東下馮遺址冶鑄遺存研究

摘要：本研究對東下馮遺址出土的17 件第三期冶金遺物進行了金相和掃描電子顯微鏡- 能譜分析。其中1 件附渣冰銅塊的檢測表明該遺址的銅有獨立于錫、鉛料的來源。熔銅渣及銅塊的分析表明第三期時已經(jīng)使用錫青銅，同時還有鉛青銅、鉛錫青銅、砷銅等合金種類的應(yīng)用。青銅合金通過向紅銅中添加錫、鉛物料（可能含砷）得到，與二里頭等遺址類似。

東下馮遺址是晉南夏商時期最重要的中心聚落之一。發(fā)掘報告將東下馮遺址分為六期，其中一至四期與二里頭類型一至四期相當(dāng)或稍晚，五、六期為早商文化的二里崗下層及上層遺存。東下馮遺址出土了一批銅器及石范、銅渣等冶金遺物，其中出土冶鑄遺物的有第一、四、五發(fā)掘地點。本研究對出土冶金遺物較為集中的第五發(fā)掘地點屬于三期的17 件銅塊、熔銅渣等進行檢測研究，以揭示其青銅冶金技術(shù)的面貌，為相關(guān)研究提供參考。

一、樣品狀況及檢測方法

1.樣品狀況　

17 個冶鑄遺物取樣情況及樣品性狀見表一及圖一。

2. 檢測方法

樣品截取小塊以酚醛樹酯熱鑲，經(jīng)打磨拋光至光鏡下不見明顯劃痕，噴碳后用于掃描電子顯微鏡- 能譜分析，拋去碳膜用于金（礦）相觀察。

用掃描電子顯微鏡（JSM6480LV）與能譜儀（Noran System six）進行成分和顯微組織分析。每個金屬樣品的基體成分測量4次取其平均值，見表二，對基體及外層氧化或銹蝕層物相也作了觀測。

以銅及其合金為基體的樣品先后經(jīng)9% 過二硫酸銨(NH4)2S2O8水溶液和添加了少量焦亞硫酸鈉Na2S2O5的硫代硫酸鈉Na2S2O3飽和水溶液浸蝕。熔銅渣、冰銅塊未浸蝕。以Nikon 公司的Epiphot 顯微鏡外接Nikon D300 數(shù)碼相機拍攝金、礦相照片。

二、檢測結(jié)果

可將17 件遺物分為冰銅塊（1 件）、熔銅渣（3件）、銅塊（鉛青銅1 件，含鉛、錫或砷的紅銅12 件）三類。

1. 冰銅塊

冰銅塊　1 件， 編號XDXF03，帶破裂面塊狀，表面灰黑色帶綠銹。經(jīng)檢測為含鐵量甚少的高品位冰銅，即白冰銅。表面粘附爐渣為FeO-SiO2-CaO 渣系，其中有含少量鐵的銅顆粒（圖二）。

2. 熔銅渣

熔銅渣　3 件。熔銅渣XDXF06，氧化亞銅基體，其中分布大量四邊形或針狀二氧化錫骸晶，部分中空二氧化錫骸晶中包裹純銅（圖三）。樣品XDXF05，銹蝕嚴(yán)重，主體為銹蝕產(chǎn)物銅的碳酸鹽，殘留少量氧化亞銅，發(fā)現(xiàn)少量二氧化錫晶體（圖四）。樣品XDXF17，氧化亞銅基體和銹蝕產(chǎn)物銅碳酸鹽、氯銅礦等（圖五）。

3. 銅塊

銅塊　共13 件。

鉛青銅塊1 件，XDXF02，扁平塊狀，邊緣圓滑，表面覆蓋黃白色風(fēng)化或沉積產(chǎn)物及少量綠銹。經(jīng)檢測其基體含鉛10.64%，鉛分布不均勻，以網(wǎng)狀分布于晶間或球狀不均勻分布，表面有鉛及其氧化物的積聚，基體中發(fā)現(xiàn)微量富硒碲相和二氧化錫骸晶（圖六）。金相為受熱再結(jié)晶的等軸晶和孿晶（圖七）。

其余12 件均為紅銅或含少量鉛、砷、錫的紅銅。其中少量的鉛、砷、錫既有金屬形態(tài)，也以氧化物夾雜形式存在（圖八、九）。

金相檢測表明這12 個銅基樣品中的11個樣品為晶體粗大的鑄造組織（圖一〇～圖一三），只有XDXF 15 為鑄造后受熱再結(jié)晶組織，可見原鑄態(tài)組織的殘留痕跡（圖一四）。

銅塊XDXF10、11、14 中的鉛以顆粒形態(tài)存在，少量砷以固溶形式存在于α 相中，其中XDXF10、11 中還發(fā)現(xiàn)少量的γ相（圖一五），樣品XDXF11、14 中還發(fā)現(xiàn)硫化亞銅Cu2S 夾雜（圖一五）。

銅塊XDXF07，含鉛砷錫的紅銅，含砷1.39%，少量的鉛、砷、錫以氧化物夾雜形式分布于金屬基體中（圖一二），局部為典型枝晶組織并有少量γ相Cu3As 析出，顯示物相和組織的不均一（圖一二）。

銅塊XDXF12 金屬基體含砷1.45%、錫0.82%、鉛0.37%，基體中錫、砷以固溶形式存在，鉛以金屬或氧化態(tài)的顆粒存在，更多的錫、鉛、砷以氧化物形式存在于表面氧化亞銅中（圖一六）。

銅塊XDXF13 沿晶間嚴(yán)重銹蝕，殘留晶粒平均含砷0.79%，更多量的砷以銹蝕產(chǎn)物橄欖銅礦（圖一七）存在。

樣品XDXF01，靴狀實體，表面覆蓋綠銹，報告稱“殘銅器”，據(jù)其外形應(yīng)是流銅塊或澆口銅，材質(zhì)為含砷的紅銅，檢測未見其他微量元素及夾雜物（圖一〇）。

銅塊XDXF04，含砷的紅銅基體（圖一一），表面銹蝕中裹挾木炭碎屑，在較大的檢測面積中只發(fā)現(xiàn)1 顆呈針狀的二氧化錫骸晶。表面銹層中裹挾木炭顆粒，據(jù)纖維組織特征是某種硬木——燒制木炭的好薪材。

銅塊XDXF08、09、15、16，均為紅銅基體，微量或少量的鉛、砷以混合氧化物夾雜形式分布于基體中，XDXF08、09、16 中還有少的二氧化錫晶體分布，呈細長針狀或塊狀（圖九、一八）。

銅塊XDXF13、16 基體中還發(fā)現(xiàn)有含銅的銀顆粒（圖一八）。

三、討論

1. 檢測結(jié)果綜述

檢測樣品中有3 件為熔銅渣。其中XDXF05（圖四）和XDXF17（圖五）幾乎完全銹蝕，外部銅的碳酸鹽應(yīng)是銹蝕產(chǎn)物，內(nèi)部部分氧化亞銅可能是殘留的原物相熔銅渣XDXF06，氧化亞銅基體中分布的二氧化錫骸晶中包裹純銅（圖三），說明該樣品是銅錫合金熔煉過程中被氧化的產(chǎn)物，骸晶形態(tài)的二氧化錫是金屬形態(tài)錫被氧化產(chǎn)生的。

熔銅過程濺灑或余留的銅塊13 件，有扁平塊狀、不規(guī)則圓條或小塊狀、小珠狀等形狀，符合濺灑或余留銅塊的特征。鉛青銅塊XDXF02 所含微量富硒碲相（圖六）應(yīng)源自共生礦物，其受熱組織（圖七）可能是銅塊在冶鑄場地受熱造成的，不是有意識行為造成的。其余12 件紅銅樣品中所含少量的鉛、砷、錫既有金屬形態(tài)，也以氧化物夾雜形式存在（圖八、九），顯示了熔銅鑄造過程中空氣對銅液不同程度的氧化作用。從金相檢測結(jié)果來看這12 件樣品中的11 個樣品為晶體粗大的鑄造組織（圖一〇～圖一三），只有XDXF 15 為鑄造后受熱再結(jié)晶組織，可見原鑄態(tài)組織的殘留痕跡（圖一四），其受熱應(yīng)是冶鑄場所的高溫操作偶然造成的。

銅塊XDXF10、11 中因凝固過程中不能達到平衡狀態(tài)而析出的少量γ相 以及樣品XDXF11、14 中源自冶煉過程的硫化亞銅Cu2S夾雜（圖一五）表明這3 個樣品在熔煉過程中銅液受到較好的保護，未充分暴露于氧化氣氛下，可能是熔銅過程中添加合金物料之前銅液尚未被攪動沒有吸收氧而遺落的銅塊。銅塊XDXF07 物相和組織的不均一應(yīng)是氧化作用的不均勻造成的（圖一二）。銅塊XDXF12 表層氧化亞銅中的錫、鉛、砷比金屬基體中相對更高是由于錫、鉛、砷比銅更為活潑，在熔煉的氧化氣氛下更容易被氧化。

個別熔銅（渣）塊表面裹挾木炭顆粒表明可能存在向銅液中加入木炭保護銅液不被過多氧化的工藝。

2. 銅的來源

所檢測17 件樣品中，16 件為熔銅、鑄造遺留的熔銅渣或銅塊，與煉銅相關(guān)的遺物僅發(fā)現(xiàn)1 件冰銅塊（XDXF03）。結(jié)合發(fā)現(xiàn)的石范等遺物說明東下馮遺址的冶金活動以熔銅、鑄造為主。從冶銅資源（礦石、木炭等）和運輸成本考慮，礦石在鄰近采礦地點的遺址冶煉成紅銅后再輸向東下馮等地區(qū)性中心聚落更為合理。

黏附爐渣的冰銅塊是冶煉紅銅的產(chǎn)物，保留了冶煉過程的原始信息。冰銅塊表面粘附爐渣為FeO-SiO2-CaO 渣系，表明其為源自冶煉過程產(chǎn)品之一，并未進一步進行焙燒和還原冶煉，渣中的鈣可能源自礦石或人為配料添加，渣中的銅顆粒則說明相應(yīng)的冶煉過程產(chǎn)出了較純的紅銅。

鑒于該遺址未發(fā)現(xiàn)冶煉渣塊、礦石等其他冶煉遺物，冰銅塊可能和紅銅一樣是從其他存在冶煉活動的遺址輸入的。冰銅可以進一步焙燒冶煉成紅銅，但這種冶煉應(yīng)該并不是該遺址冶金活動的主要內(nèi)容，相應(yīng)冶煉過程產(chǎn)生的爐渣數(shù)量也很少，不易被發(fā)現(xiàn)。附渣冰銅塊的檢查結(jié)果證明東下馮遺址的銅與錫、鉛有獨立的來源。近期在晉南開展的早期冶金考古調(diào)查在中條山北段及周邊發(fā)現(xiàn)了多處夏商時期中小型遺址中有冶煉紅銅的證據(jù)，東下馮遺址的銅可能就源于這些遺址。

銅塊、熔銅渣等冶金遺物中微量銀、硒、碲等雜質(zhì)元素( 表二) 應(yīng)源自共生礦，相關(guān)物相的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)也為進一步通過微量元素研究其礦料來源與產(chǎn)品去向提供了重要線索。

3. 銅合金技術(shù)

夏商時期重要的中心聚落遺址如：二里頭遺址、垣曲商城、鄭州商城、偃師商城等都出土有銅器以及銅渣等鑄銅遺物。對其中銅器及冶金遺物研究最多的為二里頭遺址，前后有超過一百余件的銅器經(jīng)過分析并發(fā)表數(shù)據(jù)，這些成分分析結(jié)果表明二里頭出土銅器除少量紅銅和砷銅外，其中大部分為青銅，包括鉛青銅，錫青銅和鉛錫青銅。梁宏剛的博士論文除了分析銅器外，還對17 件冶金遺物進行了檢測分析，揭示了二里頭遺址冶金技術(shù)的發(fā)展歷程。李延祥、許宏進一步檢測研究了二里頭出土的16 個爐渣，發(fā)現(xiàn)其均為熔銅遺物，所熔煉的有紅銅、砷銅、砷錫銅、砷錫鉛銅、錫銅、鉛銅、鉛錫銅等多種合金，通過熔銅遺物中的高錫物相等判斷存在一種在銅熔化后添加錫鉛合金（可含砷）的合金配制技術(shù)。除二里頭遺址外，垣曲商城的少量銅器和爐渣等冶金遺物也得到了檢測分析。垣曲商城二里崗上層時期墓葬M1 出土的爵、鼎、斝3 件銅器均為鉛錫青銅。對6 件二里崗上層時期爐渣及爐壁的檢測研究顯示其銅合金也有錫、鉛、砷三種合金元素，而另1件含砷渣塊的分析表明存在一種人工添加含砷礦物配制砷銅的合金技術(shù)。

東下馮遺址出土三至六期銅器共33 件，其中5 件銅器曾進行了濕法化學(xué)分析、光譜定性分析及金相分析，結(jié)果表明所檢測的除1 件三期銅鑿為紅銅外，四期2 件銅鏃、五期1 件銅鏃及1 件殘銅器（可能也是鏃）均為鉛錫青銅或含鉛的錫青銅。從以往所檢測的4 件器物來看，東下馮四期以及五期可能形成了以鉛錫青銅為主的銅合金使用特征。但由于所檢測銅器數(shù)量較少，器型單一，產(chǎn)地不明，并不能全面反映其銅合金利用情況及冶金技術(shù)。而三期的銅合金技術(shù)因為只有1 件紅銅器得到分析，需要通過熔銅塊和熔銅渣等其他遺物的研究來揭示。

雖然所分析的東下馮遺址三期16 件熔銅渣及銅塊在熔銅過程中受到不同程度的氧化作用，金屬基體中的合金元素有不同程度的損失或其他變化，但仍可以根據(jù)這些熔銅遺物的成分和物相推測所熔煉的合金種類。這些熔銅遺物對應(yīng)的熔煉金屬及合金可能包括了紅銅、砷銅、錫青銅、鉛青銅、鉛錫青銅等，從數(shù)量上看紅銅以及各種銅基合金都占有一定比例。單純從目前各樣品的成分和微觀物相特征還不能判斷錫、鉛、砷是以何種方式引入銅中的。所檢測16 個熔銅鑄造遺物中的13 個銅塊和1 個熔銅渣都含有砷，含量0.4-1.45%，普遍不高，結(jié)合個別樣品中含量較高的錫、鉛的情況，說明該批青銅合金中錫、鉛為主要合金元素，砷為次要合金元素。砷不是作為主要合金元素添加的，可能是隨其他金屬原料進入青銅中的。而所發(fā)現(xiàn)和分析的附渣冰銅塊揭示該遺址所輸入的銅料為不含錫、鉛、砷的紅銅以及可以冶煉成紅銅的白冰銅，可以推測銅合金中的砷可能主要是隨錫、鉛物料引入的。冰銅塊附渣中的紅銅顆粒含有少量的鐵，說明其直接源于冶煉過程而未經(jīng)熔煉或合金化。熔銅渣及銅塊樣品中個別含合金元素較高的樣品，如鉛青銅塊XDXF02 和錫青銅熔渣XDXF06 能確認(rèn)為有意添加錫、鉛物料進行合金化的直接產(chǎn)物，另外更多的含少量錫、鉛、砷的紅銅可能是合金熔煉過程中合金元素的氧化損失造成的，或者是紅銅在熔煉過程中由多次使用的爐具引入爐壁上殘留的少量合金元素造成的。東下馮三期應(yīng)存在向紅銅中添加錫、鉛物料（可能含砷）配制青銅的技術(shù)。

東下馮、二里頭及垣曲商城3 遺址都以錫青銅、鉛青銅和鉛錫青銅的使用為主，同時還有一定量的紅銅和含砷銅合金的利用，錫、鉛、砷等合金元素與銅有著獨立來源，青銅的配制通過向紅銅中添加錫、鉛物料（可能含砷）達到，顯示其銅合金技術(shù)基本相同的面貌。推測東下馮三期青銅合金中的合金元素很可能與二里頭遺址類似，是以可能含砷的金屬錫、鉛或錫鉛合金加入銅中。

4. 冶鑄地點及冶鑄遺存

從發(fā)表的資料看，東下馮遺址至少有兩個鑄銅地點。

第一個鑄銅地點位于中區(qū)的第五發(fā)掘地點。東下馮三期時在此處開挖了里外兩圈溝槽，溝槽內(nèi)有一當(dāng)時的大土坑，各類遺跡沿溝槽及土坑邊緣密集分布，其中可能與冶金相關(guān)的遺跡有H501 和H504。灰坑H501 出土斧范4 件（H501:1），以及本研究所分析的鉛青銅塊1件（H501:4a:1 ，實驗號XDXF02）?；铱親501是該遺址唯一集中出土石范的遺跡單位，所出土石范已破碎成小塊，可綴合成較大兩塊斧范，另有兩塊較小的斧刃部范，都基本完整，應(yīng)是使用損毀后就地廢棄的。推測灰坑H501 曾被作為器物鑄造或相關(guān)物資存放場所使用?；铱親504 出土冰銅塊（H504:3，實驗號XDXF03）1件，其用火痕跡可能與冰銅的進一步冶煉處理或其他冶鑄活動有關(guān)。第五發(fā)掘地點四期地層中出土鑿范1 件（T5501:3D:18）及少量銅渣，說明該鑄銅地點可能沿用至四期。五期時，溝槽更外圍修筑了城墻，第五地點發(fā)掘范圍分布一群排列整齊劃一的圓形建筑基址，不應(yīng)有冶金活動，該地點五期地層中出土有多用范（T5512:3C:1）1 件應(yīng)屬于三期或四期遺物。從冶鑄遺物分布看，熔銅渣及銅塊主要出土于大土坑北側(cè)的T5524 等探方地層，石范主要出土于相距約十米的大土坑南側(cè)的灰坑H501，另有零星遺物出土于其他單位中。雖然出土冶鑄遺物數(shù)量有限，但結(jié)合遺物分布范圍和冶鑄活動專用設(shè)施H501 的情況看，該地點的冶鑄活動有一定規(guī)模，應(yīng)屬于由該遺址貴族階層控制的手工業(yè)作坊。

第二個鑄銅地點位于東區(qū)，包括第一發(fā)掘地點和第四發(fā)掘地點在內(nèi)的范圍內(nèi)出土銅渣、石范等冶鑄遺物，這些遺物相對第一個鑄銅地點較少且分散。冶鑄活動可能也早至第三期，延續(xù)至第五期。

由于第二個鑄銅地點冶鑄遺物較少，使用年代不夠明晰，這兩處冶鑄地點可能有共時關(guān)系，也可能是不同時期冶金活動地點的遷移造成的，除此之外可能還有其他冶鑄作坊或地點的存在。第五地點三期的冶鑄作坊位于同期溝槽西角內(nèi)，一定程度上反映了青銅冶鑄作為重要工業(yè)生產(chǎn)部門的地位。四、五期的冶鑄遺存與聚落其他功能區(qū)及五期城墻的布局與關(guān)系則有待進一步的考古工作和研究。

5. 石范鑄造與銅器的生產(chǎn)及流通

東下馮遺址一、二期遺存很少，未見文化層，也未見銅器和冶鑄遺物，三期遺存數(shù)量激增，銅器和冶鑄遺物也于三期時同時出現(xiàn)。三至六期出土銅器計有爵1，刀6，鑿2，鏃21，殘銅器3，共33 件。出土10 件石范中，除2 件不明器物范外，有斧范6 件，鏃、鑿、斧多用范1件及鑿范1 件。從有限的鑄范來看，其中斧為該遺址鑄銅作坊的主要產(chǎn)品，而遺址出土器物中卻沒有斧。斧有可能因為器型稍大在完成使用壽命之后作為珍貴物資被全部回收，或者其中的大部分作為產(chǎn)品輸向其他遺址。銅器中鏃為大宗，特別是五期的銅鏃10 件，占到各期出土銅鏃總量近一半，暗示夏商交替之際及初期，軍事力量在該遺址的影響。較少的鏃范和相對較多的銅鏃對比說明該遺址出土的相當(dāng)一部分銅鏃可能是隨軍事力量帶入的。

該遺址唯一1 件銅禮器爵出土于六期（二里崗上層期）規(guī)格最大的墓葬M4，除陶器外同出還有1 件帶齒玉器，其墓主當(dāng)為貴族。禮（容）器和樂器作為權(quán)力象征物被使用是二里頭文化時期形成的青銅時代中原文化傳統(tǒng)。東下馮六期墓葬的銅爵與其他五、六期遺存都強烈表明二里崗時期商王朝與該遺址的緊密關(guān)系。另1 件出土于四期地層被懷疑為爵流殘片的殘銅器表明該遺址禮（容）器的使用傳統(tǒng)可能早至二里頭時期。相應(yīng)的，該遺址冶鑄遺物中卻沒有爵等其他容器范，甚至沒有陶范，而石范也不適于鑄造青銅容器。由于該遺址六期沒有發(fā)現(xiàn)任何與冶金直接相關(guān)的遺物，有冶鑄活動的三至四期的鑄范又都為石范，因此不能排除該遺址所出土銅爵由其他遺址輸入的可能性。

四、結(jié)論

基于對東下馮遺址有限的冶金相關(guān)遺存的考察與研究可以勾勒出東下馮遺址青銅冶金業(yè)的大致面貌。東下馮遺址從三期開始就掌握了青銅合金技術(shù)，有銅器的使用和鑄銅活動的發(fā)生，經(jīng)歷夏商文化的交替，冶金業(yè)延續(xù)并在技術(shù)上有所發(fā)展。鑄銅手工業(yè)作坊利用從其他遺址輸入的紅銅及錫、鉛料等鑄造以工具和武器為主的銅器。東下馮遺址三期的銅合金技術(shù)就與二里頭遺址相近，而石范表明其鑄造器類與二里頭遺址有一定的差別。

致謝：本研究得到了韓汝玢教授和孫淑云教授的諸多指導(dǎo)，金礦相實驗結(jié)果曾與洛杉磯加州大學(xué)的David A. Scott 教授討論，從中受益匪淺。在此致以衷心感謝！

（作者：李建西 陜西省考古研究院； 李延祥 北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院； 田建文 山西省考古研究所　原文刊于《考古與文物》2018年第1期　此處省略注釋，完整版請點擊左下方“閱讀原文”）

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