鹿邑太清宫长子口墓出土玉器的材料属性与制作工艺研究

陈建辉 ，胡永庆

(1. 国家文物进出境审核海南管理处，海南海口 570100； 2. 河南省文物考古研究院，河南郑州 450000)

0 引 言

长子口墓位于河南省鹿邑县太清宫镇，是一座西周早期的贵族墓葬。由于该墓保存完整、规模大、随葬品丰富、地域特征明显，受到了学术界广泛关注[1]。长子口墓平面呈“中”字形，出土有数量众多的青铜器、玉器、骨器、蚌器、原始瓷器、陶器等文物精品。其墓葬形制、随葬器物类型及组合特征等方面表明，长子口墓同时包含有商和周两种文化特征，是商末周初的一座大墓[2]。长子口墓主人生活历经商周两朝，其身份是长国之君还是西周早期宋国的开国国君微子启或其弟微仲衍，目前学术界尚存争议[3-4]。长子口墓地的发掘，对商末周初的历史、墓葬形制、器物断代以及古代先民的文化交流等诸多方面都提供了详实的实物资料，具有重要的学术意义和研究价值。本工作为探讨中原地区商末周初玉器的用料传统、制玉工艺、文化交流、原料来源等信息，选取了长子口墓出土的部分典型玉器进行材料属性及制作工艺的科学分析和相关研究。

1 样品信息

本工作选取了长子口墓出土48件典型玉器样品，器形主要包括玦、环、璧、戈、钺、柄形器及各种动物形制的玉佩饰等。典型玉器照片如图1所示，样品简要信息如附录所示。

a～j依次为样品M1：34、M1：71、M1：105、M1：312、M1：316、M1：340、M1：346、M1：364、M1：330和M1：284图1 长子口墓地出土典型玉器样品照片Fig.1 Some typical jade samples excavated from the tomb of Changzikou

2 分析技术

对这批玉器进行原位无损分析，主要采用以下三种技术：

2.1 X射线荧光光谱技术(XRF)

采用美国Thermo Niton手持式能量色散型X射线荧光光谱仪(HXRF)，型号为Niton XL3t 950 GOLDD+series，其主要激发源为微型X射线管，Ag靶，50 kV/200 μA最大值，分析元素范围为Mg～U。配备CamShotTMCCD彩色摄像功能，可以实时记录测试部位的照片。

2.2 拉曼光谱技术(Raman)

实验采用必达泰克光电科技(上海)有限公司的MiniRam微型近红外激光拉曼光谱仪，型号为BTR111-785。设备采用基于“CLEANLAZETM”技术的高纯度785 nm窄线宽激光光源(输出功率大于300 mW)，光谱响应范围在175～3 200 cm-1，其高灵敏度响应范围在175～2 800 cm-1，光谱分辨率为10 cm-1，激光输出功率可在10%～100%之间进行调整。HXRF与便携式拉曼光谱仪联合已经成功应用于广西合浦汉墓出土珠饰的科学研究中[5]。

2.3 光学显微镜技术(OM)

采用基恩士VHX-5000型超景深数码光学显微系统对样品表面进行显微观测。该设备由日本基恩士公司研制，配备有两种型号的光学显微镜头，型号分别为VH-Z20(×20～200)、VH-Z100R(×100～1 000)，可实现20×至1 000×的显微观测。同时，本系统还具有自动对焦、全幅对焦、深度合成、多角度观测、超高分辨率和高清晰度显示、三维合成、实时观测以及三维测量等先进功能。

3 实验结果与讨论

3.1 玉器材质判定

综合HXRF(表1)和Raman光谱分析结果，该批玉器样品的玉料主要包括透闪石-阳起石系列(软玉)、方解石、白云石、白云母、蛇纹石、玛瑙、绿松石等7种矿物类型。需要说明的是，由于HXRF未采用工作曲线法进行定量分析，故其分析结果仅为半定量分析结果，与矿物理论组分含量存在一定误差。

表1 河南省鹿邑太清宫长子口墓出土玉器半定量分析结果Table 1 Semi-quantitative analysis results of the chemical compositions of jade artifacts excavated from the tomb of Changzikou (%)

(续表1)

1) 透闪石-阳起石玉器。该类玉器共有37件，主要组分为MgO、SiO2、CaO，其含量范围分别为9.83%～15.02%、66.01%～77.57%和9.01%～13.36%，次要组分为Al2O3，其含量为0.33%～1.99%，Fe2O3含量皆<2%(样品M1：330的Fe2O3含量为9.34%)。上述化学成分特征与透闪石[Tremolite，化学结构式为Ca2Mg5Si8O22(OH)2]的化学成分理论值(MgO 24.8%，SiO259.16%，CaO 13.8%)相比，SiO2含量偏高，MgO和CaO的含量偏低。上述样品典型拉曼谱图如图2所示。从图2中可以看到Si-Obr-Si的反对称伸缩振动峰(1 063 cm-1)、硅氧四面体链中Si-Obr-Si的完全对称伸缩振动峰(679 cm-1)以及O-H-O基团晶格振动峰(228 cm-1)，属于透闪石-阳起石系列(软玉)矿物[6]。化学成分分析结果与理论值存在一定差异，主要是由于矿物本身的不均匀性和仪器的系统误差造成。

图2 透闪石玉器M1：366的拉曼图谱Fig.2 Raman spectrum of a tremolite-type jade artifact M1：366

2) 方解石型玉器。在本次测试的样品中，3件样品(M1：282、M1：209、M1：74)中CaO的含量达到84.56%～95.61%，它们的拉曼特征振动峰主要分布于285、717、1 091 cm-1，如图3所示，其中1 091 cm-1为(CO3)2-的对称拉伸振动模式，717 cm-1为(CO3)2-的面内弯曲振动[7]，因此该样品属于典型的方解石型玉器。

图3 方解石质玉器M1：282的拉曼图谱Fig.3 Raman spectrum of a calcite-type jade artifact M1：282

尽管M1：212和M1：281两件玉器样品的拉曼图谱(图4)与上文方解石拉曼谱图十分相似，但这两件样品的化学成分与M1：282、M1：209、M1：74存在明显差异。M1：212和M1：281主要成分为MgO(4.55%～16.07%)、CaO(44.91%～66.82%)、SiO2(25.3%～35.3%)，与方解石M1：282、M1：209、M1：74相比，其CaO的含量偏低，而MgO的含量偏高。研究表明，白云石[CaMg(CO3)2]与方解石同属方解石族矿物，其拉曼特征谱具有相似性[7]，但化学成分存在明显差异。综合化学成分和物相结构分析结果，判断M1：212和M1：281材质为白云石。

图4 白云石质玉器M1：212的拉曼图谱Fig.4 Raman spectrum of a dolomite-type jade artifact M1：212

3) 白云母型玉器。样品M1：286和M1：348的化学成分较为接近，主要组分为SiO2(59.85%～61.83%)、Al2O3(27.68%～28.80%)，K2O(8.72%～9.74%)，Fe2O3(0.40%～2.29%)，这与白云母{KAl2[Si3AlO10](OH，F)2}的主要化学成分SiO2(44%～50%)、Al2O3(20%～33%)、K2O(9%～10%)、Fe2O3(2%～6%)比较一致。主要拉曼特征峰(图5)分布在267、407、700 cm-1，低波数的振动峰是由SiO6八面体内部振动引起，407 cm-1是由OH振动和Si-O振动叠加后产生，而700 cm-1则是由Si-O-Si振动引起的，与文献中报道的云母的特征峰相一致[8]。

图5 玉器M1：286的拉曼图谱Fig.5 Raman spectrum of jade artifact M1：286

4) 蛇纹石型玉器。龙凤佩玉器M1：340中含有较高的MgO和SiO2，分别为22.87%和73.80%。其拉曼特征峰主要位于235、378、687、1 046 cm-1附近(图6)，其中235 cm-1附近为O-H-O基团引起的振动，378 cm-1附近为SiO4的对称ν5(e)振动，687 cm-1附近为Si-Ob-Si对称拉伸振动，1 046 cm-1为Si-Ob-Si反对称拉伸振动[9]。由于在1 046 cm-1出现了特征峰，且在378 cm-1附近没有观测到由SiO4弯曲振动产生的拉曼特征峰，通过拉曼光谱进一步确认这件样品为叶蛇纹石型玉器。

图6 蛇纹石玉器M1：340的拉曼图谱Fig.6 Raman spectrum of a serpentine-type jade artifact M1：340

5) 石英质玉器。该类玉器仅1件玉玦M1：34，主要化学成分为SiO2(98.97%)，其拉曼光谱(图7)的分布情况(132、214、468 cm-1)，468 cm-1由Si-O弯曲振动引起，214 cm-1由SiO4的旋转振动引起。由于显晶质石英和隐晶质石英(水晶、玛瑙、玉髓)的拉曼光谱非常相似，根据文献[10]，显晶质石英在500 cm-1附近没有弱振动峰出现，水晶在509 cm-1附近有一个弱峰，而玉髓和玛瑙的这个弱峰则通常在501 cm-1附近出现。这个小振动峰是由斜硅石(moganite，属于单斜晶石英组)石英中Si-O对称弯曲振动引起[11]。由于便携式拉曼信号强度较弱，501 cm-1附近拉曼特征峰并不明显。结合器物外观特征，确定该玉器为玛瑙，而不是水晶。

图7 玉器M1：34的拉曼图谱Fig.7 Raman spectrum of jade artifact M1：34

6) 绿松石型玉器。该类玉器包括M1：69和M1：70两件，以及M1：304中间镶嵌部分。其拉曼特征峰主要出现于422、1 042 cm-1(图8)，分别归属于磷酸根基团(PO4)3-的伸缩振动和弯曲振动[12]。该类样品中含有较高的Al2O3(35.47%～44.69%)、SiO2(15.02%～17.35%)和P2O5(19.48%～26.32%)，与绿松石[CuAl6(PO4)4(OH)8·5H2O]的理论化学成分较为接近[13]。M1：304中间镶嵌部分化学成分析结果中MgO含量较高，表明透闪石基体对测试结果产生了影响。

图8 M1：304镶嵌绿松石拉曼图谱Fig.8 Raman spectrum of the turquoise-type mosaic of a jade artifact M1：304

表2对所分析的长子口墓出土玉器材质矿物类型及数量进行了归纳总结。从中可以看出，透闪石-阳起石型系列(软玉)玉器在西周早、中期的数量最多，其他矿物类型的玉器数量较少，由此可推断该时期这一区域的主流玉器已经逐渐过渡到透闪石-阳起石型系列(软玉)玉器，表明商代以后透闪石-阳起石型玉器在中原地区大量出现，并成为随葬玉器的主流[14-16]。

表2 长子口墓地不同材质玉器数量统计Table 2 Statistical information of the jade artifacts of different mineral types excavated from the tomb of Changzikou

3.2 玉器制作工艺微痕特征

长子口墓出土仪仗类玉器以兵器为主，包括刀、戈、箭镞等，器形规整，表面纹饰简明流畅，是制作最为精美的一类。仪仗器表面纹饰较为简单，以直线阴刻纹为主。玉刀样品M1：330表面阴刻纹饰的显微形貌特征(图9a、9b)表明，M1：330样品表面的短直阴刻纹饰在宽度和深度上呈现出渐缩趋势。纹饰宽度最大值约为1.35 mm，说明砣具宽度在1.35 mm左右。纹饰底部存在明显的“平行线”摩擦痕，纹饰横截面轮廓为“U”形，且底部光滑。玉戈样品M1：284表面长直阴刻纹饰的显微图像(图9c)中可以观察到纹饰内部明显的“平行线”状摩擦痕，纹饰宽度较为一致，变化范围在1 254～1 313 μm，平均值为1 285 μm，表明砣具厚度在1.28 mm左右。阴刻纹饰轮廓亦呈现“U”形，且纹饰内部光滑。上述微痕特征与文献[17]中砣具砣刻微痕特征相符，表明此类纹饰是利用快速运动的砣具在玉器表面进行砣刻而成。

a和b为样品M1：330； c为样品M1：284图9 阴刻直线纹饰显微形貌及截面轮廓Fig.9 Micro-morphology and cross-section profile of shaded line patterns

装饰类玉器是本次所分析数量最多的一类器形，包括鹿、鸟、兔、龙、凤等形状的佩饰等，也主要以阴刻纹饰为主。图10给出了几件典型装饰类玉器直线阴刻纹饰的微观特征。从图中可以观察到符合砣具砣刻的工艺特征，如阴刻纹饰内部“平行线”状摩擦痕，截面“U”形轮廓。长直纹饰处纹饰宽度的一致性，以及短直纹饰宽度的渐变性。需要注意的是，利用砣具砣刻出的纹饰的“U”截面轮廓，并不具有较好的对称性，如图10b所示。在高度不一致的表面，此种不对称性会更加突出，容易与西周时期的“一面坡”工艺相互混淆[18]。由于砣具砣刻只能制作直线阴刻纹饰，在砣刻弯曲纹饰时，需要利用多次连续地改变砣刻角度制作短直纹饰形成曲线纹饰。由于工匠的熟练程度、玉料材质属性、砣具硬度等客观因素的影响，不可避免地会在曲线纹饰周围形成放射状不规则歧出杂纹，如图11a所示。尽管有研究表明，利用手持片状工具加工圆弧形表面时，也可形成两端尖浅、中间深宽的形状[1]，但在平整表面形成对称性较好的两端尖浅、中间深宽的阴刻纹饰(图11b)，只能是采用砣具砣刻而成。纹饰宽度表明砣具厚度在0.77 mm左右。

a为样品M1：70； b为样品M1：312图10 长子口墓地出土装饰类玉器阴刻纹饰及其截面轮廓Fig.10 Micro-morphology and cross-section profile of shaded straight line patterns

a为样品M1：364； b为样品M1：105图11 砣刻工艺其他特征Fig.11 Other features of the engraving process

本次所分析长子口墓出土玉器的穿孔形状主要有两种类型，分别是喇叭形和圆柱形。喇叭形穿孔孔径由表面向内部逐渐缩小，穿孔内壁呈现为喇叭形(图12)。装饰类玉器通常具有多个穿孔，且穿孔大小不一，穿孔直径从1 mm至6 mm，多数穿孔直径集中在2～4 mm。此类片形饰厚度较薄，以单面钻孔为主。此种类型穿孔主要利用桯钻结合解玉砂工艺进行钻孔[19]。圆柱形穿孔内壁渐缩性没有第一类明显，相对来说，较为陡直，孔道形状近似圆柱形(图13)。此种类型穿孔应该以管钻工艺为主[20]。圆柱型穿孔主要发现于仪仗类器物，同时还包括1件柄形器(M1：81)。对仪仗器M1：284、M1：330和柄形器M1：81穿孔直径进行测量，分别为11.35 mm、8.17 mm和10.25 mm。圆柱形型穿孔直径明显大于喇叭形穿孔孔径，且内壁较为光滑。

a为样品M1：338； b为样品M1：364图12 喇叭形穿孔形状Fig.12 Shape of taper perforation

a为样品M1：284； b为样品M1：81图13 圆柱形穿孔及其硅胶覆膜显微形貌Fig.13 Micro-morphology of cylindrical perforation and silica gel models of the perforation

尽管长子口墓出土了多种不同功能用途的玉器，但每种类型的玉器均具有较高的抛光度(图14)。由图14可以看出，玉器表面存在着细密的打磨抛光痕迹。值得注意的是，在仪仗器(M1：330，图14c)、装饰类玉器(M1：290，图14b；M1：364，图14d)及柄形器(M1：81，图14a)等不同类型的玉器表面均发现了较为细密且有序的打磨抛光痕，表明了不同类型的玉器均采用了相似的打磨抛光工艺，而且抛光程度较高。但由于玉器材质、埋藏环境等客观因素造成玉器表面不同程度的风化，少数样品表面较为粗糙不平，不容易观察到打磨抛光微痕。

3.3 玉器材质-器形-功能-工艺之间的关系

长子口墓出土玉器，依据其功能用途可大致分为仪仗器、礼器、装饰品、工具及生活用具四类。

仪仗器的器形主要有刀、戈、钺、箭镞等，均以武器为主，整体造型十分规整。材质主要以透闪石类矿物为主，少量为方解石、白云石、云母等矿物。仪仗器表面纹饰以阴刻直线纹饰为主，利用砣具砣刻而成。个别样品有利用桯钻制作的圆形凹陷作为装饰纹饰。穿孔主要是利用管钻工艺制作而成，孔径相对较大。

礼器的器形则主要以簋、璧、琮、柄形器等为主，表面通常为素面，没有任何纹饰。柄形器表面纹饰较少，仅个别样品有穿孔，如M1：81。材质同样以透闪石为主，少量为玛瑙(M1：34，玛瑙玦)、方解石和白云石。礼器类样品穿孔以桯钻为主，相对较大的孔径则可能采用管钻工艺，如璧、琮的内部大孔。

装饰类玉器以动物造型以及玦、环、璜为主，材质以透闪石为主，少量为绿松石、蛇纹石等。此类玉器表面纹饰仍以阴刻纹饰为主，纹饰线条流畅简洁，采用了砣具砣刻。器物表面有数量较多的穿孔，体积较小，采用桯钻钻孔。

表3对长子口墓地出土玉器功能、材质、阴刻工艺和钻孔工艺等进行了总结。由表3可知，长子口墓出土玉器材质以透闪石矿物为主，同时还有绿松石、蛇纹石、方解石、玛瑙等其他矿物类型。阴刻纹饰主要采用砣具砣刻。仪仗器穿孔以管钻工艺为主，而装饰类玉器则以桯钻工艺为主。这可能是由于器物实际使用功能所导致。装饰类玉器主要为佩饰，用细线系于服饰，或串成串饰佩戴于人身，穿孔无需太大。仪仗器则需要利用粗绳进行固定，因而穿孔孔径较大。管钻工艺还应用于大孔径的穿孔制作，如玦、璧、琮、环等的内部孔径制作。

a～d依次为样品M1：81、M1：290、M1：330和M1：364图14 玉器表面抛光微痕显微图像Fig.14 Photomicrographs of surface polishing of jade artifacts

表3 长子口墓地出土部分典型玉器材质-器形-功能-工艺关系信息表Table 3 Relationships between material， shape， function and making techniques of typical jade artifacts excavated from the tomb of Changzikou

4 结 论

河南西周早期鹿邑太清宫长子口墓出土玉器材质矿物种类主要包括透闪石-阳起石系列(软玉)37件、方解石类玉器3件、白云石类玉器2件、白云母类玉器2件、蛇纹石类玉器1件、玛瑙类玉器1件和绿松石类2件。阴刻纹饰主要采用了砣具砣刻，砣具厚度(0.76～1.50 mm)并不一致。钻孔工艺有桯钻和管钻两种。桯钻通常用于孔径相对较小的钻孔，以及仪仗器表面的圆形装饰，管钻通常用于孔径相对较大的穿孔，常见于仪仗器、礼器等类型。仪仗器、礼器、装饰类器物及柄形器均以透闪石-阳起石类型矿物为主。除了礼器璧、琮和装饰类玉器玦、环、璜等为素面外，其他各类型玉器均以砣具砣刻进行阴刻纹饰制作。研究结果表明，在殷商晚期至西周早期的时间段内，透闪石-阳起石型玉器已经在中原地区大量出现，并成为高等级墓葬随葬玉器的主流。砣具砣刻工艺已经较为成熟，管钻及桯钻工艺兼用。