东周时期矿物辨识方法及矿冶技术刍议

易德生

（湖北社科院，湖北 武汉 430077）

东周时期矿物辨识方法及矿冶技术刍议

易德生

（湖北社科院，湖北 武汉 430077）

从先秦文献及湖北铜绿山古矿遗址来看，东周时期对铜矿等矿物有几种主要的辨识方法.同时，东周尤其是战国时期，铜矿等矿物的开采能力，及矿物的冶炼技术比起商和西周时期，有大幅度提高.

东周；矿物；辨识；开采；冶炼；技术

东周（春秋战国）是中国历史上社会巨变时期.东周时期经济、社会及文化空前活跃，社会各阶层对体现身份和财富的青铜器的需求空前高涨；在此背景下，对青铜原料（包括铜、锡及铅等）的需求也随之高涨.因此，如何更好地辨识铜矿等矿物、如何提高矿物的开采量及如何提高矿物的冶炼技术和效率，都成为迫切问题.我们从先秦文献及湖北铜绿山古矿遗址来看，东周时期有长期积累的辨认矿物的方法，

同时，东周尤其是战国时期的铜矿等矿物的开采能力，及矿物的冶炼技术比起商和西周时期，有大幅度提高.

1 东周时期的找矿方法

东周时期的文献对寻找铜矿等矿物的方法做了某些总结，我们对东周时期可能的找矿方法做一归纳，找矿方法大致有下面三种.

1.1 根据矿物的物理特点找矿

矿物的物理特点有颜色、形状、硬度、光泽等等.古人没有很多化学检验知识和各种找矿工具，大多可能是按祖辈传下来的经验，主要依据不同矿物所具有的独特物理特点来找矿.比如对于铜矿，从明清有关矿冶记载的情况来看，其找矿、探矿经验和先秦两汉并没有本质差别，都主要从矿物的颜色、硬度、比重等较为容易把握的物理性状入手，来寻找矿床；如果说明清找矿方法有所提高，主要是体现在对贫矿、富矿或者同一矿物的地质赋存状况有更多认识而已.比如，根据清代吴其濬《滇南矿厂图略》和倪慎枢《采铜炼铜记》中有关于云南铜矿石颜色的记载，比如属于“绿矿”的矿石，根据颜色可分为如“墨绿”、“黄斑绿”、“豆青绿”、“穿花绿”、“‘松绿”、“大亚子”等多种，前三种颜色的矿石含铜量高.

对于炼铜而言，有自然红铜最好，然而，自然界红铜很少，我国古代最主要的冶炼铜矿是孔雀石，它是一种氧化铜矿石，化学分子式为[Cu2CO3（OH）2].这种氧化铜矿石在商周的矿冶或铸铜遗址中总是与木炭、铜渣等同出，这也表明它的确是商周时代最主要的炼铜矿石.

孔雀石从外观、色泽上比较好认.它呈翠绿色，色如孔雀之羽翎，所以叫 “孔雀石”.它也有很强的玻璃或金刚光泽.李时珍《本草纲目》谈到孔雀石的形成原因，“石绿生铜坑中，乃铜之祖气也，铜得紫锡之气而绿，绿久则成石，谓之石绿”，比较正确地指出孔雀石是铜的氧化物的一种，是铜矿的一种次生矿物.大冶铜绿山之所以很早被开发，应与其孔雀石含量大且品位高、比较容易找矿有关.清同治六年《大冶县志·山川志》记载：“铜绿山在县西马叫堡，距城五里，山顶高平，巨石对峙，每骤雨过时，有铜绿如雪花小豆点缀土石之上，故名”.

倪慎枢所著的《采铜炼铜记》记载了云南工匠仍然依靠颜色来寻找孔雀石等氧化铜矿石的方法，该书中说：“（铜矿）充于中而见乎外……谛观山崖石穴之间，有碧如缕或如带，即知其为苗.”“矿脉微露谓之苗，细苗如线谓之引”，“一山有矿（铜矿），千山有引”①.显然，这种如缕如带颜色“碧绿”的“苗”就是“绿石”矿带，也即是包括孔雀石在内的绿色氧化铜物.

1.2 根据指示植物找矿

商周时期可能还有根据矿物指示植物来寻找矿物的方法，这种方法较为简便，应该具有某种普遍性.某些植物由于喜好，吸收矿山中某种高含量的金属元素，而形成矿物指示植物.如唐代的段成式《酉阳杂记》卷16这样记载矿物指示植物：“山有葱，下有银，光隐隐正白.草青赤秀，下有铅；草颈黄秀，下有铜”.铜矿丰富的地表往往生长着一种铜草花，叫“海州香薷”（Elsholtizia hachowensis），即俗称的“铜锈草”或“牙刷草”，这种草也往往是找铜矿的重要指示物.大冶铜绿山矿区、瑞昌铜岭铜矿区及安徽长江沿岸铜矿区都普遍有这种铜草丛生.

1.3 根据矿物的共生性找矿

我国很多金属矿是多金属共生矿.比如江西及湖南有很多锡多金属共生矿，全国各地到处存在铅银及铅锌共生矿等.《管子》与《山海经·五藏山经》都认识到金属矿共生现象，并对某些常见的共生矿现象作了经验总结，这些总结实质上也能够指导人们利用金属共生矿现象去寻找矿产.

《管子·地数篇》云:“凡天下名山五千二百七十，出铜之山,四百六十七山”.“上有丹砂者，下有黄金；上有慈石者，下有铜、金；上有陵石者②，下有铅、锡、赤铜；上有赭者，下有铁，此山之见荣者也”.此篇又云：“桓公问于管子曰：‘请问天财所出？地利所在？’管子对曰：‘山上有赭者，其下有铁；上有铅者，其下有银.一曰：‘上有铅者，其下有鉒银，上有丹砂者，其下有鉒金；上有慈石者，其下有铜金.’此山之见荣者也”.《管子》的成书时代，基本可以认为是在战国时期，但记载的有些史料还较早，《管子》对共生矿现象的记载和对找矿规律的总结，无疑是对长久以来工匠们找矿经验的总结.对于《管子》这些话的正确程度，夏湘容等做了具体分析，认为这些经验是有实践根据的，并大体是存在的③.

《山海经·五藏山经》中，对金、铜、铁、玉等矿产的分布作了较多记载，其中也提到矿物的共生现象.如《山海经·五藏山经》文中总是出现某山“上有玉，则下有铜”，“其阴多铁，其阳多铜”等词句.《山海经·五藏山经》的“中山经”提到“婴侯之山，其上多封石，其下多赤锡”,“服山，其上多封石，其下多赤锡”等④.《山海经》中的这些叙述没有《管子》所总结的更有普遍性，但也反映了古人利用共生矿找矿的意识和行为.

2 矿物开采技术的大幅提高

东周时期开采技术最显著的变化是铁质工具的出现.春秋之前，矿山井巷的开拓主要依靠青铜工具，如铜斧、铜錛等；春秋时期由于青铜工具体形变大，开凿矿体的能力有所提高.春秋战国之际，开凿井巷能力更高的铁质工具开始出现，从而使井巷的开凿能力大幅度提高.据对铜绿山遗址的研究，由于铁质工具如铁斧、铁锤等的运用，竖井的深度比以前加深（常低于地下水位），井巷的断面增大将近一倍，常达110-130cm左右⑤.

随着井巷开采断面的增加和竖井深度增加，如何更好抵抗井巷围岩压力便成为问题.战国时期，又出现了新的抗压性能更高的支护型式.据考察，铜绿山遗址春秋时期竖井出现了Ⅴ式支护，战国时期出现了更方便但更具有抗压性的Ⅵ式支护“密集法搭口式”⑥.这种支护是由四根圆木两端砍削成台阶状搭口，然后搭接成方形框架，层层叠压，堆砌而成⑦.Ⅵ式支护在铜岭遗址战国时期的竖井中，也可看到⑧.这种竖井支护的优点，有学者总结为：便于制作、拆卸、周转使用；能够增加井筒作业断面；抗压性能好⑨.

由于井巷开凿能力提高和井巷深度及断面的增加，相比东周之前的井巷系统，战国时期的地下井巷系统更加复杂，规模更加宏大，往往在很小的范围内，有密集的竖井、斜巷、平巷分布，这些井巷相互连通，高低错落，犹如迷宫，令人惊叹古人高超的采矿能力.

值得注意的是，由于井巷深度和宽度的增加，井巷复杂程度的增加，也促使地下工程系统的其他子系统，如矿料的开采方式、矿井提升、排水、通风及照明系统等，都不同程度地提高了技术含量.铜绿山遗址就鲜明体现了这一点.例如对提升系统而言，战国之前由于井巷浅短，用人工提升矿料，战国时期由于井巷加深，矿料开采量加大，出现了较省力的提升工具——木质辘辘⑩.

3 矿物冶炼炼炉的型式及其所体现的技术进步

东周时期的矿物冶炼炉子保存得较好，从铜绿山古矿遗址和安徽皖南古铜矿遗址所保存的铜矿冶炼炉来看，充分体现了东周时期矿物冶炼技术和效率的大幅度提高.

铜绿山冶炼遗址出土了东周时期的炼炉，共有12座，其中春秋时期10座，战国时期2座.这些竖炉虽然残缺，但有些炉子的样子还大致可以看出，结合古代流传下来的土法炼炉和当今冶炼工艺，学者们已经大致能够复原出来炉子的样式，并能够根据冶炼遗址的矿石，炼渣等遗物用复原的炼炉进行模拟炼铜试验，效果良好，也说明炼炉的复原是成功的⑪，从这些春秋竖炉的型式及模拟冶炼效果来看，这些炉子显然已经是很进步、成熟的炉子，在这之前，应该还有一个发展时期.

从东周时期铜矿炼炉的样式和模拟效果来看，这种冶炼竖炉较以前有很大的进步，并且解决了一些很关键的技术问题，这些问题也是以后矿物炼炉所必须要注意的.根据专家们的研究，这些解决的关键技术问题包括下面几点.一是选用高岭土等较好的耐火材料来修筑炼炉.同时也注意到，炼炉不同部位，所用材料有所差别，以适应不同的温度需要.二是风沟的出现.风沟的出现是炼炉技术上的一个重大发明，它最主要的作用是可在风沟处加温，防止炉缸冻结，以便于炉渣和铜液的排出.三是竖炉由于体积较大，冶炼过程中，需要解决好炉渣和铜液的分离问题，也即需要解决好造渣问题.从古矿遗址排出的大量表面光滑的炉渣来看，造渣及配矿技术是得到较好解决的.四是炉子必须要有较强的通风能力，需要配备鼓风设备.这四个问题在铜绿山竖炉中都得到了较好解决，所以，春秋竖炉是一种较为成熟的冶炼竖炉，也应该是一种较为有代表性的竖炉.

除了铜绿山遗址出土有东周时期的冶炼竖炉外，皖南南陵江木冲冶炼遗址也出土有炼炉9座，其结构和型式与铜绿山竖炉类似⑫.秦汉以后的冶炉（冶铜或冶铁），从最基本的设备上讲与之没有多大质上的差别，最多也就是量方面的差别，比如炉的容积、倾斜角度等等.

注 释：

①倪慎枢.采铜炼铜记.夏湘蓉，等.中国古代矿业开发史.327.

②戴望《管子校正》：“上有陵石者，《御览》地部三引作绿石，珍宝部九引作陵石，与今本同”，见四部备要本《管子》卷23.

③夏湘蓉，等.中国古代矿业开发史.317-331.

④夏湘蓉，等.认为，“封石”大致是块状白色石英，这些话可能是反映了石英脉型锡矿的特点.见氏著：《中国古代矿业开发史》，328.

⑤黄石博物馆.铜绿山古矿冶遗址.文物出版社，1999.189.

⑥⑦⑩黄石博物馆.铜绿山古矿冶遗址.184,20，189-190.

⑧这里被称为“搭口垛盘式”.刘诗中，卢本珊.江西铜岭铜矿遗址的发掘与研究.考古学报，1998，（4）.

⑨韩汝玢，柯俊.中国科学技术史（矿冶卷）.科学出版社，2007.92-93.

⑪中国社会科学院考古研究所铜绿山工作队.湖北铜绿山古铜矿再次发掘——东周炼铜炉的发掘和炼铜模拟试验.考古，1982，（1）.

⑫陈立新.皖南古代铜矿的初步考察与研究.文物研究（第3辑），1989.

TF03

A

1673-260X（2011）12-0169-02