基于X射線譜學(xué)和操作鏈分析的煤山遺址出土陶器綜合研究

臧雅帆，王 濤，袁廣闊

首都師范大學(xué)歷史學(xué)院，北京 100089

引 言

煤山遺址為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，位于河南省汝州市(原為臨汝縣)北劉莊村的一處中間高四周低的土崗上，東臨汝河支流洗耳河(圖1)，地理坐標(biāo)為112.85°E,34.15°N，遺址面積約為20萬m2。發(fā)現(xiàn)于1958年，其后1970年，1975年，1987年—1988年，1995年和1997年進(jìn)行了多次發(fā)掘，文化堆積包括從新石器時(shí)代末期到青銅時(shí)代早期階段，時(shí)間為BC2600—1500。發(fā)現(xiàn)有房址、灰坑、墓葬、陶窯和水井等重要遺跡。該遺址較為完整的保存了河南地區(qū)龍山時(shí)代王灣三期文化到二里頭文化的發(fā)展軌跡[1-3]。

圖1 煤山遺址位置圖Fig.1 Location map of the Meishan site

王灣三期文化(BC2300—BC1900)是黃河流域新石器時(shí)代末期文化，主要分布于河南省中部地區(qū)[4]。二里頭文化(BC1750—BC1500)主要分布于豫西晉南地區(qū)。學(xué)界普遍認(rèn)為，二里頭文化的年代、地理位置和文化特點(diǎn)和傳說時(shí)代的夏朝有關(guān)，已經(jīng)進(jìn)入文明社會，具有早期國家形態(tài)[5]；而王灣三期文化則是其直接的前身[6]。煤山遺址內(nèi)發(fā)現(xiàn)的王灣三期文化和二里頭文化的陶器可反映該時(shí)期的社會文化、手工業(yè)經(jīng)濟(jì)和藝術(shù)生活等多方面的情況。對煤山遺址陶器進(jìn)行研究，可深入理解距今4000年前后中原地區(qū)社會復(fù)雜化進(jìn)程和國家起源等重大學(xué)術(shù)問題。

使用能量色散X射線熒光光譜(energy-dispersive X-ray spectroscopy，ED-XRF)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合經(jīng)典的陶器操作鏈分析方法，對煤山遺址中發(fā)現(xiàn)的王灣三期文化和二里頭文化時(shí)期的陶器進(jìn)行綜合分析和研究，藉此深入了解煤山遺址先民的陶器制作工藝，并希望由此揭示中原地區(qū)社會復(fù)雜化高度集中的龍山時(shí)代向國家形態(tài)的二里頭文化連續(xù)過渡的文化態(tài)勢。

1 譜學(xué)分析

能量色散X射線熒光光譜技術(shù)(ED-XRF)是利用X射線激發(fā)物質(zhì)中元素內(nèi)層電子被激發(fā)后，使其產(chǎn)生熒光而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)形態(tài)分析[7]。利用ED-XRF技術(shù)對陶器進(jìn)行成分分析的研究論文有許多[8-9]。該技術(shù)具有無損、分析速度快、精度高和自動化程度高等優(yōu)勢[10]。運(yùn)用該技術(shù)對陶器進(jìn)行分析，可以得到陶器的成分，進(jìn)而推斷其制作工藝。

1.1 樣品與分析方法

樣品選取煤山遺址1995年和1998年發(fā)掘出土的王灣三期文化和二里頭文化陶器殘片共20件，其中，王灣三期文化時(shí)期選取11件樣品，包括5件夾砂陶質(zhì)和5件泥質(zhì)陶質(zhì)樣品，另外選取1件彩繪豆殘片樣品；二里頭文化時(shí)期選取9件樣品，包括3件夾砂陶質(zhì)和6件泥質(zhì)陶質(zhì)樣品。

熒光分析使用北京大學(xué)科技考古實(shí)驗(yàn)室日本HORIBA公司生產(chǎn)的XGT-7000型能量色散X射線熒光分析儀(ED-XRF)，對樣品進(jìn)行了主量元素分析。儀器測試條件為：激發(fā)電流0.059 mA，電壓30 kV，X射線入射光斑直徑1.2 mm，數(shù)據(jù)采集時(shí)間90 s。

煤山遺址王灣三期文化時(shí)期的陶器陶色以灰陶和黑陶為主，另有褐陶和紅陶。陶質(zhì)以夾砂和泥質(zhì)為主，另外少量夾云母陶器以及繪彩陶。紋飾以籃紋和方格紋為主，主要器型有鼎、罐、盆、鬶和盤等器型，陶胎較厚。二里頭文化時(shí)期，陶器仍以灰陶為主，黑陶次之。陶質(zhì)為夾砂陶與泥質(zhì)陶。繩紋紋飾增多，籃紋和方格紋逐漸減少，陶器胎質(zhì)加厚，主要器型有鼎、罐、盆、尊和甕等。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)共分析出12種元素，并以氧化物的形式表現(xiàn)，包括Na2O，MgO，Al2O3，SiO2，P2O5，K2O，CaO，TiO2，MnO，F(xiàn)e2O3和SO3，HgO等。

在煤山遺址樣品的化學(xué)組成中，王灣三期樣品的SiO2平均含量為63.27%，Al2O3平均含量為16.76%，助熔劑平均含量為19.98%，二里頭文化時(shí)期樣品的SiO2平均含量為66.12%，Al2O3平均含量為16.28%，助熔劑平均含量為17.61%。其基本特征為低鋁、低硅、熔劑含量較高，顯示出陶土來源均為普通易熔黏土，但兩個(gè)文化時(shí)期的陶土在熔劑的組分上有所不同(表1)。

表1 煤山遺址各階段及不同陶質(zhì)的陶器各氧化物含量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表(%)Table 1 Table of average and standard deviation of oxide content of pottery at different stages and different pottery in Meishan site (%)

二里頭文化時(shí)期的樣品中，SiO2平均含量較王灣三期含量提高了2.85%，Al2O3平均含量較王灣三期降低了0.48%，助熔劑含量較王灣三期降低了2.37%，使得二里頭文化時(shí)期，燒制陶器的溫度需要更高，但二里頭文化時(shí)期陶器的燒造溫度與王灣三期文化的相似，因此二里頭文化時(shí)期的陶器陶質(zhì)較王灣三期文化陶器疏松。

此外，王灣三期陶器中發(fā)現(xiàn)繪彩陶豆殘片T13④:18，通過分析化學(xué)組成(表2)，推測紅色顏料為朱砂。

圖2 煤山遺址陶器遺存Al2O3和SiO2平均百分比圖Fig.2 The average percentage of Al2O3 and SiO2 remaining in pottery at the Meishan site

2 陶器操作鏈分析

陶器操作鏈分析方法將陶器作為一系列動態(tài)技術(shù)操作的綜合結(jié)果，以動態(tài)的觀點(diǎn)考察陶器的生命過程，包括生產(chǎn)、分配、使用、維修、再利用和廢棄環(huán)節(jié)，其中陶器的生產(chǎn)過程包括原料制備、成型、修整、裝飾和燒制等環(huán)節(jié)。通過對陶器進(jìn)行操作鏈分析，可以了解人類對于陶器的制作技術(shù)，并由此反映出人類環(huán)境、文化和意識形態(tài)等內(nèi)容[11]。

結(jié)合煤山遺址材料，通過陶器操作鏈分析方法，可以進(jìn)一步討論王灣三期文化向二里頭文化時(shí)期發(fā)展中，陶器制作工藝所呈現(xiàn)出的文化演進(jìn)特點(diǎn)。本部分聚焦于陶器的原料制備、成型、修整和裝飾等制陶工藝的四個(gè)主要階段。

2.1 原料制備

實(shí)驗(yàn)部分的譜學(xué)分析結(jié)果顯示，在陶土原料方面，煤山遺址王灣三期文化時(shí)期和二里頭文化時(shí)期的陶器使用的普通易熔黏土稍有不同。在助熔劑方面，二里頭文化時(shí)期陶器助熔劑比王灣三期陶器的有所降低。這顯示出煤山遺址兩個(gè)文化時(shí)期的原料制備和制作技術(shù)均存在差異，并可能因此造成二里頭文化時(shí)期陶器比王灣三期文化陶器陶質(zhì)疏松的現(xiàn)象。

2.2 成型

王灣三期文化階段的陶器一般為輪制方法，小型陶器的成型技術(shù)以快輪拉坯方法為主，同時(shí)也存在手制成型方法。較大體型的陶器，全部使用手制成型的方法，具體成型方式為利用泥條盤筑方法制作陶器各部分，然后再進(jìn)行拼接，拼接后利用慢輪對陶器進(jìn)行修整。此外，也發(fā)現(xiàn)有模制技術(shù)。

二里頭文化時(shí)期陶器的成型工藝方法主要為手制方法。包括泥條盤筑方法，還有零星發(fā)現(xiàn)的利用手捏成型的方法制作器底。由于二里頭文化時(shí)期陶器以繩紋為主，且內(nèi)壁多凹窩，僅可在口沿處發(fā)現(xiàn)輪制痕跡。

2.3 整形

王灣三期文化時(shí)期陶器的整形工藝包括慢輪修整、敷泥抹平、植物抹平或者工具刮抹方法。這些修整方法一方面可以使質(zhì)地較粗糙的器物表面光滑，另一方面也可掩蓋陶器成型時(shí)造成的痕跡，使陶器更加美觀。

二里頭文化時(shí)期利用工具刮抹方法和慢輪修整方法對陶器進(jìn)行修整。

2.4 裝飾

煤山遺址王灣三期文化時(shí)期的裝飾紋飾主要為籃紋、方格紋和繩紋。單位T16③中，籃紋45.6%、方格紋11.4%、弦紋3.5%，其余為素面陶器。單位T16H15中，籃紋43.7%、弦紋8.4%、方格紋3.6%、繩紋1.2%，其余為素面陶器?；@紋，可分為兩型：A型：同向籃紋。B型：交錯(cuò)籃紋。繩紋，可分兩型：A型：同向細(xì)繩紋。B型：交叉繩紋。方格紋，可分為兩型：A型：垂直方格紋。B型：菱形方格紋。此外，還有凹點(diǎn)紋、附加堆紋、凹弦紋、內(nèi)壁刻槽以及繪彩。

二里頭文化時(shí)期陶器裝飾紋樣主要有繩紋、籃紋和附加堆紋。單位T16H13中，裝飾繩紋的陶器占總數(shù)的36.4%、籃紋22.7%、附加堆紋9.1%、弦紋4.5%、方格紋4.5%，其余為素面陶器。單位T16H2中，裝飾繩紋的陶器占總數(shù)的36.1%、籃紋20.7%、附加堆紋9.5%、弦紋7.1%、方格紋1.8%，其余為素面陶器。繩紋，可分為同向和交錯(cuò)兩型。A型：同向繩紋。施加方式包括拍印和滾壓。B型：交錯(cuò)繩紋。另有籃紋、弦紋和指甲紋。

2.5 討論

結(jié)合上述譜學(xué)分析和陶器操作鏈分析，可以看出：

在原料制備方面，煤山遺址王灣三期文化時(shí)期和二里頭文化時(shí)期的陶器使用不同的普通易熔黏土作為原料，后者陶器助熔劑比前者降低。兩個(gè)階段的原料制備和技術(shù)存在區(qū)別，并造成二里頭文化時(shí)期陶器比王灣三期文化陶器的陶質(zhì)疏松的現(xiàn)象。

在成型工藝方面，王灣三期文化和二里頭文化時(shí)期陶器的成型工藝都包括輪制方法和手制方法。王灣三期陶器的成型工藝以輪制方法為主，二里頭文化時(shí)期的則以手制為主。此外，王灣三期文化時(shí)期還發(fā)現(xiàn)模制技術(shù)。

在整形方面，王灣三期文化和二里頭文化時(shí)期陶器的整形工藝均包括慢輪修整和工具刮抹方法。其中，王灣三期文化還使用敷泥抹平方法進(jìn)行修整。

在裝飾方面，王灣三期文化時(shí)期的紋飾主要為籃紋，另有方格紋、繩紋、凹點(diǎn)紋、附加堆紋、凹弦紋、內(nèi)壁刻槽以及繪彩等。二里頭文化時(shí)期紋飾主要為繩紋，另有籃紋、附加堆紋、弦紋和指甲紋等。二里頭文化時(shí)期，繩紋逐漸取代籃紋成為主要紋飾。

綜上，從制陶技術(shù)來看，煤山遺址二里頭文化時(shí)期與王灣三期文化既有區(qū)別又有聯(lián)系。二里頭文化時(shí)期陶器的原料與王灣三期的相似但助熔劑降低，成型技術(shù)中精細(xì)的輪制技術(shù)減少，整形方式相似，紋飾發(fā)生較大改變，由籃紋為主變?yōu)橐岳K紋為主。上述分析顯示，二里頭文化時(shí)期，制陶技術(shù)對王灣三期文化時(shí)期有所繼承，但是成型技術(shù)則有所退步，主要紋飾的改變亦反映出人群文化背景的改變。

3 結(jié) 論

目前，圍繞古代人類文化、經(jīng)濟(jì)和社會等問題，如何將科技分析與考古學(xué)文化研究進(jìn)行有機(jī)整合以達(dá)到交融互通的效果，仍處于探索階段。本研究對此進(jìn)行了有益的嘗試。初步結(jié)果如下：

(1)根據(jù)ED-XRF測試結(jié)果，煤山遺址王灣三期文化和二里頭文化時(shí)期的陶器化學(xué)組成表現(xiàn)為低鋁、低硅、高助熔劑的普通易熔黏土特征，表現(xiàn)出不同文化期在制陶原料的選擇上差異不大，具有同源性，暗示雖然文化類型不同，但其對粘土的認(rèn)識和選擇具有高度一致性。

(2)二里頭文化時(shí)期陶器成分中的助熔劑含量較王灣三期文化時(shí)期減少，預(yù)示著原材料的改變，導(dǎo)致二里頭文化時(shí)期的陶器陶質(zhì)疏松。

(3)從操作鏈分析結(jié)果來看，雖然王灣三期文化出現(xiàn)較早，但其制作工藝卻較晚期的二里頭文化更先進(jìn)，結(jié)合ED-XRF陶器成分分析結(jié)果，從陶器的質(zhì)地和成型方式上來看，二里頭文化時(shí)期制陶技術(shù)有一定降低，在陶土選擇、整形和裝飾方面，二里頭文化時(shí)期既繼承了王灣三期文化中的技術(shù)，同時(shí)又有所變化，形成自己的特色。上述特征體現(xiàn)了中原地區(qū)文化演進(jìn)過程中既連續(xù)又搖擺的發(fā)展特點(diǎn)。

誠然，考古與科技的融合將是考古學(xué)文化研究未來的方向，并且將是長期的過程。本研究結(jié)果表明，譜學(xué)分析在陶質(zhì)文物研究領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢，如能和考古學(xué)自身分析技術(shù)有力整合，可望在未來綜合研究中具有更大的發(fā)展空間。

致謝：本文實(shí)驗(yàn)測試分析得到北京大學(xué)考古文博學(xué)院崔劍鋒副教授指導(dǎo)；陶片統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由首都師范大學(xué)歷史學(xué)院碩士生趙雅楠同學(xué)提供；實(shí)驗(yàn)測試得到了首都師范大學(xué)歷史學(xué)院碩士生范瀟漫、陳平和袁若晨等同學(xué)幫助、遺址位置圖由劉云飛同學(xué)制作，謹(jǐn)此致謝。衷心感謝兩位匿名審稿人的修改意見。