泥河灣盆地于家溝遺址AMS-14C年代學(xué)研究及其考古學(xué)意義

林 杉 ，敖 紅，程 鵬，衛(wèi) 奇，張 鵬，舒培仙 ，李興文

泥河灣盆地是位于北京以西約150公里的一個山間斷陷盆地，面積約9000平方公里（39°33' —40°22'N，114°25'—114o44'E），平均海拔約 1000 m（圖1b）。盆地內(nèi)出露良好晚新生代河湖相地層，并蘊含豐富的舊石器遺址和哺乳動物化石。自十九世紀(jì)二三十年代，Barbour G B、Licent E、Teilhard de Chardin P和Piveteau J等西方學(xué)者在泥河灣盆地發(fā)現(xiàn)豐富的哺乳動物化石以來，該區(qū)的新發(fā)現(xiàn)層出不窮，目前盆地中已發(fā)現(xiàn)60多處典型的舊石器遺址，其中出土的石器數(shù)十萬件，被譽為“遠古人類的東方故鄉(xiāng)”和“東方奧杜威”，成為我國第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)、地層年代學(xué)、舊石器考古學(xué)和早期人類演化的一個重點研究地區(qū)（Barbour，1924，1925；Barbour et al，1927；Teilhard and Piveteau，1930；Schick et al，1991；Schick and Dong，1993；Dennell and Roebroeks，2005；Gao et al，2005；謝飛，2006； 謝 飛 等，2006；Zhu et al，2007；Dennell，2009；Keates，2010；袁寶印等，2011）。

圖1 泥河灣盆地以及于家溝遺址位置圖Fig.1 Location maps of Nihewan Basin and Yujiagou site

于家溝遺址是泥河灣盆地晚第四紀(jì)最為重要的遺址之一，其不僅蘊含了豐富的舊石器，而且也發(fā)掘出大量細石器和數(shù)件早期陶片（圖2）（蓋培和衛(wèi)奇，1977），為研究我國舊石器向新石器時代過渡提供了珍貴的材料。因此，確定于家溝遺址的準(zhǔn)確年代對研究我國晚第四紀(jì)人類活動具有重要意義。早期對該遺址的熱釋光定年揭示出其年代約為13.7 ka（夏正楷和謝飛，2001），但由于受到當(dāng)時熱釋光定年技術(shù)和條件的限制，建立的年代誤差較大，難以在區(qū)域和全球范圍與其他人類活動的演化序列進行準(zhǔn)確對比。因此，本文將利用AMS-14C定年技術(shù)建立于家溝遺址更加準(zhǔn)確的年代標(biāo)尺，為我國晚第四紀(jì)人類活動及其與環(huán)境變化聯(lián)系的研究提供堅實的年代學(xué)基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

于家溝遺址（40°09′41″ N，114°28′50″ E，海拔865 m）位于河北省陽原縣虎頭梁村西南約500 m處的于家溝（圖1c），處于桑干河北岸，其文化遺存埋藏于河流的第2級階地（蓋培和衛(wèi)奇，1977）。1972 —?1974年中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所在這里發(fā)現(xiàn)人類活動遺跡，并進行部分發(fā)掘工作。1995 —?1998年泥河灣考古聯(lián)合隊對該遺址再一次進行發(fā)掘，發(fā)掘面積總計120平方米，出土石制品、陶制品及骨制品等文化遺物和哺乳動物化石總計1萬余件（謝飛，2006）。出土的動物骨骼化石可鑒定出的動物化石種類主要有鴕鳥、鼢鼠、野馬、野驢、牛、馬鹿、狐貍、羚羊、黃羊、野豬，這些動物組合顯示當(dāng)時泥河灣盆地已處于典型的草原環(huán)境，與現(xiàn)代環(huán)境相似（陳宥成和曲彤麗，2012）。

圖2 于家溝遺址出土的石器和陶片F(xiàn)ig.2 Stone tools and pottery sherds unearthed at Yujiagou site

遺址剖面厚約550 cm，結(jié)合早期挖掘資料以及野外觀察，將頂部厚約30 cm耕作土以下的沉積序列從上至下分為上、中、下3層（蓋培和衛(wèi)奇，1977；梅惠杰和謝飛，2002）（圖3）。上層（130 —?30 cm）為黃褐色黏土質(zhì)粉砂（clayey silt），屬于新石器文化時期，出土文化遺物主要有石核、石鏃、尖狀器、磨光石斧、石磨盤、石磨棒、鉆孔蚌飾品、骨錐、陶紡輪和一些陶片。中層（400 — 130 cm）為質(zhì)地致密的灰黃色粉砂（silty sand），局部含鐵銹，屬于細石器文化層。以楔形石核技術(shù)為代表的細石器制品數(shù)量眾多（圖2a —?c），且貫穿此層。另外，在300 cm處還發(fā)現(xiàn)數(shù)件早期陶片，其中一件夾砂夾云母片的黃褐陶（圖2d）熱釋光年齡為1.17萬年（謝飛，1998）。位于黃褐陶下方約300 cm處還發(fā)現(xiàn)數(shù)件小塊的夾砂黃褐陶和夾砂黑褐陶。黃褐陶片一般都飾有短線刻劃紋，其中有一件胎厚1.0 —?1.2 cm，從現(xiàn)有部分推測，應(yīng)是平底器的下部（圖2d）。黑褐色陶片表面飾有細繩紋或植物莖葉紋，胎質(zhì)疏松（圖2e）。下層（550 —?400 cm）為青灰色粗砂（silt），含銹黃色斑點，未發(fā)現(xiàn)人類遺跡，且該層上部450 —?400 cm為一層偶含細礫石的細砂層（f i ne-grained sand）。

2 材料與方法

遺址剖面自上而下采集14個沉積物樣品進行14C定年，樣品采集深度位置如表1和圖3所示。14C年代樣品的預(yù)處理以及測試都在中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所加速器質(zhì)譜中心完成。首先從采集的樣品中挑出肉眼可見的現(xiàn)代植物根系，取約3 g樣品浸泡于蒸餾水中，再在超聲波清洗器中震蕩30分鐘。然后180目網(wǎng)篩對樣品進行濕選以除去樣品中較小的碳屑和根系物。根據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)堿不溶部分（胡敏素，himin）可以代表古土壤年齡，是較為可靠的測年物質(zhì)（Kigoshi et al，1980；Head et al，1996；周衛(wèi)健等，1989）。因而測試前采用酸-堿-酸的化學(xué)前處理方法來提取樣品中堿不溶部分。預(yù)處理提取堿不溶物如下：

（1）將經(jīng)過網(wǎng)篩濕選的樣品加入過量的1 mol · L?1鹽酸以去除碳酸鹽，實驗中不斷攪拌，待無氣泡釋出后靜置過夜。

（2）用蒸餾水反復(fù)清洗上步得到的樣品至中性后，再加入過量1 mol · L?1的NaOH溶液，反應(yīng)數(shù)小時后，將得到堿不溶部分用蒸餾水反復(fù)清洗至中性。

（3）將得到的堿不溶部分加入 1 mol · L?1鹽酸進行酸洗，釋放其中溶解的大氣CO2，最后用蒸餾水清洗沉淀物至中性后烘干。

圖3 于家溝剖面巖性及年代變化Fig.3 Variations of lithology and chronology of Yujiagou section

接著，將分離出的堿不溶部分制成石墨靶。先將其置于真空系統(tǒng)中燃燒并收集CO2氣體。再將收集CO2氣體純化后采用鋅法（用鋅粉、鐵粉分別作為還原劑和催化劑使CO2氣體還原為碳，即石墨），制成石墨靶。最后在加速器中心的3 MV Tandetron AMS設(shè)備上完成年代測試。剖面14個樣品的AMS-14C年齡通過專用程序IntCal13（Reimer et al，2013）校正為日歷年。

3 結(jié)果

遺址剖面14個年代樣品測試結(jié)果見表1。隨著深度從80 cm向下不斷增加到550 cm，建立的AMS-14C校正年代也從5.80 ka BP單調(diào)遞增至27.80 ka BP（圖3），僅在剖面300 cm處存在一個異常年代（17500 a BP）。取自300 cm處的這一樣品可能受到老碳污染，其結(jié)果可能無法代表地層真實年代，因此沒有采用300 cm處這一異常14C年代來推測地層年代，該層位（蘊含陶片）年代由275 cm和325 cm兩層的AMS-14C年代線性內(nèi)插獲得，即為13.60 ka。新石器文化層頂部，30 cm處的年代為2.43 ka BP，通過80 cm、110 cm和140 cm處的AMS-14C校正年代線性外插獲得。新石器文化層底部，130 cm的年代為9.35 ka BP，通過110 cm和140 cm處的AMS-14C校正年代線性內(nèi)插獲得。舊石器文化層底部年代乃400 cm處的AMS-14C校正年代，即為16.19 ka BP。

表1 于家溝剖面沉積物樣品的測年結(jié)果Tab.1 Results of sedimentary samples from Yujiagou prof i le

4 討論

4.1 泥河灣盆地舊石器文化演化序列

泥河灣盆地最早的舊石器可追溯到1.7 —1.6 Ma，以馬圈溝和上沙嘴遺址為代表，這表明在早更新世Calabrian早期就已有早期人類在這一區(qū)域繁衍生息（Zhu et al，2004；Ao et al，2013）。小長梁和東谷坨是泥河灣盆地早更新世晚期的代表遺址，其年代分別為～1.36 Ma和～1.1 Ma（Zhu et al，2001；Wang et al，2005；Ao et al，2010）。馬圈溝、上沙嘴、小長梁和東谷坨等早更新世遺址是泥河灣盆地舊石器時代早期的典型遺址。許家窯遺址是泥河灣盆地舊石器時代中期的典型代表，其不僅出土了大量舊石器，而且還出土了古人類和哺乳動物化石。最新的磁性地層年代學(xué)和電子自旋共振測年法綜合研究揭示出許家窯遺址的年代為370 —?260 ka，并且許家窯人可能為生活在中更新世歐亞大陸中部和東部的早期丹尼索瓦人（Ao et al，2017）。盆地中舊石器早期和中期文化面貌無明顯差異，以錘擊法打片為主，砸擊法輔之，石器普遍細小，加工較簡單，個別標(biāo)本較精，在石器組合上刮削器比例大，砍砸器極少見，尖狀器數(shù)量較少（劉揚，2012；Liu et al，2013）。

舊石器時代晚期，盆地內(nèi)的石器制作工藝存在明顯改進，石器特征更具多樣性，以西白馬營遺址為代表承襲了早、中期主要特征的小石器文化，同時還新出現(xiàn)了細石器文化傳統(tǒng)，以虎頭梁遺址群（于家溝遺址是其中之一）為代表出土大量細石核和細石葉。其中楔形石核數(shù)量最多，約占細石核總數(shù)的80%（蓋培和衛(wèi)奇，1977），而細石葉都具有統(tǒng)一和規(guī)則的形狀，其主要特征為輕、薄、小。舊石器晚期細石器與傳統(tǒng)小石器并肩發(fā)展?？v觀小石器發(fā)展的歷程，在舊石器時代早期的東谷坨遺址中可看到楔形石核的有關(guān)雛形（侯亞梅，2003；Hou，2008），而在中期的許家窯遺址中還發(fā)現(xiàn)細石器的初級類型（賈蘭坡等，1979），因此有關(guān)研究者認為現(xiàn)有材料表明華北地區(qū)的細石器技術(shù)為本土起源（安志敏，1978）。此外，舊石器晚期之末是泥河灣盆地細石器文化發(fā)展的鼎盛時期，之后延續(xù)到新石器時代早期，細石器仍占據(jù)重要地位（謝飛，1991）。因而細石器可能直接參與并導(dǎo)致了這一地區(qū)舊石器時代向新石器時代轉(zhuǎn)變的社會變革。

4.2 于家溝早期陶器的考古學(xué)意義

陶器的發(fā)明是人類歷史上具有劃時代意義的事件，陶器的使用極大地改善和增強了古人類的生活條件和體質(zhì)。早期陶器的發(fā)現(xiàn)一直受到考古學(xué)、史前史學(xué)、及陶瓷工藝學(xué)與工藝美術(shù)史界的關(guān)注。東亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)許多含早期陶器的遺址，主要分布中國南部、日本列島以及俄羅斯遠東三個地區(qū)（圖1a）。現(xiàn)有的考古資料發(fā)現(xiàn)東亞各地區(qū)間（俄羅斯遠東地區(qū)、日本、中國南方）存在明顯差異，具體的器形和紋飾特征并不相同（王濤，2007）。俄羅斯遠東地區(qū)早期陶器多平底、條紋或素面（無紋）；日本早期陶器多寰底、素面或施豆粒紋、隆起線紋和爪形紋等；中國南方早期的陶器多植物莖葉紋、繩紋、素面。陶器是一定自然環(huán)境和人文環(huán)境的產(chǎn)物，因而東亞各地區(qū)早期陶器種類與特征的不同與地域環(huán)境差異、當(dāng)?shù)匚幕瘋鹘y(tǒng)等都有一定關(guān)系。

從表2中可以看出東亞各地區(qū)早期陶器年齡幾乎都超過萬年，中國南部江西萬年仙人洞遺址的陶片年齡為2.0 —?1.9萬年，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最老陶器（Wu et al，2012）。中國北方地區(qū)也已發(fā)現(xiàn)幾處含早期陶器的遺址，以北京為中心分布，分別為河北陽原于家溝遺址、河北平原西部的南莊頭遺址、北京轉(zhuǎn)年遺址以及東胡林遺址等4處。本研究利用同層地層年代推測于家溝早期陶器年齡約為1.36萬年，后三者陶器14C校正年齡依次為1.26 —?1.22萬年（徐浩生等，1992），1.12 —?1.04 萬年（郁金城，2002）以及 1.21 —?1.13萬年（趙朝洪等，2003），比于家溝陶片稍晚。于家溝遺址中發(fā)現(xiàn)的陶器是目前中國北方最早的陶器。中國北方上述四處遺址在空間上距離不遠，年代上緊密銜接，陶器類型上都以平底的罐形炊器為特色（鮑芹，2008）。以上結(jié)果表明陶器制作技術(shù)在一萬前的我國已廣泛傳播。

表2 東亞各地區(qū)最早陶器出現(xiàn)的時間以及含最早陶器的遺址名稱Tab.2 Ages for appearance of pottery (Apot) and the earliest pottery-containing sites in main areas of East Asia, in calibrated yr ago (a BP)

4.3 泥河灣盆地晚更新世末古人類生存方式

于家溝遺址中大量的楔形石核、細石葉及加工精致的端刮器、雕刻器、尖狀器、凹缺刮器、石簇、石矛頭等工具，反映出當(dāng)時嫻熟的石器加工技術(shù)已經(jīng)達到了舊石器時代晚期細石器工業(yè)的高峰（謝飛等，2006）。復(fù)合工具是細石器文化的一大顯著特征，一般被認為是專業(yè)狩獵的身份標(biāo)志（劉景芝，1994）。細石葉鑲嵌在木制、骨制或角制的柄把里，制成具有強殺傷力的標(biāo)槍、長矛或鋒利的柄刀等，這種工具的使用為成功狩獵創(chuàng)造條件。通過上文分析遺址中發(fā)現(xiàn)的數(shù)件早期陶片是中國北方目前發(fā)現(xiàn)最早的陶器。相對于石器技術(shù)，制陶技術(shù)更為復(fù)雜，需要制作者對泥土、水、火等有極強的認知以及控制能力（Rice，1999；陳宥成和曲彤麗，2012），而它的出現(xiàn)意味著當(dāng)時古人類智力水平的極大提升。根據(jù)遺址的孢粉分析結(jié)果，耕作土以下的文化層以耐旱的蒿屬和藜科等草本植物花粉為主（梅惠杰和謝飛，2002）；化石動物群也代表著一種干旱草原環(huán)境，這種生態(tài)環(huán)境較為利于采獵性生產(chǎn)方式的發(fā)展。

由以上推測，晚更新世末全球氣候進入顯著變暖的冰后期，泥河灣盆地中古人類生活于古湖畔或河流岸邊，草木茂盛，動物大量繁衍。精巧的細石器工具為古人類獲得充足的食物來源提供條件，嘗試制作和使用陶器可能改善了古人類的生活條件。隨著氣候環(huán)境的改善和古人類適應(yīng)與改造自然能力的增強，農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)初萌因素不斷積累，對應(yīng)到于家溝遺址新石器時代文化層中與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的石磨盤和石磨棒的出現(xiàn)，標(biāo)志著人類社會發(fā)展史已經(jīng)進入了新的篇章——新石器時代。于家溝剖面的14C年代序列揭示出舊石器向新石器工業(yè)的轉(zhuǎn)變發(fā)生在9.35 ka BP。而縱觀人類漫長的發(fā)展史，每一次技術(shù)的革新都會引起人類社會巨大的進步，無疑細石器和陶器技術(shù)的出現(xiàn)很大程度上推動了人類社會從舊石器時代步入新石器時代。

5 結(jié)論

通過AMS-14C揭示出泥河灣盆地于家溝遺址舊石器和新石器文化層的年代分別為16.19 —?9.35 ka BP、9.35 —?2.43 ka BP，新舊石器時代的轉(zhuǎn)化時限為9.35 ka BP。其中舊石器文化層中蘊含的陶片年代為13.60 ka BP，是目前中國北方發(fā)現(xiàn)最早的陶片。這一研究為認識我國石器工業(yè)發(fā)展、制陶技術(shù)的形成和傳播、以及古人類活動等提供了堅實的年代學(xué)基礎(chǔ)。

致謝:感謝李樂意博士對本文修改所提供的幫助。

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