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及時章 緒 論

1.1 冶金考古的研究內(nèi)容

石、銅、鐵三種材質(zhì)工具的創(chuàng)造和使用，把人類社會不斷推向新的時期，這些材料成為人類社會和歷史發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。丹麥考古學(xué)家C. J. 湯姆遜根據(jù)不同材料對人類社會的不同作用，將古代社會發(fā)展進程分成石器時代、青銅時代和鐵器時代，"三期說"的提出推動了考古學(xué)的深入發(fā)展。當(dāng)前，人類社會正邁向以硅材料為基礎(chǔ)的信息時代，但金屬材料依然是當(dāng)今社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。冶金技術(shù)涉及原材料供應(yīng)處理、化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)改性等多方面因素，代表著人類對自然界認識和利用水平的提高，反映了多方面知識、技藝及生產(chǎn)管理方式的進步，冶金技術(shù)成為文明的重要標志之一。因此，冶金技術(shù)史的系統(tǒng)研究，可為正確認識人類歷史提供新的視角。

金屬在世界各地文化中均有重要地位。五行理論是中國古代關(guān)于世界物質(zhì)組成的學(xué)說之一，金、木、水、火、土構(gòu)成世上的萬事萬物，其中金即指各種金屬。羅馬神話中用太陽、月亮、金星、木星、水星、火星和土星分別代表金、銀、銅、錫、汞、鐵和鉛。眾多文化都敬奉司掌金屬冶煉的神，如中國的太上老君、希臘神話中的赫淮斯托斯等。不同社會或不同歷史時期，金屬生產(chǎn)有不同的生產(chǎn)組織和管理模式。研究金屬的使用情況，是研究社會發(fā)展的重要組成部分。

然而，關(guān)于古代冶金技術(shù)的文字記載較少，考古發(fā)掘所揭示的技術(shù)信息比較有限，在面對諸如"冶金術(shù)是如何起源的？起源于何時、何地？""某地區(qū)的冶金術(shù)是獨立發(fā)展起來的，還是從外傳來的？它們的交流模式、傳播路線和范圍如何？""冶金技術(shù)在不同文化中的特點和作用是什么？""冶金技術(shù)在人類文明中的地位如何"等一系列問題時，僅通過文獻和傳統(tǒng)考古學(xué)很難解決，因而引入多種現(xiàn)代科技對出土冶金遺物進行分析研究具有重要意義，冶金考古(archaeometallurgy)正是在這一過程中逐步發(fā)展起來的。

歐美發(fā)達國家在基本實現(xiàn)對本國考古發(fā)掘的早期銅器、鐵器進行科學(xué)檢測的同時，在環(huán)地中海地區(qū)、東南亞及南美洲等地開展了大量銅、錫等礦冶遺址的調(diào)查和發(fā)掘，探討了各地區(qū)文明的起源和早期發(fā)展面貌情況。對非洲、西亞、南亞及北歐地區(qū)冶鐵遺址的調(diào)查、發(fā)掘和研究，為揭示鋼鐵技術(shù)的起源與傳播及其對各地區(qū)文明進程的影響提供了科學(xué)依據(jù)。自1928年殷墟的科學(xué)發(fā)掘至今，中國考古界已調(diào)查和發(fā)掘了較多礦冶遺址，掌握了大量的金屬文物標本，提供了充足的實驗研究對象。考古學(xué)家和冶金史專家密切合作，開展了大量與金屬礦冶技術(shù)研究有關(guān)的文獻梳理、田野考古調(diào)查與發(fā)掘、實驗室分析、保護以及展示工作，提取、揭示了金屬文物及礦冶遺址的內(nèi)在價值，取得了令人矚目的成果。這些工作使冶金考古成為研究古代文明史的重要基礎(chǔ)性學(xué)科之一。

冶金考古的"金"主要包括"金、銀、銅、鐵、鉛、錫、鋅、汞"這八種常見的金屬。根據(jù)已有的考古發(fā)現(xiàn)，古人最早使用和冶煉這八種金屬的年代有所不同。一般而言，采集、使用自然金屬(如自然銅、隕鐵和金)的年代較早，從礦石中提取金屬的冶煉技術(shù)年代較晚，由于不同金屬的化學(xué)性質(zhì)不同，冶煉有難有易，所以化學(xué)性質(zhì)越活潑的金屬被冶煉出的時間越晚。鐵比銅活潑，冶煉難度大，所以冶鐵術(shù)的產(chǎn)生比較晚，這也是首先開始的是銅器時代，然后才是鐵器時代的原因。

冶金考古研究中，需對采礦、冶煉、精煉、鑄造、鍛造等不同性質(zhì)的礦冶遺址進行多學(xué)科結(jié)合的調(diào)查、發(fā)掘與整理，利用現(xiàn)代分析技術(shù)對冶鑄遺物進行檢測，研究采礦、冶煉及金屬器制作方面的技術(shù)特點，對組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝進行判斷和復(fù)原，了解其產(chǎn)品特征和數(shù)量，探索產(chǎn)品的社會功能，在更廣泛的范圍內(nèi)討論冶金技術(shù)的發(fā)展及交流情況，更深層次地研究冶金技術(shù)在人類文明發(fā)展中的作用，并將研究成果應(yīng)用于文物保護與公眾展示。簡言之，冶金考古是對古代金屬制造業(yè)遺存及冶金技術(shù)在文明發(fā)展中的作用開展研究的一門學(xué)科，其涵蓋的研究內(nèi)容如圖1.1所示。

圖1.1 冶金考古研究內(nèi)容示意圖①

① Rehren Th, Pernicka E. Coins, Artefacts and Isotopes: Archaeometallurgy and Archaeometry. Archaeometry, 2008, 50(2): 232-248.

1.2 中國冶金考古研究概況

早在20世紀20年代，代考古學(xué)家對殷墟發(fā)掘時就開始了冶金考古研究，如殷墟鑄銅遺物的分析、青銅器鑄造工藝的研究和金屬文物合金組成的研究。50年代，河北承德壽王墳戰(zhàn)國至東漢時期的古銅礦、山西運城東漢古銅礦都得到了初步考察和研究。60～70年代，關(guān)于金屬的檢測分析工作也不斷開展起來。隨后山西侯馬鑄銅遺址的發(fā)掘，以及河南鄭州、南陽、溫縣、魯山以及晉南地區(qū)的冶鐵遺址調(diào)查與發(fā)掘工

作，為揭示中國古代冶金技術(shù)提供了重要的科學(xué)資料。而通過對這些礦冶遺址出土冶鑄遺物的檢測分析，以及其他遺址和墓葬出土金屬文物的檢測分析，對中國古代金屬技術(shù)體系有了系統(tǒng)認識。70～90年代，以湖北大冶銅綠山礦冶遺址群的發(fā)掘、研究和保護為開端，把中國冶金考古的研究推向了新的階段，帶動了各地區(qū)礦冶遺址的調(diào)查與發(fā)掘等工作。這一時期，關(guān)于中國冶金技術(shù)起源、商周青銅器的鑄造工藝、生鐵冶煉和生鐵制鋼技術(shù)體系的研究取得了重大成果，冶金考古引起了學(xué)術(shù)界的重視。

21世紀以來，冶金考古的工作模式有所轉(zhuǎn)變，冶金考古研究方法也有較大發(fā)展。西方20世紀60～70年代對阿拉伯谷地提姆納遺址的研究、中國20世紀70～80年代對大冶銅綠山遺址的研究都是以大規(guī)模發(fā)掘為主。現(xiàn)在則轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΦV冶遺址進行詳細考察和研究，即充分利用自然科學(xué)在年代測定和檢測分析方面的優(yōu)勢，獲得對遺址屬性、技術(shù)類型和生產(chǎn)水平的判斷，進而揭示其考古學(xué)、歷史學(xué)和遺產(chǎn)學(xué)價值，為遺址保護、開發(fā)和利用提供基礎(chǔ)資料和指南。這種轉(zhuǎn)變是與我國發(fā)展中國家的地位、眾多礦冶遺址難以進行發(fā)掘研究等現(xiàn)實情況相符合的。適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變，可發(fā)揮多學(xué)科優(yōu)勢，以有限的經(jīng)費和時間開展盡可能多的工作，為考古研究提供更多的科學(xué)證據(jù)，同時也是對礦冶遺址進行價值評估、實施重點保護的方式。這種轉(zhuǎn)變的結(jié)果是，文物考古研究者與冶金史學(xué)者合作更加緊密，在若干地區(qū)主動、系統(tǒng)地開展礦冶遺址調(diào)查與發(fā)掘，深入、細致地研究中國冶金史上存在的難點問題，從礦冶遺址的調(diào)查、考古發(fā)掘及金屬文物的檢測分析各方面取得了新的突破。

礦冶遺址是研究古代金屬技術(shù)發(fā)展最直接的實物證據(jù)。經(jīng)過多年探索，冶金考古研究在礦冶遺址的調(diào)查、發(fā)掘和冶鑄遺物的檢測方面，成果頗為顯著。運用各種科技手段和現(xiàn)場分析裝備對數(shù)量巨大、分布廣泛的古礦冶遺址進行普查，對其中具有重要價值的遺址進行發(fā)掘和綜合研究，可彌補文獻研究之不足，也可為闡明古代冶金技術(shù)提供實物證據(jù)和展示標本。從這個意義上來講，礦冶遺址調(diào)查與發(fā)掘是冶金考古研究的基礎(chǔ)。得益于根據(jù)礦冶遺址內(nèi)大量存在的爐渣的檢測分析建立起的古爐渣學(xué)及礦冶遺址田野調(diào)查方法，對各地礦冶遺物的年代和文化屬性有了正確認識，揭示了其冶金技術(shù)內(nèi)涵、規(guī)模和特征，為探討冶金技術(shù)對中華文明誕生與發(fā)展的作用提供了一系列新的科學(xué)依據(jù)；通過對冶鐵遺址出土冶鑄遺物的檢測分析，初步建立起中國古代鋼鐵技術(shù)體系。迄今，經(jīng)過系統(tǒng)研究的大冶銅綠山等30余處古礦冶遺址(群)已被列為全國重點文物保護單位，其中包括銅礦冶遺址、鐵礦冶遺址、汞礦冶遺址、金銀礦冶遺址和煉鋅遺址等。而冶金考古研究也成為"中華文明探源工程"和"指南針計劃"等國家重大課題的重要組成部分。

對冶金遺物的實驗分析是開展冶金考古研究的必要手段。年代判定是構(gòu)建冶金技術(shù)發(fā)展歷程的前提。礦冶遺址調(diào)查和發(fā)掘獲取的冶鑄遺物及遺址或墓葬出土的金屬文物制品，可用多種方法測定其年代，如14C測年、熱釋光和古地磁法等，但每種測年方法各有其優(yōu)缺點和使用范圍，需要在實際工作中加以注意。盡管可根據(jù)冶鑄遺物的宏觀形態(tài)進行類型學(xué)的描述，但冶鑄遺物成分和結(jié)構(gòu)的檢測是正確揭示冶鑄技術(shù)的途徑。如爐渣、耐火材料、陶范和金屬制品在不同的條件下具有不同的制作工藝，在成分和顯微結(jié)

構(gòu)上也有明顯差異，為正確揭示這些冶金遺物的技術(shù)信息，必須進行實驗室的檢測分析。

但是，相比國內(nèi)礦冶遺址數(shù)量龐大、出土文物眾多等現(xiàn)實情況，目前開展的田野和實驗室工作明顯不足。迄今僅對一些重要的銅礦冶煉遺址進行了系統(tǒng)研究，金、銀、

錫、鉛、鋅、汞等有色金屬冶煉遺址的研究工作仍處于起步階段。對鋼鐵冶金技術(shù)的研究大多通過鐵質(zhì)文物的檢測進行，大量冶鐵遺址有待深入的調(diào)查和研究；對宋代以后用煤煉鐵引起的鋼鐵技術(shù)的變化及其對社會的影響研究仍很薄弱。只有把金屬文物研究與采礦、冶煉、鑄造等遺址的研究結(jié)合起來，才能揭示古代各項冶金技術(shù)的細節(jié)及其對當(dāng)時社會的影響。

在中國銅冶金技術(shù)研究方面，關(guān)于冶銅技術(shù)起源和青銅器鑄造技術(shù)等方面的研究雖然較多，但仍有許多關(guān)鍵問題需要進一步解決。例如，以塊范法鑄造為特點的商周青銅器鑄造技術(shù)是中國古代冶金技術(shù)的重要發(fā)明之一，但對于系統(tǒng)了解青銅器陶范鑄造技術(shù)來說，目前的研究無論在深度和廣度上均有欠缺。如目前尚未對鑄造流程各環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)研究，因而對"造型材料的選擇與制備"、"鑄型的設(shè)計與制作"、"干燥和焙燒的工藝"以及"鑄后清理與加工"等問題的認識尚不充分；"鑄造工場的組織、分工與協(xié)作"、"青銅器區(qū)域風(fēng)格的形成與制作技術(shù)的關(guān)系"、"中國古代陶范鑄造青銅器傳統(tǒng)的形成機制和對相關(guān)工藝(如金屬范鑄造、失蠟法、鍛造等)的影響"等都需要進一步研究，才能更、地揭示中國古代陶范鑄造技術(shù)的特征。

生鐵冶煉及生鐵制鋼技術(shù)體系是中國古代冶金技術(shù)的另一大創(chuàng)造，盡管從鐵器入手的對"中國生鐵冶煉和生鐵制鋼技術(shù)"的研究已經(jīng)較為充分，但對"中國冶鐵技術(shù)起源的時間和機制"、"大規(guī)模使用生鐵的意義"、"炒鋼技術(shù)的發(fā)明動因"、"灌鋼技術(shù)所體現(xiàn)的思想"以及"炒鋼、灌鋼制品的判定標準"等問題仍需深入研究。關(guān)于中國冶鐵技術(shù)起源的問題，應(yīng)從礦石、鼓風(fēng)、爐型結(jié)構(gòu)、操作流程等多方面考古學(xué)證據(jù)，放在更廣闊的考古學(xué)背景中加以討論。炒鋼技術(shù)在中國鋼鐵技術(shù)發(fā)展史上具有重要地位，但是由于缺乏考古背景明確的有關(guān)炒鋼冶煉遺物的檢測分析，目前得出的相關(guān)結(jié)論說服力不夠，沒有得到國際冶金史界的廣泛認同。另外，關(guān)于"生鐵及生鐵制鋼技術(shù)對社會進步的作用"的研究也值得重視。為此，應(yīng)在充分調(diào)研國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，將冶鐵制鋼遺址的調(diào)查工作與爐渣分析結(jié)合起來綜合研究。將鐵器和冶鐵技術(shù)交流的問題放在整個物質(zhì)文化交流史的框架下，對東西方以及中國與周邊國家的交流與傳播問題進行整體分析，以期有所突破。

相對銅鐵研究而言，有關(guān)中國古代其他有色金屬及其合金工藝的研究還很不系統(tǒng)，有些方面研究較為深入，有些才剛剛開始。總體來說，這方面研究以銅和銅合金的冶煉與制作工藝最為重要，其次是有關(guān)煉鋅技術(shù)的研究(近期因在重慶等地發(fā)現(xiàn)明清時期的煉鋅遺址而使相關(guān)研究得到了極大推動)，關(guān)于金、銀、鉛、錫和汞及其合金的冶煉、制作工藝研究也有不少，但突破性的研究成果不多。

文物工作的生命力在于其研究成果一定要與群眾共享。但在礦冶遺址及金屬文物的研究、保護與展示方面，國內(nèi)的工作還有不少需要提高的地方。如目前常以靜態(tài)實物、模型和圖片為主展示金屬文物，形式比較單一，成果推廣力度不強。同時，隨著全國城鄉(xiāng)建設(shè)的展開，大批古代金屬文物出土，很多古代采礦、冶鑄的生產(chǎn)遺址相繼被發(fā)現(xiàn)，這些遺物、遺跡都面臨著艱巨的保護任務(wù)，也亟待開展相關(guān)研究揭示其歷史、藝術(shù)和科學(xué)價值，但限于各種條件，這一工作仍有較大空白。

另外，以往的冶金考古以個案研究居多，并多從配合考古和歷史研究的角度開展，考古工作者更關(guān)心某遺址出土物的分析研究，科技工作者則更偏重金屬器物和冶鑄遺物科技內(nèi)涵的提取，雖然各自取得了一些成果，但缺乏總體把握和系統(tǒng)考慮。近年來，國內(nèi)冶金考古工作內(nèi)容發(fā)生了較大變化，已從早期被動接受考古學(xué)家送樣檢測，發(fā)展到現(xiàn)在調(diào)查之前考古學(xué)家即與冶金史學(xué)家開始合作，共同制定調(diào)查、發(fā)掘、保護和展示方案，開展田野和實驗室工作，對實驗結(jié)果進行解析，進行展陳設(shè)計等。在一定程度上做到了考古學(xué)研究與冶金史研究的雙贏，標志著冶金考古逐漸走向成熟。

1.3 本書的研究目的與內(nèi)容

為研究中國冶金技術(shù)起源及早期發(fā)展，及與其他地區(qū)的交流與傳播問題，近年來，