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石家河城南郊肖家屋脊:冶铸设施坍塌后的遗迹(冶金起源之七)

 好了明理 2019-12-22

【编者按】中国冶金技术起源于何方何时?对这一问题的探索,是涉及到中国文明起源与发展的重大命题。郭静云教授团队近期刊发《中国冶炼技术本土起源:从长江中游冶炼遗存直接证据谈起》(郭静云、邱诗萤、范梓浩、郭立新等著,全文分上下篇,分别刊发于《南方文物》2018年3期和2019年3期)。

石家河城南郊肖家屋脊:冶铸设施坍塌后的遗迹(冶金起源之七)

二、长江中游第四~三千纪遗址中发现铜料的意义

(四)天门石家河城址:青铜技术与文化中心

3、南郊区肖家屋脊:冶铸设施坍塌后的遗迹

肖家屋脊地点位于石家河城外东南角,距城墙约400 m,原有面积15万平方米,1980年代初因砖瓦厂取土受到较严重破坏。发掘区包含祭祀区、陶窑及其他用途的烧坑、贵族生活和墓葬区。

(1)报告中发现铜块的纪录

根据报告石家河文化早中期地层发现5件所谓“孔雀石”,均是较小的颗粒,如H421:63(AT304-2044a):4.8*4.4*2.3cm; H43:52 (AT2052):3.8*3.7*2.1cm; AT12:15:3.5cm。其余未记录尺寸。不过此外, H371灰烬中夹似铁锈斑点,实际上应该是氧化了的点滴铜滴或细小铜渣。石家河文化晚期至后石家河文化早段的灰沟HG13内,也出土了几件所谓的“孔雀石”,以及在石家河文化晚期W49瓮棺内亦随葬一块“孔雀石”(其余瓮棺或无随葬品,或皆随葬玉器)等等。这些材料都没做过成份鉴定,甚至不发表照片,因此更难判断出土铜块的性质。[xvi]

前文初步分析邓家湾城区石家河时期出土铜料的情况,发现基本都有烧炭的痕迹,应是冶炼遗迹。其中有冶炼垃圾的堆积坑、冶炼场所,和可能为炼炉、熔铜炉的灰坑。后者均可分为圆型竖穴炉以及长型横穴炉。肖家屋脊发现铜块之处,与邓家湾差不多类似,属于冶炼相关遗迹。

(2)冶铸场所废墟与冶铸废弃物埋藏祭礼

肖家屋脊H371位于发掘区的中西部,属石家河文化早期,规模特别大,口径5.65m,深度2.2m。所在探方AT1708、AT1808、AT1707、AT1807里遗迹很密集,打破关系复杂,也许曾经是冶炼场所,但最后成为混乱的烧土块堆积(图九)。发掘者将内部堆积分成三层,下层是厚度0.15~0.34m的黄褐色土,遗物很少;中层厚0.65m,灰褐土中夹很多灰烬;上层厚度1.38m,灰褐土中夹灰烬和锈金属斑点。陶片种类复杂,集中在中上层,其中也包含很多炼缸和小坩锅的碎片。

肖家屋脊发现几个长方形横穴式冶炼场,因为遗迹尺寸都比较大,我们认为可能不是炉子,而是坑式的冶铸工作坊,用炼缸进行冶炼和熔铜,不过因为内部结构没有保存下来,只能大致判断。

H42属石家河文化早期,坑内曾出土铜块,位于肖家屋脊发掘区南部探方AT204、AT30。形状呈圆角长方形,壁斜直,坑底平,都很规整,明显是人工有意施工挖筑而成,坑口9.15x2.15m,坑底7.9x1m,深度1.1m,底部有一点斜坡,其用途难以确定。这种长型的“灰坑”亦有发现在晚于石家河文化早期一千多年的吴城遗址,并已确定其为冶铸作坊(图十)[xvii],但具体使用方式及操作链问题,还需要进一步作试验及研究,以了解冶铸技术的发展。

H42坑内堆积分为两层,铜块出自下层。下层2为黄土为主,夹杂灰烬,土质坚硬,厚度0.6m,发现的陶片多为粗厚夹砂陶。从中复原出几件手制的粗厚小型坩锅,一件夹粗砂红陶豆、炼缸碎片以及小型磨制石凿。上层1堆积有0.4m厚,土中全是灰烬,呈灰黑色,陶片众多,包括夹粗砂炼缸碎片,小型坩锅20余件、同样材质的小碟,以及精致黑陶、少量陶塑动物、石祖礼器。依笔者理解,上下层是时代不同的冶炼场所,中间可能重新修建过。上层的冶炼工具比下层的更为先进。最后,在冶炼场所废弃时,进行祭祀而埋藏各种礼器,包括陶塑动物和石祖礼器。(图八)

石家河城南郊肖家屋脊:冶铸设施坍塌后的遗迹(冶金起源之七)

图八肖家屋脊报告纪录出土炼渣的H42和H43遗迹的发掘区
H42平剖面图及发掘照片。H42下层出土的遗物:H422:20石凿6.6×1.4×1.5 cm; H422:21夹砂红陶豆,口径20 cm足径15.2 cm高15.2cm; H422:5小坩锅,口径8 cm底径3.6 cm高9.1 cm; H422:6坩锅,口径12 cm底径5.2 cm高9.4 cm; H422:12小坩锅,口径6.1 cm底径3.4 cm高8.2cm。H42上层出土的遗物:H421:16小坩锅,口径6.3 cm底径2.6 cm高8 cm;H421:30小坩锅,口径9.8 cm底径4.2 cm高10.6 cm; H421:10小坩锅,口径5.6 cm底径2.4 cm高8.2 cm; H421:91坩锅,口径18.2 cm底径10.2 cm高12.6cm; H421:110夹砂黑陶高圈足杯,口径11.5 cm足径10.5 cm高20 cm; H421:128泥质红陶手制三足杯,口径8 cm高10 cm; H421:34 泥质灰陶豆,口径24 cm残高12 cm; H421:54泥质红陶手制碟,口径9.6 cm底径4.4 cm高2.5cm; H421:159夹砂灰陶高罐,口径14 cm底径6.4cm高35.8 cm; H421:42大口罐,口径24 cm底径10.8 cm高18.5 cm; H421:68石祖形器,残高8.3 cm; H421:164陶鸡,残长5.2 cm残高6.8 cm; H421:123陶羊,残长6 cm残高4.8。H43平剖面图及发掘照片。H43出土的遗物:H43:6小坩锅,口径9.4 cm底径3.8cm高8.5 cm; H43:54小坩锅,口径8.8 cm底径3.4 cm高8.5 cm; H43:21擂钵,口径21 cm高20 cm; H43:14陶鸡壶,长8 cm高11.4 cm.

在H42之东,相距不远处有探方AT205,发现时代略晚的灰坑H43,应断代为石家河中期,坑内出土了铜块。H43平面呈圆型,斜壁,显然为人工刻意挖筑而成,口径2.5 m,坑深0.58m,土质软而黑,夹杂许多草木灰烬,坑内出土陶片中,多数为夹砂厚壁红黑陶。报告称为“红黑陶”者,即是红陶,因在使用过程中渗入很多碳灰而发黑。器物类型以小型与中型坩锅最多,也有其他器物,包括祭祀品[xviii]。该坑的形式虽然与邓家湾H116、H54有相似,但细微差异让我们怀疑这或许不是圆型炉,而是专门的祭祀坑,仪式性的埋藏冶炼废物,也许与旁边H42炼铸场所的废弃物有关。H43里也有很多与冶炼无关的器物能完整复原,可能是曾经用于祭祀的完整器物。在石家河文化中,冶炼与祭礼活动密切相关:冶铸场所尚在使用时,就有社会全体规模的大型祭祀活动;冶铸场所废弃时,也会经过一种大型祭祀而后全部掩埋。报告中H43照片上所显示的,乃是最后祭祀的现场。(图八)

H184亦属于石家河早期,其形状也与H42相同:平面呈长方形,人工挖筑而成,口径2.2X4m,位于发掘区中西部,发现于灰坑特别密集的探方AT1403、AT1402内,各灰坑之间有很多打破关系,推测每一个灰坑的使用时间应该最多几十年。H184可以辨识的深度为23cm,但底有缓坡,北端深南端浅。北端深处堆积较多炭末,陶片较碎,能复原的极少,陶片中有炼缸碎片以及可以复原的5件小坩锅,报告公布的小坩锅明显有多次烧过的痕迹。除了陶器之外,还发现一件残缺的磨板石(abrasiveplate),两边有用以磨硬石的凹面(图八),此外还发现一些动物骨渣。从这种灰坑结构或许可以推测,这可能是一种具备完整流程的冶铸场所,包含预备矿料、冶炼、熔铜及铸造,北端可能有安排横穴式熔铜炉,结构未保存。

除了圆角长方形的冶铸工作坊遗迹之外,肖家屋脊也发现圆型遗迹,如位于发掘区中西部的灰坑H434,也处于密集发现灰坑的探方AT1819、AT1818、AT1719、AT1718交界之处,为人工刻意施工挖筑而成,坑口面积较大,为4.4x3.28m,椭圆型,小圆底,东、北、西壁较陡,南壁较平缓,且似乎分为两个台阶;在底部东北角另有长方形的0.48X0.38m小坑,深度0.5m。H434灰坑最深之处到达1.9m。坑中堆积分为四层。最下面的第4层厚度为0.1~0.52m,土质土色是较软的灰褐色土,大量夹草木灰烬,出土少量陶片,以小型坩锅为主。第3层的厚度为0.13~0.37m,土质土色是较硬的灰黄土夹大量烧土粒,中部有各种陶片和一件石斧,不过发掘者强调,在数量上占绝对优势的是所谓“斜壁杯”(即小型坩锅)。第2层的厚度为0.35m,土质与第4层一致,为较软的灰色土并大量夹草木灰烬,堆积的陶片中小型坩锅的数量依然占绝对优势,另有夹粗砂炼缸片,以及石斧和碎块磨板石。第1层土黄而较硬,在坑的中间最厚处可达0.4m,可以复原的陶器很少,能辨识的器物中仍以小型坩锅为主,另有少量石器。(图九)

根据这种灰烬与烧土分层充填的情形,我们认为,此处表现为早晚两期冶炼工作坑遗存。最下面4层的灰烬、烧末和坩锅碎片,是炉子里所留下的遗存,至于炉子底部小坑的作用,还需要进一步思考。其上3层黄而较硬的烧土堆积是炉壁和顶部坍塌的残迹。坑内第4层、3层大部分叠压在第二级台阶之下,第3层只略为出露于二台阶的边缘,可能是炉子的鼓风口或者烟道口。该炉子使用时,在二台阶之上,可能为工作台面(图九)。类似的冶铸遗迹,见于吴城遗址Z1、Z2,由于出土炼渣、炼缸碎片、残石范等冶铸相关工具,发掘者认为是坑式的冶铸工作坊(图十)。吴城Z1、Z2年代虽然为公元前15─14世纪[xix],比石家河文化晚一千多年,但是屈家岭、石家河文化原创的技术:炼缸和冶铸流程,显然在商时代继续传承、使用及发展。

H371、H434、H184、HG13的发掘区。H434平剖面图。H434第3层出土的遗物:H4343:63小坩锅,口径9.4 cm底径4 cm高8.5 cm;H4343:23小坩锅,口径10 cm底径3.8 cm高8.3 cm; H4343:6小坩锅,口径7.8 cm底径3.7 cm高8.9 cm。H434第2层出土的遗物:H4342:12小坩锅,口径18.5 cm底径9.8 cm高12.5cm; H4342:13小坩锅,口径6 cm底径3 cm高8 cm; H4342:53小坩锅,口径7.4 cm底径3.2 cm高7.7 cm; H3432:140夹粗砂炼缸,底径16.5 cm残高34cm; H3432:80黑陶缸礼器,口径39 cm高40 cm。H184出的遗物:H184:34小坩锅,口径6cm底径2.8cm高9.2cm; H184:2 磨板石,残长26.8 cm.

石家河城南郊肖家屋脊:冶铸设施坍塌后的遗迹(冶金起源之七)

分析H434灰坑的困难之处,在于其下面的炼炉被废弃之后,上面还是可以看到很多与冶炼有关的垃圾堆积。第2层堆积包含灰烬、小型和大型坩锅、炼缸碎片等,报告复原H4342:140炼缸,是典型屈家岭文化晚期石家河文化早期形状。至于第1层堆积,似乎属于人工填土掩埋的结果。换言之,我们推论,灰坑H434的下部埋藏屈家岭、石家河文化交接时期的炉子与坑式冶铸工作坊,而上部成为冶炼垃圾堆积坑

(3)石家河早期冶铸工作坊的年代问题

H434(2)内炭末的测年数据为2887±163cal BCE (BK90142)[xx],相当于石家河文化早期。这时候H434炉子已被废弃,说明其使用时代在公元前2900年之前,是屈家岭、石家河文化交接时期。在H434之北有开口于探方AT1919第2层下的石家河早期的套缸遗迹,因H434开口于该探方第4层之下,而坑内的炉子在屈家岭时代的第5、6层之下打破生土,这表明,H434炉子的使用年代还略早于石家河文化早期。H434第4层发现的小型坩锅都是多次用过的残片,难以复原,应该是因为这些器物是真正用于冶炼之故。这种用小坩埚进行冶炼的方式,是比使用大型炼缸更加原始的一种冶炼方法。实际上,到了石家河时期,小坩锅经常只是被象征性使用[xxi]。因此,出土遗物的状态也可以补证本文关于炉子使用年代的判断。

在H434以西,另有同样开口于探方第4层的H430,形状不规整,用途不明。其炭样测年结果为3085±143cal BC(BK90141)[xxii]。由此可以判断肖家屋脊的屈家岭与石家河文化的交界年代,大概落于公元前3100BC,而且H434埋藏的炉子的年代也大致上属于此时期。那时候虽然已有发明炼缸,但使用情况可能还不普遍性,因此炉内只发现坩锅片。H434炉子废弃之后,第2层堆积中的炼缸还是符合屈家岭晚期的类型。这也能间接指出H434的年代属于屈家岭、石家河文化的交界期。

H42坑式冶炼作坊的下层之灰烬炭末堆积,有两个碳十四测年数据:3126±151BCE(BK89045)和2728±128BCE(BK89037)[xxiii]。数据离散度较高,中值约为公元前2950年。不过合理判断,完善的冶炼工作坊使用时间较长,使用200多年应该不成问题。因此,碳十四的离散度可能不仅代表碳样标本年代差距,也包含炼炉使用时间较久的因素。由此判断实际年代约在公元前3100─2700年间。至于废弃的年代,陶塑品种都是大溪文化以来常见的形状,由于没有发现只有在石家河中期才开始出现的特殊类型,因此考虑废弃年代也属于石家河早期,应该不晚于公元前2800─2700年。换言之,H42使用与废弃的年代只是略晚于H430和H434。

从这些测年数据我们可以大致判断,石家河城冶炼活动逐渐普遍、技术成熟的时代,是公元前第四千纪末至第三千纪初。因此石家河早期地层中大量出土各种形状的小铜片。

(4)长条型熔铜炉

观察邓家湾有发现几个长条形的灰坑遗迹,里面也堆积与冶炼有关的废物。这种长条形状的灰坑,实际上从大溪文化三期的汤家岗、城头山遗址均有出现,屈家岭时期的龙嘴也有发现。到石家河时期发展为底呈斜坡状的长条形的烧坑结构。

肖家屋脊发现二十几个石家河时期长条型的灰坑。如石家河早期H492被H434打破,所以年代应该早于公元前2900,大致可能落在公元前3100-2900年间,长度为2.35m,宽度0.83m,深度0.38m,坑内堆积炼缸片。大约同时期的H300,口部1.53×0.4m,可辨识的深度为0.15m,因为打破关系,完整深度不明,坑内只发现一件炼缸碎片。

石家河中期的灰坑H46,1.86m长,1.2m宽,0.22m深。坑内堆积物中只有炼缸和坩锅。石家河中期的H384位于前文所述含炼铜残迹的H371之西,口大底小,四壁斜弧至底,坑长4.9m,宽0.6~1.5m,西端窄,坑内堆积灰黄色土夹木炭屑,出土陶片很少,只发现夹粗砂厚重炼缸以及小坩锅碎片。同时期位于发掘区正中的H276口较大4.45×1.25 m,但壁非常斜,所以底的尺寸只有2.4×0.79m,深度约0.36m,东端浅,西端深,坑内土灰黑,陶片很少,主要是炼缸和小坩锅陶片。同时期H132位置靠近H184,时代略晚,其开口层位位于H184的开口层位之上,口径长1.8m,宽0.66m,深度0.46m,坑内只发现一件炼缸。

在H384的旁边,时代比其更晚的层位下发现H375,口长2.4m,宽1.05m,可辨识的深度为0.23m,坑内堆积为灰黑色土,夹木炭屑和红烧土块,陶片也很少,陶片主要是炼缸和坩锅。位于发掘区中央偏东,石家河晚期的H242,口大底小,口长2.62m,宽0.45m,四壁斜弧,约向内收10cm,坑内土色灰黑,只发现夹粗砂厚重炼缸以及小坩锅碎片。在H242旁边另有1.66×1.33m灰坑,形状很像圆型炉,里面也只有炼缸的碎片。

长条形的灰坑长短不一,深度均在0.3~0.5m间。这些坑大部分不用来祭祀,堆积物以冶炼工具为主。这种灰坑与幕阜山专业冶炼遗址所见灰沟形状非常相似。有些长条形灰坑里除了冶炼工具之外,也会发现其他陶片,但总体来说陶片不多,且多数属于冶炼工具。

HG13,与H371位置相同,都在AT1805、AT1806、AT1807探方,但层位不同,HG13的层位属于石家河文化晚期或后石家河文化早期,年代早于H371。由于HG13的长度到达14.1m,报告称之为灰沟(ashes trenches),宽度为1.15m,深度0.3m。沟内堆积灰黑色土,夹木炭屑和红烧土块,出土少量的陶片之外,另发现几件铜渣。所以这是有直接证据的冶炼遗迹。

长江中游公元前第二千纪商国盘龙城遗址的“灰烬沟遗迹”,已被确定为熔铜炉的遗迹。这种遗迹的指标包括填满黑灰烬土,炉内包含红烧土、炼缸,炼缸底部有着用来支撑的石块,在陶缸的周围或内部,以及黑灰烬土中,可能包含铜渣,甚至是铜器残片。然而“灰烬沟遗迹”的规模甚大,形如长沟,最长者有30m长,所以被称为“长条型熔铜炉”[xxiv]。肖家屋脊HG13显示,这种“长条型熔铜炉”,其实在比商文明早一千年的石家河时期就已非常成熟发达。

自屈家岭文化晚期开始出现长条型“灰沟”,如在肖家屋脊H434边上比其时代略早的HG31、同时期的HG27和略晚的HG22等“灰沟”的性质一致(图九)。不过,屈家岭晚期、石家河早期“灰沟”的长度只到达3-5m长,而石家河晚期时已可达数十米。这已经是规模化的专业生产。在这种长条形炼炉内,可以摆一、两排炼缸,烧炭及冶炼过程依然在炼缸内发生,但在缸排之上,用烧土块和黏土建构弧顶(废弃及坍塌后见于坑内、坑边的红、灰色的烧土快),以让碳气浓缩,增加还原气氛;同时在小坡度的长条炉里,热气流的抽力助于在停止鼓风后保持稳定高温度,又控制碳气快速流失。这种高温缺氧的环境使氧化铜料全部反应成铜。

肖家屋脊HG13灰沟的形状,颇似吴城文化二期(公元前15-14世纪)冶铸遗迹Z5、Z6、Z7[xxv],堆积炭灰,有铜渣或铜矿,而吴城的冶铸遗迹发现完整的石范。肖家屋脊报告没有记录石范或陶范的发现,但是根据经验,石范碎块经常无法受发掘者注意和认出。实际上石家河遗址出土过石范,包括肖家屋脊、印信台等遗址都有出土(这些遗物将另文专门讨论)。至于陶范,如果不完整,而发掘者以“新石器文化” 的思路进行发掘,就更难引起注意。但是根据我们对发掘出土的碎块陶范资料的分析,长江中游陶范技术早就出现于公元前第四千纪,相关资料拟另文专门讨论。炼缸技术发达以及长条型火炉的出现也足以使我们考虑,当时石家河人已有铸造的技术。

以上所述几种冶铸遗迹中,尺寸较小的圆型竖穴式、长型横穴式的灰坑应该都是陶窑或炼炉;如果发现炼渣或冶炼相关的工具,则很可能是炼炉。尺寸较大的圆型或长型“灰坑”中,如果大量出土与冶炼有关的破碎器物,或许是炼铸工作坊,在坑中摆放炼缸进行冶炼。炼炉或坑式的工坊废弃后,都会变成相关废物的垃圾坑,但除此之外,也会专门安排冶炼废物的堆积坑。最后,石家河遗址还发现长条型的“灰沟”,因为堆积的性质以及铜渣和冶炼工具等遗物的发现,可以评估这也是冶炼遗迹。

在屈家岭、石家河文化的冶炼技术发展过程中,同时使用这几种设施,或许是因为它们各有特定的功能。此外,参考屈家岭时期三种陶窑的结构[xxvi],我们可以发现,屈家岭、石家河炼炉结构与陶窑相当接近。这说明,冶炼与制陶技术互相促进而同时发展。在这种发展的过程中,到了后石家河时期,不仅促使青铜技术趋于稳定成熟,也使制陶技术发展到能够制造出硬陶原始瓷器的阶段。[xxvii]

(未完待续)

注释

[xvi]湖北省荆州博物馆、湖北省文物考古研究所、北京大学考古学系编着,《肖家屋脊:天门石家河考古发掘报告之一》,北京:文物出版社,1999年,第112─113、120─121、144、296页。

【xvii]江西省文物考古研究所、樟树市博物馆编着,《吴城1973—2002年考古发掘报告》,北京:科学出版社,2005年,第84-85页。

[xviii]湖北省荆州博物馆、湖北省文物考古研究所、北京大学考古学系编着,《肖家屋脊:天门石家河考古发掘报告之一》,第112页。

[xix]江西省文物考古研究所、樟树市博物馆编着,《吴城1973—2002年考古发掘报告》,第84-85、422、500页。

[xx]北京大学考古系碳十四实验室,《碳十四年代测定报告(十)》,《文物》,1996年第4期,第92页。

[xxi]郭静云、郭立新、范梓浩主编,《考古侦探》,上册,第391─393页;郭立新、郭静云、范梓浩主编,《时空之旅:文明摇篮追踪》,第184─185页。

[xxii]北京大学考古系碳十四实验室,《碳十四年代测定报告(十)》,第92页。

[xxiii]北京大学考古系碳十四实验室,《碳十四年代测定报告(九)》,《文物》,1994年第4期,第89─95页。

[xxiv]邱诗萤,《浅论盘龙城灰烬沟遗迹》,第32-39页。

[xxv]江西省文物考古研究所、樟树市博物馆,《吴城--1973~2002年发掘报告》,北京:科学出版社,2005年,第86页。

[xxvi]刘辉,《试论随州金鸡岭遗址新石器时代窑址群》,《江汉考古》,2012年第1期,第54-60页。

[xxvii]郭静云,《天神与天地之道》,第227-233页。

[xxviii]石龙过江水库指挥部文物工作队,《湖北京山、天门考古发掘简报》,《考古通讯》1956年第3期,第17-20页。

[xxix]彭小军、郭长江,〈长江中游地区史前陶窑及其与陶器生产初探〉,《南方文物》,2015年第4期,第122-127、151页;刘辉,《试论随州金鸡岭遗址新石器时代窑址群》,第55页。

[xxx]湖北省文物考古研究所、中国社会科学院考古研究所,《湖北石家河罗家柏岭新石器时代遗址》,《考古学报》1994年第2期,第217、228页。

[xxxi]王劲,《石家河新石器时代聚落群的发现、发掘与研究》,《纪念石家河遗址考古60年学术研讨会会议论文集》,2015年,第11、12页。

[xxxii]湖北省文物考古研究所、中国社会科学院考古研究所,《湖北石家河罗家柏岭新石器时代遗址》,《考古学报》1994年第2期,第228页。

[xxxiii]杨权喜,《石家河考古六十年纪念》,《纪念石家河遗址考古60年学术研讨会会议论文集》,第24页。

[xxxiv]郭静云、郭立新,《从石家河玉质礼器看殷商玉器渊源》,《河南大学学报》,2018年第1期,第2-8页。

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