上，有一組高大建築群的殘跡，地表上散布許多木框架構件和用紅柳枝蘆葦編織塗泥的殘牆，其下殘存3室。發現有漢文和盧文書、絲織品、漆和木製品、五銖錢以及筷子等生活用品。在該房址之南的建築遺跡殘毀嚴重，不辨形製。其附近的遺物有印章、五銖錢、小型金屬器、玻璃製品和珠飾等。河道之西建築遺跡比較密集，其中最重要的是在西部中間偏西南、東臨河道的大院落遺跡。院落略呈不規則的長方形，院內北和西殘存一些房址,北麵西邊3間用土坯砌築的房址至今猶存。遺物有大量漢文文書，少量盧文書，以及木尺、漆製品、金屬製品和一些日常用具等。院落之北有兩組簡陋的房屋遺跡，出土一些漢文和盧文書及日常用品等。在這兩組房址與院落之間，有養牲畜的圈欄遺跡。東與院落遺跡相對，西臨西城牆是一組由許多房間構成的大建築遺跡。遺物主要有盧文和漢文文書，以及絲、毛、麻、棉織物，還有漁獵工具與日用品等。上述諸遺跡，應是城內衙署及其附屬機構的建築群。此外，院落之南還有堡壘遺跡，城西南角一帶有小住宅遺跡。
文書—樓蘭古城出土的漢文木簡（把字寫在狹長的木條上叫做木簡）和紙文書的紀年以魏嘉平四年（252）最早，多數集中在270年前後。這些文書主要是當地行政機構和駐軍的各項公文及公私往來信件，內容比較廣泛。從中可以看出魏晉時期在樓蘭城設有西域長史及其完整的行政機構；駐軍概況和各屯墾區農業生產、水利與生活的一些情況。可以了解到與樓蘭城內生活有關的情況,如城內設有倉庫、客館和醫院;有製造鐵工具和兵器的手工業；有以穀物絲帛作價的商業活動，如一件殘簡記載買“絲四千三百廿六匹”，可見當時絲綢貿易量是很大的。此外，文書還記錄了一些有關城內居民與戶口、法律等方麵的部分情況，以及當時樓蘭城與敦煌、酒泉、姑臧、焉耆、龜茲、鄯善和高昌等地的聯係情況。出土的文書表明，魏晉時期曾有效地控製著樓蘭地區，並使樓蘭城變為羅布泊一帶最為繁盛的城鎮。盧文書的內容有涉及審理案件、買賣土地契約、信差及公私信件等，文書中還出現有鄯善王安歸迦的名字和一些職官的名稱。文書的時代主要集中在安歸迦王（247～282或267～303）時期。據此可以推測，在晉朝西域長史退出樓蘭的時期內，鄯善安歸迦王有可能曾派官員進駐樓蘭城。