廣西舊石器晚期考古遺址新發(fā)現(xiàn)赭石的科技分析

李大偉， 周廣超， 付倩麗， 張尚欣*， 趙克良， 王朝文

1. 廣西民族大學(xué)， 廣西 南寧 530006 2. 陶質(zhì)彩繪文物保護(hù)國家文物局重點(diǎn)科研基地(秦始皇帝陵博物院)， 陜西 西安 710600 3. 中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所, 北京 100044 4. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院， 湖北 武漢 430007

引 言

赭石屬于一種礦物質(zhì)， 主要成分為赤鐵礦， 在舊石器晚期考古遺址中發(fā)現(xiàn)較多， 顏色以紅色為主[1]。 赭石在舊石器考古研究中地位較為特殊， 也非常重要， 主要原因在于舊石器時(shí)代考古遺址中出土的多數(shù)遺物， 都是為解決人類基本的生存問題， 遺物以石制品等生產(chǎn)工具為主； 而赭石的使用體現(xiàn)了人類對(duì)自身精神世界的追求， 顯示出人類在滿足生存條件之外， 開始開發(fā)和認(rèn)知自身的精神領(lǐng)域。 這也是赭石作為現(xiàn)代人行為的主要標(biāo)準(zhǔn)之一， 能夠被納入“現(xiàn)代人行為”特征的決定性因素[2]。

從20世紀(jì)80年代開始， 赭石的研究就已經(jīng)成為西方考古學(xué)研究的熱點(diǎn)問題， 包括古人類對(duì)赭石的使用方式、 赭石功能、 赭石顯示的現(xiàn)代人行為等研究[3-4]。 更新世中期南非考古遺址出現(xiàn)了的赭石， 赭石表面有明顯的人類使用痕跡[5]， 更新世晚期， 全球區(qū)域均出現(xiàn)了使用赭石的考古遺址， 尤其以非洲和歐洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)最多， 赭石開始制作成裝飾品來使用[6-7]。 總體來看， 研究人員認(rèn)為距今16萬年前的古人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到赭石可以作為顏料使用， 到舊石器時(shí)代晚期， 赭石已經(jīng)開始在全球被古人類使用， 例如此階段出現(xiàn)較多的巖畫藝術(shù)和使用赭石進(jìn)行染色的裝飾品等[7]。 對(duì)赭石功能性研究的主要分析手段是實(shí)驗(yàn)考古和民族考古， 研究顯示赭石使用方式多是以粉狀的形態(tài)為主， 主要和人類的精神世界需求有關(guān)， 例如古人類對(duì)藝術(shù)和審美的需求等， 這些行為在舊石器時(shí)代的考古遺址中已發(fā)現(xiàn)較多[8]， 例如更新世晚期歐洲地區(qū)古人類使用赭石對(duì)裝飾品進(jìn)行染色， 以使裝飾品更加美觀[9]。 同時(shí)， 科技考古對(duì)赭石定量和定性微觀分析， 在對(duì)比同一時(shí)間段、 同一區(qū)域赭石的科技數(shù)據(jù)， 可以更好地了解古人類對(duì)赭石原料的選擇、 赭石交流等方面的考古信息[10]。

中國境內(nèi)出土赭石的舊石器時(shí)代遺址已有10多處， 年代多在距今約4萬年以內(nèi)， 發(fā)現(xiàn)赭石的考古遺址以中國北方為主， 中國南方較少， 目前中國南方報(bào)道僅有柳州白蓮洞遺址和塘子溝遺址[11]。 關(guān)于中國考古遺址中赭石的研究較少， 吳新智結(jié)合民族學(xué)材料， 認(rèn)為赭石功能與原始宗教密切相關(guān)， 也可能有藥用的可能性。 申艷茹建立在中國區(qū)域赭石年代學(xué)基礎(chǔ)上， 討論中國區(qū)域現(xiàn)代人的遷徙路線[12]。 周玉端等介紹了國外赭石的研究方法和手段， 提出應(yīng)該借鑒西方的研究方法和手段對(duì)中國的赭石開展深入研究， 使其和世界研究接軌[11]。 山西下川遺址的研究者認(rèn)為， 下川遺址可能存在專門磨制赭石的工具研磨器， 磨制應(yīng)該是中國區(qū)域赭石的主要使用方式之一[13]。 泥河灣盆地下馬碑遺址研究者認(rèn)為， 下馬碑遺址出土距今約4萬年的赭石， 以及特殊的石片石器， 展示了中國區(qū)域現(xiàn)代人演化的區(qū)域特殊性， 同時(shí)顯示現(xiàn)代人遷徙進(jìn)入中國的“北方路線”存在復(fù)雜性和地域性[14]。

本研究選擇了2個(gè)來自廣西的考古遺址(婭懷洞遺址和中山遺址)， 兩個(gè)遺址均屬于舊石器晚期， 且赭石樣品均未做過前期研究。 我們使用拉曼光譜、 偏光顯微、 能譜分析等不同分析手段， 對(duì)兩個(gè)遺址的赭石進(jìn)行科技定量和定性分析。 建立在赭石科技考古分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上， 不僅可以豐富中國區(qū)域舊石器晚期赭石樣品的科技數(shù)據(jù)， 也可以更好地討論中國區(qū)域現(xiàn)代人行為認(rèn)知等問題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品

本研究共選擇赭石樣品8個(gè)， 樣品出土于廣西舊石器晚期中山遺址和婭懷洞遺址， 其中中山遺址樣品6個(gè)， 婭懷洞遺址樣品2個(gè)(見表1)， 考古發(fā)掘者肉眼判斷后定為赭石。 中山遺址樣品距地表深度80～90 cm， AMS加速器質(zhì)譜測年結(jié)果顯示年代距今約1.4萬年[15]； 婭懷洞遺址發(fā)掘者根據(jù)婭懷洞遺址考古測年和石制品整體特征， 認(rèn)為這2個(gè)赭石屬于舊石器晚期[16]。

表1 樣品信息表Table 1 Samples information

1.2 儀器及方法

1.2.1 拉曼光譜分析法

RenishawinVia型顯微激光拉曼光譜儀用于樣品偏光拉曼光譜分析。 儀器配有高穩(wěn)定性研究級(jí)德國原裝Leica顯微鏡， 包含10×原裝目鏡， 5×， 20×， 100×及50×長焦物鏡頭。 空間分辨率： 在100×倍鏡頭下， 橫向分辨率≤0.5 μm， 光軸方向縱向分辨率≤2 μm， 共焦深度連續(xù)可調(diào)。 工作條件： 激發(fā)光波長為514 nm。 光譜范圍100～3 000 cm-1， 精度為±1 cm-1， 物鏡為100×鏡頭， 光斑尺寸為1 μm， 信息采集時(shí)間為10 s， 累加次數(shù)3～8次。 分析時(shí)直接將樣品顆粒放于載玻片上， 用無水乙醇浸潤， 攪拌， 然后置于樣品臺(tái)上待檢， 在顯微鏡下選擇需要分析的樣品區(qū)域。

1.2.2 偏光顯微分析法

Leica DMLSP 偏光顯微鏡用于樣品偏光顯微分析， Leica Wild體視顯微鏡輔助分析研究。 所使用的其他材料有： Meltmont固封樹脂， 巴斯德滴管， 直頭和彎頭鎢針， 異物鑷子， 載玻片， φ12蓋玻片， 加熱臺(tái)， 擦拭紙， 無水乙醇， 甲醇， 丙酮， 黑色油性筆。 制樣過程如下： 脫脂棉蘸取丙酮擦拭載樣面， 用黑色油性筆在背面標(biāo)出載樣區(qū)域； 借助體視顯微鏡， 用潔凈的鎢針取樣到載玻片的載樣區(qū)域； 根據(jù)樣品的離散狀況滴加甲醇或無水乙醇至樣品邊緣后， 用鎢針分散樣品至溶劑完全揮發(fā)； 鑷子夾取蓋玻片放至樣品上， 置于加熱臺(tái)加熱至90～100 ℃； 在加熱臺(tái)上， 從沿蓋玻片一側(cè)緩慢滴加固封樹脂至完全滲滿整個(gè)蓋玻片。

1.2.3 X射線熒光分析

島津EDX-8100能量色散型X射線熒光光譜儀用于樣品成分分析， X光管最高管壓50 kV， 最大管流1 000 μA， 分析氛圍除大氣條件外， 還可選配真空分析系統(tǒng)或氦氣置換分析系統(tǒng)以高靈敏度分析輕元素， 準(zhǔn)直器有1/3/5/10 mm可選， 停滯時(shí)間約為29%。 工作條件： 大氣氛圍， X光管管壓50 kV， 管流207 μA， 準(zhǔn)直器3 mm， 銠靶， 測試時(shí)間30～100 s。 分析時(shí)將大小合適的樣品放于測試窗口， 選擇分析條件， 輸入樣品名稱單擊開始即可測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉曼光譜分析

赭石的化學(xué)穩(wěn)定性是紅色顏料中最高的， 此外赭石對(duì)水和大氣的作用也穩(wěn)定， 具有不受大氣侵蝕的特點(diǎn)。 赭石對(duì)惰性氣體、 光的作用也很穩(wěn)定， 且能強(qiáng)烈吸收紫外線部分， 從而使赭石保護(hù)的文物免受紫外光線的破壞， 同時(shí)， 赭石原料的獲取相對(duì)容易。 正是基于上述的優(yōu)點(diǎn)， 史前時(shí)期的巖畫、 彩繪陶器等文物的大部分原料是赭石。 拉曼光譜分析具有微損， 快速的特點(diǎn)， 非常適合珍貴的文物樣品的分析， 近些年在壁畫、 彩繪陶器等文物中的研究中取得了非常重要的成果[17-19]。 秦始皇帝陵博物院夏寅等對(duì)中國古代顏料分析時(shí)， 鑒于在分析鑒定上具有共性， 結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)以及礦物學(xué)和顏料學(xué)的對(duì)比研究將中國古代顏料中所有發(fā)紅和黃的含鐵氧化物統(tǒng)稱為鐵紅(黃)， 對(duì)應(yīng)史前時(shí)期的赤鐵礦顏料， 也與西方赭石的定義相對(duì)應(yīng)[19]。 本研究拉曼分析實(shí)驗(yàn)在秦始皇帝陵博物院完成， 分析方法參考夏寅等的顏料分析標(biāo)準(zhǔn)。 分析結(jié)果顯示樣品主要成分為赤鐵礦(樣品拉曼光譜特征峰與RRUFF數(shù)據(jù)庫中赤鐵礦(Hematite)拉曼特征峰較為一致)。 分析結(jié)果見表2和圖1。

圖1 部分樣品的拉曼光譜圖(a)： LDW 34; (b)： LDW 26; (c)： LDW 36； (d)： LDW 33Fig.1 Raman spectra of some samples(a)： LDW 34; (b)： LDW 26; (c)： LDW 36； (d)： LDW 33

表2 拉曼分析結(jié)果Table 2 The results of Raman spectra analysis

2.2 偏光顯微分析

偏光顯微鏡可以迅速、 準(zhǔn)確地檢測礦物的顏色、 顆粒形狀與純潔程度， 通過觀察到的不同晶體可以提供晶體反映條件方面的信息。 中國古代紅色顏料主要有朱砂， 鐵紅、 鐵黃和鉛丹， 這幾種紅色顏料的折射率都很大， 所以從折射率上沒法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確分辨， 因此只能從色調(diào)和消光性上加以區(qū)分。 從色調(diào)上看， 朱砂紅色調(diào)較為生動(dòng)， 是我們常說的“中國紅”， 鐵紅為暗紅色和邊緣較為圓潤， 鉛丹為橘紅色偏黃； 其次， 從晶體和消光性來區(qū)分， 朱砂顆粒為典型的巖石狀晶體， 即地質(zhì)上常說的“自形晶”， 鐵紅顆粒多呈聚集形態(tài)， 鉛丹圓潤晶型。 從正交偏光上看， 鐵紅多全消光， 鉛丹藍(lán)綠異常消光[19]。 本研究偏光分析實(shí)驗(yàn)在秦始皇帝陵博物院完成， 顯示所有樣品偏光特征均符合鐵紅偏光行為特征。 分析結(jié)果見表3和圖2。

表3 偏光顯微分析Table 3 Polarized light microscope analysis

圖2 偏光顯微分析(a): 單偏光PPL； (b): 正交偏光XP(a1), (b1): LDW 15; (a2), (b2): LDW 26; (a3), (b3): LDW 35; (a4), (b4): LDW 36Fig.2 Polarized light microscope analysis(a): PPL; (b): XP(a1), (b1): LDW 15; (a2), (b2): LDW 26; (a3), (b3): LDW 35; (a4), (b4): LDW 36

表4 X射線熒光分析結(jié)果Table 4 The results of EDX Analysis

2.3 能譜分析

X射線熒光分析顯示樣品化學(xué)元素組成中Fe2O3的含量最高， 其次為SiO2， Al2O3， CaO， TiO2等元素較低。 以氧化物模式計(jì)時(shí)(原子百分?jǐn)?shù))， Fe2O3為50%～78.0%， SiO2為16.7%～36.6%， 顯示赭石樣品成分中主要為Fe2O3。 本研究分析工作在廣西民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

3 結(jié) 論

目前在中國舊石器考古遺址中， 發(fā)現(xiàn)赭石的考古遺址已經(jīng)積累到一定數(shù)量， 但是研究卻較為薄弱， 特別是對(duì)中國區(qū)域發(fā)現(xiàn)赭石進(jìn)行系統(tǒng)研究的文章， 目前唯一進(jìn)行系統(tǒng)研究(包括科技考古分析)的遺址只有泥河灣盆地下馬碑遺址。 中國區(qū)域?qū)︳魇亩ㄐ院脱芯慷嗤Ａ粼谕茰y等較為初級(jí)的研究程度， 缺乏科技考古的深入分析， 如對(duì)赭石成分的不同科技分析方法， 赭石微痕分析等。 因此， 中國區(qū)域赭石的系統(tǒng)研究， 特別是科技考古手段定性與定量化赭石特征， 建立中國區(qū)域赭石的科技數(shù)據(jù)庫， 在全球范圍的空間尺度上， 討論現(xiàn)代人行為的演化， 以及現(xiàn)代人行為演化和認(rèn)知能力的關(guān)系等， 進(jìn)一步深入融合到國際赭石考古研究中。

采用拉曼光譜分析、 偏光顯微分析、 XRF分析對(duì)廣西舊石器晚期中山遺址和婭懷洞遺址新發(fā)現(xiàn)的赭石標(biāo)本進(jìn)行分析， 分析結(jié)果顯示樣品均為赭石。 這表明赭石利用行為在中國南方的舊石器晚期遺址中可能較為常見， 中國南方古人類利用赭石的年代也可以進(jìn)一步明確追溯至距今約1.4萬年前(中山遺址)。 中山遺址和婭懷洞遺址赭石的科技考古分析， 不僅顯示傳統(tǒng)考古學(xué)中肉眼判斷赭石的原料有一定的可行性， 同時(shí)也為中國區(qū)域舊石器時(shí)代提供了赭石的科技分析數(shù)據(jù)。 值得注意的是， 本研究是國內(nèi)較早開始對(duì)舊石器晚期赭石進(jìn)行拉曼光譜和偏光顯微分析， 顯示了該分析方法在舊石器晚期赭石定性和定量分析上的可行性。 研究中對(duì)赭石進(jìn)行定性和定量分析， 將進(jìn)一步擴(kuò)大中國南方地區(qū)赭石科技數(shù)據(jù)庫資源， 對(duì)于探討中國區(qū)域舊石器晚期現(xiàn)代人行為等研究提供了科技考古基礎(chǔ)。