石峁古城石質(zhì)建筑材料來(lái)源探討*

賀黎民 邵 晶 邸 楠

（1.武漢大學(xué)歷史學(xué)院；2.陜西省考古研究院）

石峁遺址作為石峁文化的核心遺址，同時(shí)也是“公元前2300年中國(guó)北方區(qū)域政體的中心”，在我國(guó)文明起源及國(guó)家形成階段扮演著重要角色。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，陜北地區(qū)龍山時(shí)代石城聚落的數(shù)量大約有七八十處，僅在石峁遺址所在的禿尾河流域調(diào)查并確認(rèn)的石城聚落不下10處，包括桃柳溝、廟石摞子、石摞子、石坬、寨合峁、虎頭峁、薛家會(huì)、高家川、寨峁梁、白興莊等。這些石城聚落如眾星拱月般環(huán)繞于石峁遺址周邊，同石峁遺址一同構(gòu)建了萬(wàn)邦來(lái)朝的社會(huì)圖景。石料是石峁遺址最為重要的戰(zhàn)略資源之一，它既是筑城的前提，也反映著石峁先民的資源獲取方式及勞工結(jié)構(gòu)。那么石峁人筑城所用石料到底從何而來(lái)？是來(lái)自于周邊聚落貢賦體系下的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，還是石峁人在遺址區(qū)內(nèi)的就地取材？只有明確了石料來(lái)源，才能以此為基礎(chǔ)來(lái)復(fù)原石峁先民修建石峁城址的情境，進(jìn)而探討當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力水平和生產(chǎn)組織狀況，才能使相關(guān)研究建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)之上。

盡管石峁遺址在夏早期被毀棄，相關(guān)石料采運(yùn)痕跡已難以尋覓，但通過(guò)對(duì)比分析遺址城墻石料與當(dāng)?shù)貛r層的多方面地質(zhì)特征，就可以判斷出城墻石料是否來(lái)源于當(dāng)?shù)貛r層。本文擬采用地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和現(xiàn)代巖礦測(cè)試分析手段，對(duì)石峁遺址皇城臺(tái)、內(nèi)城和外城城墻石材地質(zhì)特征與周邊區(qū)域的巖石地層進(jìn)行分析對(duì)比，通過(guò)分析兩者在巖性特征、結(jié)構(gòu)特征、微量組分與沉積環(huán)境、地層時(shí)代等因素的一致性或相似性，探討遺址城墻石料的來(lái)源，這對(duì)我們研究城址用工量及修葺過(guò)程、勞工結(jié)構(gòu)及資源戰(zhàn)略等問(wèn)題具有重要意義（圖一）。

圖一 研究方法及技術(shù)路線

一、地質(zhì)調(diào)查

石峁遺址地處黃土高原北端、毛烏素沙漠南緣，西接河套平原，東據(jù)呂梁之險(xiǎn)。其大地構(gòu)造處于鄂爾多斯盆地的陜北斜坡，區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造不發(fā)育，地層總體為向西南緩傾的單斜，傾角3～5°，未見(jiàn)巖漿活動(dòng)。區(qū)域內(nèi)發(fā)育的地層從老到新主要為三疊系的延長(zhǎng)組（T3y）、侏羅系的延安組（延安組與直羅組并層J1-2y）、新近系的保德組（N2）、第四系的離石組（Qp2）、馬蘭組（Q3eol）及現(xiàn)代沉積（Qheol）（圖二）。

研究區(qū)侏羅紀(jì)地層發(fā)育，厚度較大，包括延安組和直羅組2個(gè)巖石地層單位，與下伏三疊紀(jì)地層為平行不整合。地層厚度90～170米，主要分布于禿尾河二級(jí)水系溝谷內(nèi)及半山上，下部為延安組的灰黃色厚層狀細(xì)砂巖夾灰綠色厚層狀細(xì)砂巖，植物化石較多；上部的直羅組巖性為淺灰色、黃灰色厚層狀含礫石英粗砂巖、細(xì)礫巖，中夾少量紫紅色或雜色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，古生物化石稀少，該組地層內(nèi)的細(xì)砂巖、粗砂巖及礫巖與石峁城墻石材巖性特征基本相同，是城址建設(shè)的主要疑似石材來(lái)源巖層。

筆者首先對(duì)遺址內(nèi)開(kāi)展1:5000巖石地層專項(xiàng)地質(zhì)路線調(diào)查，在此基礎(chǔ)上測(cè)制完成了1:500高精度巖石地層標(biāo)準(zhǔn)剖面1條，在剖面測(cè)制過(guò)程中系統(tǒng)采集了各類巖石的巖礦鑒定樣、硅酸鹽樣、微量稀土元素樣、孔隙度、密度樣等相關(guān)數(shù)據(jù)（圖三）。

城內(nèi)地表從下至上出露侏羅系延安組（J2y）和直羅組（J2z），距今約1.5～1.8億年。兩個(gè)地層單元在溝谷內(nèi)廣泛分布，延安組分布于溝谷的底部，主要由⑤灰黃色厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖和⑥灰綠色厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖組成，頂部為⑨薄層狀雜色泥巖，出露厚度為28～36米；直羅組多分布于溝谷的中上部，由①灰色復(fù)成分礫巖、②灰色厚層狀含礫石英砂巖、③灰黃色厚層狀含礫石英粗砂巖、④灰白色厚層狀長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖、⑦淺灰紅色中厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖、⑧灰綠/灰黃色薄層狀泥巖組成，出露厚度22～53米。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)剖面與典型地質(zhì)路線建立了石峁古城巖石地層柱狀對(duì)比圖和巖石地層分布圖（圖四）。

圖二 石峁遺址區(qū)域地質(zhì)圖

圖三 石峁遺址巖層分布及調(diào)查路線圖

圖四 石峁遺址巖石地層柱狀對(duì)比圖

二、巖石礦物學(xué)對(duì)比研究

經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)皇城臺(tái)、內(nèi)城及外城共含7種巖石類型，分別為①淺灰色復(fù)成分礫巖、②灰色厚層狀含礫石英粗砂巖、③灰色/灰黃色厚層狀長(zhǎng)石石英粗砂巖、④灰白色厚層狀長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖、⑤灰黃色中厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖、⑥灰綠色中厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖和⑦淺灰紅色中厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖。筆者將城址石材與標(biāo)準(zhǔn)剖面巖石特征進(jìn)行了巖相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)上述7種巖石與剖面巖石特征基本一致（表一）。

經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，皇城臺(tái)、內(nèi)城及外城石料中，②灰色厚層狀含礫石英粗砂巖占石料總數(shù)的20～30%，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，粗粒結(jié)構(gòu)，粒徑0.5～2毫米，由石英礫石（10%）、石英（75%）、斜長(zhǎng)石（5%）和方解石（5%）等組成，礦物顆粒分選磨圓較差，孔隙不發(fā)育，以溶蝕孔隙為主。

③灰色/灰黃色厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖約占石材總數(shù)的20%，巖石呈灰色至灰黃色，厚層狀構(gòu)造，固結(jié)一般，主要由石英（89%）、長(zhǎng)石（4%）、巖屑（3%）和少量鐵質(zhì)膠結(jié)物等組成。礦物分選差，磨圓較好，粒徑為0.45～2.1毫米，孔隙較發(fā)育，以粒間孔為主。

④灰白色厚層狀長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖約占石材總數(shù)的40%，巖石呈灰白色，厚層狀構(gòu)造，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，固結(jié)較好，主要由石英（75%）、長(zhǎng)石（10%）、巖屑（8%）和少量鐵鈣質(zhì)膠結(jié)物（5%）等組成。礦物分選好，磨圓較好，粒徑為0.1～0.5毫米，孔隙發(fā)育一般，以粒間孔和溶孔為主。

根據(jù)野外調(diào)查與鏡下照片顯示，石峁遺址皇城臺(tái)、內(nèi)城、外城與石峁地表石材外觀特點(diǎn)及巖性特征十分接近，有理由認(rèn)為二者系出同源。

三、地球化學(xué)對(duì)比研究

（一）硅酸鹽地球化學(xué)對(duì)比研究

結(jié)合現(xiàn)有研究，Al-、Ti-、Zr-的氧化物和氫氧化物在低溫條件下溶解度較低，可作為穩(wěn)定元素來(lái)指示沉積巖中的物源問(wèn)題，AlO/TiO值介于3～8表征鐵鎂質(zhì)物源，8～21表征中間物源，21～70表征長(zhǎng)英質(zhì)物源。城址內(nèi)石料的AlO/TiO值介于18～83，平均值為39，代表的是長(zhǎng)英質(zhì)酸性物源（圖五）。通過(guò)對(duì)遺址所在區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)剖面的6種巖性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其AlO/TiO值介于26～58之間，平均值為38，系長(zhǎng)英質(zhì)酸性物源（圖六），因此城址石材和地表巖石在成巖物源上是一致的。

表一 野外及鏡下對(duì)照表

另外排除實(shí)驗(yàn)室測(cè)試隨機(jī)誤差，各樣組之間成分差異仍較為明顯，進(jìn)一步證明城址石材和地表基巖是同一類型的巖石。

（二）稀有元素地球化學(xué)特征對(duì)比

圖五 遺址石料Al2O3/TiO2 值分布圖

圖六 標(biāo)準(zhǔn)地層巖石Al2O3/TiO2 值分布圖

微量元素組分含量和某些元素的比值己經(jīng)在判別沉積環(huán)境和古氣候等方面得到了廣泛的應(yīng)用，本文分別對(duì)遺址石材（皇城臺(tái)、外城、內(nèi)城）和地表標(biāo)準(zhǔn)剖面上的巖石系統(tǒng)采集微量元素樣品，對(duì)其微量元素分析結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)的分析（表二）。

1.古氣候

通常Sr／Cu比值介于1.3～5之間指示溫濕氣候，該值大于5則指示干冷氣候。從表二可以看出城址石材的Sr／Cu比值均大于5，指示干冷氣候，地層標(biāo)準(zhǔn)剖面巖石的Sr／Cu比值也均大于5，反映了城址石材與地表巖石沉積時(shí)均處于干冷氣候。

2.水體鹽度

Sr／Ba法是常用的恢復(fù)古鹽度的方法之一，通過(guò)古鹽度也可間接反映古氣候的變化。通常Sr／Ba>1指示海相沉積或咸水沉積，0.5

3.氧化還原條件

前人研究表明，指示氧化還原條件的微量元素如Mo、V、Ni等可作為古海洋學(xué)的敏感指標(biāo)，根據(jù)這些敏感元素含量或者比值可以判斷氧化還原環(huán)境。一般認(rèn)為V/Ni值大于1為還原環(huán)境，小于1為氧化環(huán)境。本區(qū)城址石材樣品中的V/Ni值為2.95～7.43，地表巖石樣品中的V/Ni值為1.1～7.03，因此二者巖石沉積成巖時(shí)均為還原環(huán)境。

4.水體深度

一般來(lái)說(shuō)，深水沉積物與淺水沉積物相比要富集某些微量元素，多位學(xué)者指出，當(dāng)Co＞40×10，Cu＞90×10，Ni＞150×10，特別是伴有含量小于1×10的U含量時(shí)，其沉積水體為深水沉積環(huán)境。樣本測(cè)試結(jié)果顯示城址石材和地表巖石的Co含量為2.5～24.8×10，均小于40×10，Cu含量為2.6～23.0×10，均小于90×10，Ni含量為5.3～37.1×10，均小于150×10，U含量為0.4～1.8×10，數(shù)值多大于1×10。綜上所述，從比較沉積學(xué)的角度分析，城址石材與地表巖石沉積成巖的水體深度均為淺水沉積。

表二 稀有元素分析結(jié)果表

（三）稀土元素地球化學(xué)特征對(duì)比

據(jù)石城標(biāo)準(zhǔn)剖面與典型地質(zhì)路線建立的巖石地層分布情況，按照巖石類型系統(tǒng)采集稀土元素分析樣品，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，計(jì)算出了地表巖石與城址石材稀土元素地球化學(xué)參數(shù)，HREE系重稀土元素含量，LREE系輕稀土元素含量，ΣREE為稀土元素總量，LREE/HREE 系輕重稀土元素含量的比值。（La/Yb）N為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的比值，δEuN、δCeN系以球粒隕石為標(biāo)準(zhǔn)的異常，δEuN＝EuN/[（SmN+GdN）]，δCeN＝CeN/[（LaN+PrN）]。

圖七 城址石材稀土元素配分模式圖

圖八 地表巖石稀土元素配分模式圖

從表中可以看出，地表巖石的稀土總量（ΣREE）平均值為132.69×10；城址石材稀土總量（ΣREE）平均值為126.70×10；地表巖石輕稀土（LREE）為113.95×10，城址石材輕稀土（LREE）平均值為108.97×10；地表巖石重稀土（HREE）為18.74×10，城址石材重稀土（HREE）平均值為17.72×10，因此，二者的稀土總量、輕稀土、重稀土基本一致，且二者均具有稀土總量較低、較球粒隕石輕稀土明顯富集、重稀土虧損的特點(diǎn)。

根據(jù)測(cè)試及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，以球粒隕石為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，繪制了地表巖石及城址石材球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖，球粒隕石已被認(rèn)為是地球的原始物質(zhì)，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后能夠反映樣品相對(duì)地球原始物質(zhì)的分異程度，揭示沉積物源區(qū)特征。

仔細(xì)觀察圖七與圖八，我們不難發(fā)現(xiàn)二者的LREE／HREE值均較小，稀土元素分布曲線均向右傾斜，右傾程度中等，La-Eu曲線略陡，Gd-Y曲線較平緩，δEuN值大于1，δCeN值小于1，在Eu處有較為明顯的“峰”形特征，表明輕稀土富集，重稀土虧損，二者相對(duì)于球粒隕石均發(fā)生了明顯的分異特征。

研究顯示，暖濕氣候下，稀土總量（ΣREE）值較高，干旱氣候環(huán)境下，稀土總量（ΣREE）值較低，研究區(qū)城址石材的稀土總量（ΣREE）為45.16～326.13×10，平均值為126.7010，地表巖石稀土總量（ΣREE）為78.13～202.77×10，平均為132.69×10，而地殼平均值146.4×10，因此，推斷本區(qū)城址石材與地表巖石沉積成巖的古氣候均為干旱與暖濕交替的氣候特征，整體均為干旱氣候條件，從巖石（石材）的稀土元素含量特征和沉積成巖的氣候特征來(lái)看，城址石材與地表巖石是一致的。

另一方面，稀土元素富集狀態(tài)可指示沉積巖物源問(wèn)題。一般認(rèn)為，鐵鎂質(zhì)巖石具有較低的輕重稀土比且不存在 Eu 異常，而酸性巖輕重稀土比較高且存在 Eu 的正異常。本區(qū)地表巖石與城址石材普遍輕稀土富集，重稀土虧損且 Eu 正異常，說(shuō)明本次研究的頁(yè)巖物源為酸性巖，與上述硅酸鹽分析討論結(jié)果一致。Ce和Eu異常是沉積巖沉積環(huán)境氧化還原狀態(tài)的可靠指標(biāo)。沉積物的Ce 異常能夠指示沉積環(huán)境，負(fù)異常指示氧化環(huán)境，正異常指示還原環(huán)境。研究區(qū)地表巖石與城址石材樣品Ce的微弱負(fù)異常表明沉積期的為不明顯的氧化環(huán)境；Eu的正異常通常表明有熱液活動(dòng)的發(fā)生，本次研究的所有樣品輕稀土富集，Eu負(fù)異常，表明研究區(qū)兩類巖石均未受到熱液作用影響。

四、小結(jié)

圖九 采石遺跡分布

石峁遺址皇城臺(tái)、內(nèi)城和外城石材來(lái)源于距今約為1.5～1.8億年的中侏羅統(tǒng)直羅組和延安組，其中溝谷上部的直羅組巖石占70～80%，溝谷底部的延安組巖石占20～30%。根據(jù)城址石材的形態(tài)及組成，從皇城臺(tái)向內(nèi)城再向外城，建筑材料中片狀石材逐漸減少，塊狀石材逐漸增多。大部分片狀石材可能由采石搬運(yùn)而來(lái)，塊狀石材可能多由山坡自然崩塌搬運(yùn)而來(lái)?；食桥_(tái)、內(nèi)城及外城所處地貌片狀及塊狀石材均有廣泛分布，但是皇城臺(tái)多用片狀石材，而內(nèi)外城塊狀石材居多，其原因值得深思。從取石難度上看，片狀石材大多從巖層中采石而來(lái)，而塊狀石材在地表分布較廣泛，多散落于地表，很大一部分的塊狀石材無(wú)需從砂巖母巖處采石即可獲取。從建筑材料選擇的角度看，皇城臺(tái)在石峁遺址中地位超然，其臺(tái)頂有大量的高等級(jí)建筑，用片狀石材筑城更能體現(xiàn)其無(wú)與倫比的威嚴(yán)與地位。值得注意的是，皇城臺(tái)所用片狀石材顏色多為更顯美觀的黃綠色，而內(nèi)外城墻所用石材顏色多為較常見(jiàn)的白色或灰色石料。

石峁城址建筑材料與城址周邊地表石料沉積的物源均為長(zhǎng)英質(zhì)酸性物源，沉積環(huán)境均為干冷氣候條件下的還原環(huán)境，水體性質(zhì)為深度較淺的淡水環(huán)境，兩者在沉積背景上完全一致，同時(shí)兩者的巖石類型及其組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物成分也是相同的。同時(shí)，筆者在皇城臺(tái)、內(nèi)城、外城附近均發(fā)現(xiàn)較為明顯的古采坑、因采石形成的負(fù)地形等古采石遺跡，且多沿城墻走向分布于溝谷的頂部，采石活動(dòng)主要針對(duì)層理較發(fā)育的薄層狀砂巖為主（圖九）。考慮其為石峁先民長(zhǎng)期采石而成，從運(yùn)輸距離和難度來(lái)看，采石場(chǎng)據(jù)石墻直線距離不足1千米，且地勢(shì)低平，便于運(yùn)輸，甚至有畜力直接參與石料運(yùn)輸?shù)目赡堋?/p>

綜上本文認(rèn)為，石峁遺址建筑石料來(lái)源系就地取材，石峁先民們?nèi)∈?，或就地加工，或?qū)⑹线\(yùn)輸回駐地后再行加工，囿于篇幅所限，暫不展開(kāi)討論。值得注意的是，不僅僅是石峁遺址，整個(gè)北方地區(qū)史前石城由于其特殊的地理環(huán)境，其筑城所用石料均有可能系就地取材而得。但是不同聚落在石料的選擇上頗有講究，石料的選擇或許和該遺址等級(jí)有著密切的關(guān)系，當(dāng)然，要厘清這一問(wèn)題，還有待于進(jìn)一步研究。

從對(duì)石料的選擇與利用，不難看出石峁先民在利用自然與改造自然的過(guò)程中已積累了大量經(jīng)驗(yàn)，所有這些行動(dòng)或許都在有組織地領(lǐng)導(dǎo)計(jì)劃下進(jìn)行。石峁遺址雖規(guī)模宏大，但城內(nèi)可供居住的房址卻鮮有發(fā)現(xiàn)，或許石峁統(tǒng)治者從周邊聚落征調(diào)大量居民進(jìn)行城墻修建，在神權(quán)或王權(quán)的督導(dǎo)下修建大型公共設(shè)施暗示著石峁社會(huì)已高度復(fù)雜化，當(dāng)已具備早期國(guó)家的特征。本文的研究在一定程度上填補(bǔ)了學(xué)界對(duì)石峁研究的空白，同時(shí)為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)石峁遺址的勞工結(jié)構(gòu)、組織形式、人群交互等問(wèn)題提供了線索。

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