山西垣曲盆地新石器時(shí)代及早期青銅時(shí)代陶器的產(chǎn)地分析研究

成小林 郝少康 戴向明 崔劍峰 王金霞

內(nèi)容提要：本文作者對(duì)山西垣曲盆地新石器及早期青銅時(shí)代的陶器進(jìn)行了主量、微量和微量元素的測(cè)定，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法（主成分分析PCA）對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和對(duì)比研究。結(jié)果表明，山西垣曲盆地各個(gè)不同時(shí)期的陶器群，同一時(shí)期不同類型的陶器群均使用相同的原料。通過(guò)與當(dāng)?shù)馗G址出土陶器標(biāo)本的比較，可推斷該地區(qū)古代居民燒造陶器主要是就地取材。

一 考古背景與樣品來(lái)源

垣曲盆地位于山西與河南交界處，大部居于山西境內(nèi)、黃河北岸，臨近中原腹地。這里經(jīng)過(guò)20多年的考古發(fā)掘積累了大量資料。經(jīng)歷次調(diào)查總共發(fā)現(xiàn)50余處新石器時(shí)代至早商時(shí)期的遺址，其中多處遺址已被不同的考古隊(duì)所發(fā)掘，包括由國(guó)家博物館田野考古部發(fā)掘的古城東關(guān)和古城南關(guān)遺址。東關(guān)和南關(guān)遺址涵蓋了從新石器時(shí)代至早期青銅時(shí)代各個(gè)時(shí)期的遺存，并反映了從簡(jiǎn)單的平等社會(huì)到復(fù)雜的分層社會(huì)的變化過(guò)程。陶器是古代遺址中最常見(jiàn)的遺物，也是古人生活用器中重要的組成部分。通過(guò)研究陶器可了解這期間生產(chǎn)方式的演變及其社會(huì)的進(jìn)步，從而更深入揭示該區(qū)域早期文明興起和發(fā)展的途徑。對(duì)此，戴向明已在其博士論文《中國(guó)中北部垣曲盆地的陶器生產(chǎn)、聚落形態(tài)和社會(huì)復(fù)雜化的發(fā)展》（英文版）①中做了較充分的探討。本文旨在運(yùn)用科技考古的手段，通過(guò)對(duì)陶器成分進(jìn)行測(cè)試分析，將這方面的研究進(jìn)一步擴(kuò)展和推向深入。

我們從垣曲東關(guān)遺址的仰韶早期（約前4600-前4200年）、廟底溝二期（約前2900-前2500年）、南關(guān)遺址的二里頭晚期（屬夏代，約前1800-前1600年）、二里崗期（早商，約前1600-前1300年），選取約100個(gè)陶器標(biāo)本（陶片）作為測(cè)試的樣品。上述四個(gè)時(shí)期恰好代表了社會(huì)進(jìn)化過(guò)程中類似部落、酋邦、國(guó)家社會(huì)的幾個(gè)階段，具有典型意義。而在每個(gè)時(shí)期豐富的陶器群樣品中，包含了各種不同質(zhì)地、不同風(fēng)格的器物，大部分器物為常見(jiàn)的器型，部分器物器型較為特殊；更有研究?jī)r(jià)值的是，有10個(gè)樣品來(lái)源于當(dāng)?shù)馗G址，特殊器形中有7個(gè)為珍貴的原始瓷樣品（表一）。

除二里崗期的原始瓷片外，所謂特殊樣品主要是指東關(guān)廟底溝二期中具有南方屈家?guī)X文化特征的高圈足杯，南關(guān)二里頭晚期和二里崗期屬于陶禮器或仿銅陶禮器的正、爵、篋等。這些陶器不同于上述各期本地所出的主流器物，不僅數(shù)量很少，而且形態(tài)上表現(xiàn)出外來(lái)風(fēng)格或不同于一般日常用器的禮器特點(diǎn)，從而成為我們?cè)诜治龊捅容^中特別關(guān)注的對(duì)象。

二 實(shí)驗(yàn)部分

1.分析測(cè)試所用方法

陶器的主要原料是黏土礦。根據(jù)地球化學(xué)理論，粘土攜有其產(chǎn)地的特征信息，如化學(xué)成分、同位素比值和礦物結(jié)構(gòu)等②。其中陶器主量元素包括鈉、鎂、鋁、硅、鉀、鈣和鐵等決定了陶土的性質(zhì)及原材料種類，反映出陶器制作工藝的信息。而微量元素（含量低于0.5%）則基本不受制陶工藝、埋藏和風(fēng)化等因素的影響③，可反映原料的產(chǎn)地信息。

山西垣曲盆地陶器的成分檢測(cè)分別用X射線能譜分析（EDX）和電感耦合等離子發(fā)射光譜（ICP-AES）兩種方法。EDX主要測(cè)量樣品中的主量元素，該檢測(cè)是在香港中文大學(xué)物理系完成的，儀器為裝在LEO掃描電鏡（SEM）上的Oxford Instrument Link Ⅱ EDX,激發(fā)電流為InA,電壓為20KV,校正方法使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。ICP-AES主要用于分析樣品中的微量元素和部分主次量元素，儀器為北京大學(xué)考古系Leemanlabs prodigy high dispersion,高頻發(fā)生器功率為l.lKw,冷卻器流量為20L/min,輔助器壓力為294Kpa,校正方法亦使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。本實(shí)驗(yàn)主要分析的微量元素有：Zn、Ba、Sr、Co、Er、Ga、Gd、La、Mn、Nd、Ni、Sc、Th、V、Zr、Cr、Hf等17個(gè)。

2.樣品的前處理

首先去除樣品表面污染層，并打磨成相對(duì)平整的表面，然后分別用水和無(wú)水酒精進(jìn)行超聲波清洗，烘干后放入掃描電鏡的樣品室內(nèi)，將被測(cè)平面水平放置，關(guān)閉樣品室，抽真空，將電壓與電流加到上述條件。測(cè)量時(shí)選取較為平整的區(qū)域，并盡量避開(kāi)砂粒，每個(gè)樣品約取5個(gè)區(qū)域，之后計(jì)算平均值。

對(duì)于SEM-EDX數(shù)據(jù)，我們選用GSD10,GSD11,GSD12,GSS1、GSS2,GSS5,GSS7、GSS8,GSR2,GSR3、GSR4與GSR5共12個(gè)標(biāo)樣，稱取一定的量，在10CTC的烘箱中烘2小時(shí)，之后壓片測(cè)試。每個(gè)樣品至少測(cè)試5個(gè)區(qū)域，后計(jì)算平均值。將該值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，通過(guò)建立各測(cè)量元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)校正陶器標(biāo)本的測(cè)量值，同時(shí)該標(biāo)樣兼有校驗(yàn)標(biāo)樣的作用。

用SEM-EDX檢測(cè)完后，將樣品用瑪瑙研缽小心粉碎，控制力度，以免樣品內(nèi)砂粒破碎，之后將砂粒剔除。將研磨好的樣品過(guò)200目的銅篩，之后通過(guò)強(qiáng)酸聯(lián)合微波消解法進(jìn)行微波消解前處理，將處理好的樣品進(jìn)行ICP-AES儀器檢測(cè)。

三 分析結(jié)果

1.EDX分析結(jié)果

EDX測(cè)量數(shù)據(jù)是校正后的數(shù)據(jù)（表二）。需要說(shuō)明的是，SEM-EDX并未對(duì)樣品進(jìn)行燒失量的檢測(cè)，表二的數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)歸一化處理。

先用EDX數(shù)據(jù)對(duì)垣曲盆地不同時(shí)期的陶器樣品進(jìn)行產(chǎn)地判別，看能否從主成分?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析中區(qū)分該地區(qū)不同時(shí)期陶器來(lái)源的異同，以及同一組合（同一遺址同一時(shí)期）不同風(fēng)格陶器群產(chǎn)地來(lái)源的異同。鑒于原始瓷成分的差異性，我們沒(méi)有對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相關(guān)研究將另行報(bào)道。圖一（數(shù)字為樣品序號(hào)，以下類同）是不同時(shí)期陶器樣品EDX數(shù)據(jù)的主成分分析（PCA）圖，圖二、三分別為廟底溝二期和二里頭、二里崗期（因這兩個(gè)時(shí)期時(shí)間跨度較小，可視為同一時(shí)期）不同風(fēng)格陶器群主成分分析圖，主成分分析的原理見(jiàn)文獻(xiàn)④。圖一、圖二與圖三是采用SPSS軟件降維后生成的散點(diǎn)圖，圖中的X與Y軸為第一主成分（PC-1）和第二主成分（PC—2）。在圖一中，元素Na、Mg、P和S因樣品“采樣適宜度”低而被舍棄,PCA分析中第一、二主成分能解釋總方差的64.1%（42.9%+21.2%）；在圖二中，舍棄的元素為Na、Si、P和S,第一、二主成分能解釋總方差的65%（39.2%+25.8%）；而圖三中舍棄的元素為Na、Mn,P和S,第一、二主成分能解釋總方差的82.7%（50.9%+31.8%）。從以上數(shù)據(jù)可知，EDX的PCA分析結(jié)果應(yīng)是有意義的。

從圖一來(lái)看，垣曲盆地各個(gè)時(shí)期的陶器樣品區(qū)分不開(kāi)，說(shuō)明該地區(qū)不同時(shí)期的制陶原料相同，只有一些離散點(diǎn)，如5（小口瓶IVH77：31）、51（圓腹罐H199：8）、61（鬲H122：3）、62（鬲H149：20）、66（圈足杯IH262：10）、68（圈足杯IH251：48）、77（篋G14：l）、78（篋H736：16）、80（篡H310：2）、81（爵T2768（4）A：13）、84（小罐窯IIIYL1）、89（鬲窯Y9（±）：7）和90（鬲窯Y10J1）號(hào)樣品。由圖一也可看出，常見(jiàn)器型樣品和特殊器型樣品以及窯址出土樣品均區(qū)分不開(kāi)，可說(shuō)明該地區(qū)的制陶原料應(yīng)來(lái)源于本地，且所謂的特殊器型也皆在本地制作，應(yīng)非通過(guò)貿(mào)易往來(lái)獲得。而圖二說(shuō)明，廟底溝二期不同風(fēng)格的陶器群也是區(qū)分不開(kāi)的，可見(jiàn)這些陶器群使用相同來(lái)源的制陶原料，但也存在一些離散點(diǎn)，如］6（學(xué)IH61：109）、17（肆IH122：33）、23（鼎IH94J5）、34（圈足杯IH251：48）和39（小罐窯IIIY1：1）號(hào)樣品。圖三可說(shuō)明同樣的問(wèn)題，二里頭至二里崗時(shí)期的不同陶器群也使用相同的制陶原料，離散點(diǎn)包括6（圓腹罐H199：8）、16（鬲H122：3）、17（鬲H149：20）、27（篦G14：l）、31（爵T2768⑷A：13）、36（鬲Y9（上）：7）和37（鬲Y10：ll）號(hào)樣品，這些離散點(diǎn)基本包括在圖一的離散點(diǎn)中。

2.ICP-AES分析結(jié)果

再用ICP-AES微量元素的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明情況，其測(cè)量數(shù)據(jù)如表三所示。ICP-AES所分析的樣品是從表一中挑選出具有代表性的標(biāo)本，且每種陶器群樣品數(shù)不少于3個(gè)。圖四為不同時(shí)期陶器樣品ICP-AES微量元素?cái)?shù)據(jù)的主成分分析圖，圖五二里頭、二里崗期不同風(fēng)格陶器群微量元素?cái)?shù)據(jù)的主成分分析圖。圖四中，PCA分析中舍棄的微量元素包括Nd、Mn、Zr和Zn,第一、二主成分能解釋總方差的53.52%（35.22%+18.31%）；圖五中，PCA分析中舍棄的微量元素包括Ba、Cd和Zn,第一、二主成分能解釋總方差的58.53%（34.08%+24.45%）。

從圖四來(lái)看，垣曲盆地各個(gè)時(shí)期的陶器樣品還是區(qū)分不開(kāi)，說(shuō)明該地區(qū)不同時(shí)期的制陶原料的來(lái)源相同，這同EDX的分析結(jié)論是一致的。離散點(diǎn)包括9（夾砂罐IVG3：55）、11（小口高領(lǐng)罐IH63：3）、26（圓腹罐H303：56）、30（鬲H149：20）、31（鬲H251：2）、33（高圈足杯IH262：10）、44（篋G14：l）和57（鬲Y10：ll）號(hào)等樣品。通過(guò)圖五可說(shuō)明，二里頭至二里崗時(shí)期的不同陶器群也使用相同的制陶原料，離散點(diǎn)包括4（圓腹罐H303：56）、8（鬲H149：20）、9（鬲H251⑵、17（篋G14：l）和27（鬲窯Y10：ll）號(hào)等樣品。

四 結(jié)論

通過(guò)對(duì)垣曲盆地約100個(gè)樣品的EDX與ICP-AES數(shù)據(jù)的PCA分析，可得出如下初步結(jié)論：

1.兩種分析手段均能給出相同的結(jié)論，即垣曲盆地各個(gè)不同時(shí)期，同一時(shí)期不同類型的陶器群均使用相同的原料來(lái)源。通過(guò)與當(dāng)?shù)馗G址出土陶器的比較，可推斷該地區(qū)古代居民制陶主要是就地取材。即便是那些形態(tài)風(fēng)格或功能特殊的器物，也主要為本地制造；只不過(guò)是本地工匠模仿了外面其他文化的器物（如廟底溝二期的高圈足杯），或本地也能制作等級(jí)較高和功能特殊的陶禮器（如二里頭和二里崗期的香、爵、篋等）。

2.從EDX主量元素?cái)?shù)據(jù)的PCA分析來(lái)看，樣品IVH77：3k H199：8、H122：3、H149：20、IH262：10、IH251：48、G14：l、H736：16,H310：2,T2768（4）A：1 3、Y10：ll、Y9（±）：7和IIIY1：1的主量元素明顯不同于其他樣品。經(jīng)分析，位于圖一右下方的樣品IVH77：31、T2768⑷A：13、H122：3、H149：20,G14：l、H736：16、H310：2和Y10：ll為Ca。含量偏高（約3.5%-7%）；正上方的樣品IH251：48和IH262：10為Si?含量偏高（約70%-72%）；左中方的樣品IIIY1：1和Y9（上）：7為Si?含量偏高（72%-74%）,Fez。,含量偏低（1.06%-1.14%）；左下方樣品田99：8為人12。3含量偏高（約25%）。

3.從ICP-AES微量元素?cái)?shù)據(jù)的PC A分析來(lái)看，樣品IVG3：55、IH63：3、H303：56、H149：20、H251：2,IH262：10,G14：l和Y10：ll微量元素明顯不同于其他樣品。

4.上述離散點(diǎn)樣品的不同，是因污染物的引進(jìn)，或添加物的引入，抑或制陶原料自身的不同？其中樣品IVG3：55（夾砂罐）、IH63：3（小口高領(lǐng)罐）、H199：8（圓腹罐）、H303：56（圓腹罐）、G14：l（饌）和IIIY1：1（小罐窯）為夾砂陶；樣品T2768（4）A：13（爵）和Y10：ll（鬲窯）夾有細(xì)砂。對(duì)于上述樣品，添加物的引入可能是形成離散的原因之一，但對(duì)于其他離散點(diǎn)形成的原因，尚需進(jìn)一步研究。

5.在上述離散點(diǎn)中，樣品H149：20、G14：l、IH262：10和Y10：ll在兩種分析結(jié)果的散點(diǎn)圖中均分離開(kāi)來(lái)。這些少量的離散點(diǎn)樣品所屬的陶器，不排除從垣曲盆地之外其他地點(diǎn)輸入的可能性，包括少部分特殊的陶器和一般常見(jiàn)的器物；至于這些可能的外來(lái)物品是來(lái)自貿(mào)易交換還是其他形式的交換，因樣品分布上無(wú)明顯規(guī)律可循，故難以推斷。