良渚遺址物質(zhì)的Sr-Nd同位素特征、物源及其對古文化消亡的指示意義

姬 翔，吳衛(wèi)華*，陳明輝，王寧遠(yuǎn)，劉 斌，徐士進(jìn)，楊杰東

1.表生地球化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京大學(xué)），地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京210023；2.浙江省文物考古研究所，杭州310000

良渚遺址物質(zhì)的Sr-Nd同位素特征、物源及其對古文化消亡的指示意義

姬 翔1，吳衛(wèi)華1*，陳明輝2，王寧遠(yuǎn)2，劉 斌2，徐士進(jìn)1，楊杰東1

1.表生地球化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京大學(xué)），地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京210023；2.浙江省文物考古研究所，杭州310000

良渚文化作為新石器時(shí)代晚期的重要文化之一，與中華文明的起源有著重要聯(lián)系。位于杭州瓶窯鎮(zhèn)的良渚古城遺址，則代表了良渚文化發(fā)展的巔峰。我們采集了良渚遺址剖面的文化層、上覆黃粉土的土壤樣品以及遺址周邊地區(qū)的河流和錢塘江的沉積物樣品，測試分析了它們的Sr-Nd同位素組成。通過對比黃粉土和文化層的同位素組成變化，結(jié)合遺址周邊環(huán)境和前人對長江沉積物、東海沉積物的研究，我們推測，良渚黃粉土物質(zhì)來源可能是東海、長江沉積物和錢塘江沉積物的混合，良渚文化可能并非消亡于來自周邊山體的山洪，而是與海侵或者長江下游洪水泛濫有關(guān)。

良渚文化層和黃粉土；Sr-Nd同位素；物源；文化消亡

1 引言

良渚文化（約4300～5300年前）代表了新石器時(shí)代晚期的一個(gè)高度發(fā)展階段，分布于太湖流域，以精美的玉器聞名，在今天的江蘇、上海、浙江等地均發(fā)現(xiàn)其遺址（朱麗東等，2011；蔣衛(wèi)東，2003）。4300年前左右，良渚文化消亡，一般認(rèn)為與當(dāng)時(shí)的氣候突變有關(guān)（王紹武，2005；劉演等，2014；吳立等，2012；于世永等，2000；申洪源等，2004），目前主流的說法是水患說。例如，張玉蘭通過對廣富林遺址和馬橋遺址剖面的孢粉、藻類分析，判斷良渚文化后期該區(qū)域水域面積擴(kuò)大，可能有洪災(zāi)發(fā)生；并根據(jù)有孔蟲分析，判斷廣富林遺址受海的影響越來越小，從而認(rèn)為是洪水導(dǎo)致了良渚文化的消亡（張玉蘭，2008）。吳文祥和劉東生（2004）則認(rèn)為，在距今約4000年前的降溫事件和地球軌道要素的共同作用下，東亞夏季季風(fēng)降雨帶向南遷移，從而使得中國出現(xiàn)了北旱南澇的現(xiàn)象，可能也是導(dǎo)致良渚文化衰亡的重要原因。此外，考古人員在發(fā)掘過程中，在很多地方的良渚文化層上都發(fā)現(xiàn)覆蓋有一層厚度不均的黃粉土，并認(rèn)為其為洪水沉積物。

如果良渚文化確實(shí)是因洪水而消亡，那么這些洪水又是從何而來？良渚文化所處地理環(huán)境較為復(fù)雜，其活動范圍主要是太湖流域的杭嘉湖平原；北部有太湖和長江，南部有錢塘江，東部臨近東海，西部靠著天目山脈?；谄涞乩憝h(huán)境的復(fù)雜性，東海、長江、錢塘江、太湖以及天目山脈流出的東苕溪都有可能是引發(fā)其消亡的洪水來源。

本文以浙江省杭州市瓶窯鎮(zhèn)的良渚古城遺址為研究對象，該古城遺址由浙江省考古所于2007年發(fā)掘并確立，被認(rèn)為是良渚的政治文化中心（劉斌和王寧遠(yuǎn)，2014）。由于良渚古城在良渚文化中的特殊地位，針對良渚古城遺址的研究，對探討良渚文化消亡具有重要意義。當(dāng)前關(guān)于良渚文化的研究有很多，但主要都著眼于氣候環(huán)境方面，本次研究嘗試將同位素地球化學(xué)中Sr-Nd同位素示蹤的方法應(yīng)用到古環(huán)境分析中來，從物源的角度來探討良渚文化消亡的可能原因。國內(nèi)外利用Sr-Nd同位素做物源分析的研究有很多，但在考古上的應(yīng)用并不多見。前人曾運(yùn)用Sr-Nd同位素組成對4170±150B.P.消亡的古阿卡德王國（位于兩河流域的美索不達(dá)米亞平原）進(jìn)行研究，分析出4025±150B.P.時(shí)期，深海沉積物中來自美索不達(dá)米亞平原的風(fēng)塵碎屑物有所增加，推測該時(shí)期該地區(qū)氣候環(huán)境可能較為干旱（Cullen etal.,2000）。本研究主要將良渚遺址文化層及其上覆黃粉土的樣品進(jìn)行Sr-Nd同位素分析和對比，結(jié)合周邊地區(qū)樣品的地球化學(xué)特征，探究黃粉土的物質(zhì)來源，并進(jìn)一步探討良渚文明消亡的可能原因。

2 樣品采集和處理

在研究遺址及其周邊地區(qū)選取采樣點(diǎn)20個(gè)，共采集樣品44個(gè)。其中遺址采樣點(diǎn)有5個(gè)，分別是西城墻遺址、高臺遺址、玉架山遺址、老虎嶺古壩體以及良渚古河道，采集樣品25個(gè)。良渚遺址樣品分為兩類，分別為良渚文化層樣品和上覆黃粉土樣品，在考古工作人員指導(dǎo)下從相應(yīng)地層采集。在良渚古城遺址北部的大遮山，選取湖北塢和康門水庫2個(gè)采樣點(diǎn)采集了山間溪流的河床沉積物樣品。對于良渚古城遺址西北側(cè)經(jīng)過的東苕溪，則選取了從東天目山脈流出的它的三條源水支流（北苕溪，中苕溪，南苕溪），采集了相應(yīng)的河流沉積物。除此之外，還采集了一些錢塘江的河流沉積物樣品。錢塘江的采樣點(diǎn)比較多，在錢塘江下游的杭州灣和杭州段、中游的富春江及其支流分水江、富春江上游支流新安江和蘭江分別都進(jìn)行了樣品采集?？紤]到樣品的代表性，采集樣品時(shí)都盡可能地避開城市和人類活動頻繁的地區(qū)以及可能的污染源。采樣點(diǎn)的位置分布參見圖1。

取研磨過的樣品約50mg，去除碳酸鹽后，用HNO3和HF消解，通過離子交換法，先將Rb-Sr和Sm-Nd分離，然后再分別將Rb和Sr分離，Sm和Nd分離，提取出樣品中的Sr和Nd（濮巍等，2005）。西城墻遺址、部分玉架山遺址樣品（T2-1、T2-3）以及大遮山樣品和錢塘江少部分樣品（XP-12、WPD-13）的分析測試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，其他樣品的則在南京大學(xué)表生地球化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。Sr同位素標(biāo)準(zhǔn)化值86Sr/88Sr=0.1194，周期分析SRM987值為87Sr/86Sr=0.710268±20（n=7），143Nd/144Nd標(biāo)準(zhǔn)化值為146Nd/144Nd=0.7219，采用（143Nd/144Nd）CHUR=0.512638計(jì)算εNd(0)的值。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

所采樣品的Sr-Nd同位素組成參見表1和圖2。整體上，樣品的87Sr/86Sr比值變化范圍為0.712674～0.733105之間，在不同采樣點(diǎn)之間表現(xiàn)出較大差異；εNd(0)變化范圍則是-6.4～-12.1，變化明顯。東苕溪樣品的87Sr/86Sr比值介于0.715840～0.733105之間，均值為0.721249；εNd(0)值為-6.4～-8.5。良渚文化層樣品的87Sr/86Sr比值介于0.718076～0.725198之間，均值為0.720235，不同采樣點(diǎn)之間出現(xiàn)了一定程度的差異性；εNd(0)值為-9.9～-11.8，均值為-11.0。黃粉土樣品的87Sr/86Sr比值介于0.717132～0.718827，均值為0.717975，與文化層相比，數(shù)據(jù)間差異性較小；εNd(0)值也較為均一，分布范圍為-11.1～-11.7，均值-11.4。從良渚文化層到黃粉土，87Sr/86Sr均值降低了0.002左右；而二者的εNd(0)值則較為接近，均在-11±1左右。錢塘江樣品的87Sr/86Sr比值為0.712674～ 0.732895，均值0.721365；εNd(0)值-7.2～-12.1，均值-10.5。錢塘江的上中游和下游樣品之間Sr-Nd同位素組成，相對來說表現(xiàn)出了較大變化，錢塘江中上游的87Sr/86Sr比值分布范圍為0.718835～0.732895，均值0.727414，εNd(0)值則為-7.2～-11.6，均值-9.7；錢塘江下游的87Sr/86Sr比值為0.712674～0.719317，均值0.716828，εNd(0)值范圍為-8.8～-12.1，均值-10.8。老虎嶺古壩體87Sr/86Sr比值為0.713771～0.720061，均值為0.718039；εNd(0)值為-9.5～-11.6，均值-10.7。古城北部大遮山上水庫上游溪流的兩個(gè)樣品，87Sr/86Sr比值均值為0.713827，εNd(0)均值為-7.2。

圖2 87Sr/86Sr關(guān)于εNd(0)散點(diǎn)圖Fig.2 The scatter diagram of87Sr/86Sr vsεNd(0)

表1 樣品Sr-Nd同位素特征Table1 Sr-Nd isotope compositionsofsamples

4 討論

由于Sr同位素較少受到表生地球化學(xué)作用、蒸發(fā)作用和生物作用的影響而發(fā)生分餾，而且不同來源物質(zhì)的Sr同位素組成會顯著不同。但是，雖然物源對Sr同位素組成起主要作用，但是沉積物粒度、人類活動、流域化學(xué)風(fēng)化、季節(jié)性變化、成土作用等因素對其也有影響（Goldstein and Jacobsen，1987；Mao etal.，2011）。而Nd同位素組成主要受控于源巖類型，不受沉積物粒度、化學(xué)風(fēng)化、沉積過程等因素的影響（Yang et al., 2007）。因而Nd和Sr同位素的結(jié)合是研究物質(zhì)來源的良好示蹤劑。

如圖2所示，繪制了所采樣品的87Sr/86Sr關(guān)于εNd(0)散點(diǎn)分布圖，并與前人在浙江、長江、東海等地的研究進(jìn)行了對比（劉亮等，2013；Yang et al.，2007；羅超等，2012；Liet al.，2015;Dou et al.,2012）。從圖可以看到，良渚文化層和上覆黃粉土樣品的Sr-Nd同位素分布具有較好的一致性。數(shù)值上，良渚文化層與黃粉土樣品的εNd(0)均值分別為-11.0和-11.4，極為接近；從良渚文化層到黃粉土，87Sr/86Sr均值略有降低。老虎嶺古壩體的同位素特征與良渚文化層相近，可能與筑壩時(shí)就地取材有關(guān)。此外，良渚文化層樣品的同位素組成分布與遺址黃粉土樣品相比，表現(xiàn)出了一定程度的離散性。表明不同采樣點(diǎn)的黃粉土樣品與良渚文化層相比，其物質(zhì)來源具有較好的一致性。此外，不管是黃粉土還是良渚文化層的樣品，其同位素組成卻與遺址北部的大遮山以及遺址附近東苕溪上游的三條支流之間存在較大差異，說明它們的物質(zhì)來源并不一致。據(jù)此，我們可以推測，引起良渚古城消亡的大水既非是來自遺址北部大遮山上的山洪，也不起于東天目山脈流出的東苕溪；或者說，這兩個(gè)位置的水源，在良渚消亡中并不是主導(dǎo)因素。黃粉土的物質(zhì)來源可能需要在更大的區(qū)域去尋找。

良渚文化遺址主要分布于太湖流域的杭嘉湖平原，附近較大水域有長江、太湖、錢塘江以及東海等。前人研究表明，太湖形成大湖面時(shí)，已是戰(zhàn)國時(shí)期，遠(yuǎn)晚于良渚文化消亡時(shí)間，因而暫時(shí)不作考慮（竇鴻身和姜家虎，2003）。對比長江的數(shù)據(jù)，如圖2所示，不管是遺址黃粉土還是文化層的樣品，其Sr-Nd同位素組成特征均在長江下游沉積物和懸浮物的分布范圍以內(nèi)。此外，遺址文化層和黃粉土數(shù)據(jù)與東海沉積物數(shù)據(jù)（Li etal.，2015;Dou etal.,2012）相比，其分布范圍在后者的邊緣。錢塘江樣品的同位素?cái)?shù)據(jù)可以劃分成兩部分，一部分是從富陽到建德這一段錢塘江中上游的樣品，它們的Sr-Nd同位素組成與遺址黃粉土和文化層樣品之間存在較大差異；另一部分是從杭州到杭州灣這一段的錢塘江下游樣品，它們的同位素特征與良渚黃粉土和文化層尤為接近，且與東海沉積物數(shù)據(jù)更加接近。這一特征表明，錢塘江上游帶來的沉積物對遺址的影響很小；下游與上游樣品之間數(shù)據(jù)存在的較大差異也可以說明，錢塘江入?？诤贾轂车貐^(qū)的沉積物，來自上游的貢獻(xiàn)較小，可能主要是受到東海和長江的影響。需要注意的是，同樣位于杭州灣地區(qū)的樣品WPD-13，其同位素組成與錢塘江下游其他樣品有較大差異，而與大遮山和浙東花崗巖更為接近?？紤]到該采樣點(diǎn)位于杭州灣外蒲島的西岸，與錢塘江流向相對，推測其主要來源可能并非是錢塘江沉積物，而是島上花崗巖巖體的近源碎屑物。

所采集樣品及潛在物源的εNd(0)頻度分布情況見圖3，從圖中可以看到長江、黃粉土以及良渚文化層樣品的εNd(0)分布范圍都在東海沉積物分布范圍內(nèi)；東苕溪、大遮山的則與之有著較大差別。此外，錢塘江下游樣品的εNd(0)分布也在東海分布范圍之內(nèi)；黃粉土的εNd(0)頻度分布與東海、長江的峰值較為一致。文化層的εNd(0)頻度分布則與東海的峰值較為一致。

圖3 εNd(0)頻度分布圖Fig.3 The frequency plotofεNd(0)values

良渚文化層的Sr、Nd同位素特征也與東海、長江較為接近，可能是因?yàn)槲幕瘜游镔|(zhì)主要為之前一次大規(guī)模海侵后的海退遺留下來的沉積物。前人研究表明，在7240～6150年前，該地區(qū)海平面較高。從6000年前開始，海平面開始降低，直到5320年前左右，該地區(qū)大部分區(qū)域才處于海平面之上（Yu etal.,2000）。而良渚文化也正是在5300年前左右開始發(fā)展起來的。

整體而言，黃粉土樣品的Sr-Nd同位素特征與長江和錢塘江下游入?？谝约皷|海的較為接近。因此，從物源角度來考慮，長江下游大洪水或海侵搬運(yùn)的物質(zhì)都可能是良渚黃粉土的來源。長江沉積物是東海沉積物的重要來源之一，且在全新世中到晚期，沿著東海內(nèi)陸架，從長江河口到臺灣海峽有大量堆積（Liu et al.，2007；Liu et al.，2006）。此外，有研究表明，在5000～4000B.P.之間的一段時(shí)間，長江三角洲地區(qū)附近的海平面發(fā)生了上升，幅度大約有2 m左右（Chen and Stanley，1998）。晚更新世以來，中國東部曾多次發(fā)生海侵海退（王靖泰和汪品先，1980）；在杭州灣到太湖西側(cè)之間存在一條規(guī)模較大的低洼帶，這條低洼帶也是全新世最早的海侵進(jìn)入太湖流域的一條主要通道（申洪源等，2004）。在4000B.P.時(shí)期，太湖流域海岸線比5000B.P.更加深入內(nèi)陸。很多研究顯示，良渚文明消亡的4200B.P.前后，氣候有一次干旱的突變。如在IPCC第4次評估報(bào)告中講述全新世氣候突變時(shí)，討論了8.2Ka和4.2Ka兩次強(qiáng)氣候突變事件（Jansen etal.，2007）。此外，長江至良渚的直線距離就有近200 km，目前也沒有證據(jù)表明長江下游經(jīng)歷了可以將沉積物質(zhì)搬運(yùn)幾百公里的特大洪水。因此，我們初步推測，遺址所在地在其消亡時(shí)期，可能發(fā)生過小規(guī)模的海侵。但是，目前還沒有證據(jù)表明當(dāng)時(shí)該地區(qū)發(fā)生過海侵，因而對海侵事件的判定也只限于推測。當(dāng)時(shí)由于海平面上升，海岸線向大陸推進(jìn)，長江河口變寬，甚至可能流經(jīng)當(dāng)時(shí)還未成湖的太湖低洼地區(qū)，與杭州灣連成一片。同時(shí)，錢塘江上游帶來的物質(zhì)由于入?？谇耙?，流速變慢，在此處不斷向上游堆積，河流侵蝕基準(zhǔn)面增高。海平面上升，加之錢塘江、長江的水不斷流向此處，造成這里汪洋一片，洪水泛濫，并最終導(dǎo)致了良渚文化的消亡。推測的物質(zhì)運(yùn)移途徑大致如圖4所示。

圖4 物質(zhì)運(yùn)移模擬圖（據(jù)Dou etal.，2012修改）Fig.4 Simulatedmaterial transport(modified from Dou etal.，2012)

5 結(jié)論

通過分析Sr、Nd同位素組成發(fā)現(xiàn)，良渚文化層上覆的黃粉土物質(zhì)具有較好的一致性，表明其來源應(yīng)該是相同的。部分良渚文化層樣品的同位素特征與黃粉土的相似，且文化層同位素特征分布與長江和東海沉積物也十分接近?？赡苁且?yàn)槲幕瘜邮艿搅间疚幕霈F(xiàn)之前的一次大規(guī)模海侵的影響。

對比良渚黃粉土與其他區(qū)域的Sr-Nd同位素組成，發(fā)現(xiàn)其與長江、東海以及錢塘江下游杭州灣的數(shù)據(jù)較為一致，與遺址附近的大遮山以及東苕溪河流沉積物差別較大。錢塘江入海口杭州灣處沉積物的同位素特征，與錢塘江上游差別較大，而與東海沉積物較為接近，其物質(zhì)組成可能更多地受到東海沉積物的影響。

總體來說，良渚文化層的上覆黃粉土并非來自良渚古城周邊的東苕溪和大遮山，很有可能與錢塘江下游沉積物一樣，來自東海和長江。然而，考慮到長江沉積物為東海沉積物的重要來源之一，從同位素組成上并不能很好地區(qū)分長江沉積物和東海沉積物。而且良渚消亡時(shí)期雖然發(fā)生過海平面上升，但并沒有找到明顯海侵或者海相沉積的證據(jù)，因而還不能斷定到底是東海海侵還是長江下游的洪水導(dǎo)致了良渚文化的消亡。這就需要在未來的工作中，結(jié)合地貌學(xué)、沉積學(xué)、古生物學(xué)等學(xué)科的相關(guān)研究，以更好的區(qū)分長江下游洪水和海侵的影響。

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Sr-Nd Isotopic Com positionsand ProvenanceofM aterialsat Liangzhu CultureSites:Im plications for the LostAncientCivilization

JIXiang1,WUWeihua1*,CHEN Minghui2,WANG Ningyuan2,LIU Bin2,XU Shijin1,YANG Jiedong1
1.Key Laboratory of SurficialGeochemistry,Ministry of Education,Departmentof Earth Sciences,Nanjing University, Nanjing210023,China; 2.Zhejiang Province CulturalRelicsand Archaeology Institute,Hangzhou 310000,China

Liangzhu Culture is an importantculture in the late neolithic ageand hasa significant connection to theoriginof theChinese civilization.The archaeological site of Liangzhu ancient city located in Pinyao,Hangzhou,represents the crown of Liangzhu development.Wecollected soil samples from the Liangzhu cultural layer,the overlying silty soil and the sedimentsof surrounding rivers and theQiantang River,measuring and analyzing their Sr-Nd isotopic compositions.Comparing variationsbetween the siltysoiland the soilof the Liangzhu cultural layer,togetherwith some recentstudies of the sedimentsof the Yangtze River and the East China Sea,we infer that the silty soilmay beamixtureofsediments from the EastChina Seaand the Qiantang River.Therefore,transgression during thatperiodmay resultin the collapseof the Liangzhu Culture.

Liangzhu cultural layerand Silty soil;Sr-Nd isotopic compositions;provenance;the collapseof culture

WUWeihua,Associate Professor;E-mail:whwu@nju.edu.cn

P597+.2；K871

A文獻(xiàn)標(biāo)識碼：1006-7493（2016）04-0631-07

10.16108/j.issn1006-7493.2016070

2016-05-16；

2016-07-09

“中華文明起源過程中三大都邑性聚落綜合研究”課題（2013BAK08B04）；國家自然科學(xué)基金（41373003）聯(lián)合資助作者簡介：姬翔，男，1991年生，碩士，從事地球化學(xué)研究；E-mail:wuyawasden@163.com

*通訊作者：吳衛(wèi)華，副教授，環(huán)境地球化學(xué)專業(yè)；E-mail:wuwh@nju.edu.cn