基于X射线谱学和操作链分析的煤山遗址出土陶器综合研究

臧雅帆，王 涛，袁广阔

首都师范大学历史学院，北京 100089

引 言

煤山遗址为全国重点文物保护单位，位于河南省汝州市(原为临汝县)北刘庄村的一处中间高四周低的土岗上，东临汝河支流洗耳河(图1)，地理坐标为112.85°E,34.15°N，遗址面积约为20万m2。发现于1958年，其后1970年，1975年，1987年—1988年，1995年和1997年进行了多次发掘，文化堆积包括从新石器时代末期到青铜时代早期阶段，时间为BC2600—1500。发现有房址、灰坑、墓葬、陶窑和水井等重要遗迹。该遗址较为完整的保存了河南地区龙山时代王湾三期文化到二里头文化的发展轨迹[1-3]。

图1 煤山遗址位置图Fig.1 Location map of the Meishan site

王湾三期文化(BC2300—BC1900)是黄河流域新石器时代末期文化，主要分布于河南省中部地区[4]。二里头文化(BC1750—BC1500)主要分布于豫西晋南地区。学界普遍认为，二里头文化的年代、地理位置和文化特点和传说时代的夏朝有关，已经进入文明社会，具有早期国家形态[5]；而王湾三期文化则是其直接的前身[6]。煤山遗址内发现的王湾三期文化和二里头文化的陶器可反映该时期的社会文化、手工业经济和艺术生活等多方面的情况。对煤山遗址陶器进行研究，可深入理解距今4000年前后中原地区社会复杂化进程和国家起源等重大学术问题。

使用能量色散X射线荧光光谱(energy-dispersive X-ray spectroscopy，ED-XRF)技术，同时结合经典的陶器操作链分析方法，对煤山遗址中发现的王湾三期文化和二里头文化时期的陶器进行综合分析和研究，藉此深入了解煤山遗址先民的陶器制作工艺，并希望由此揭示中原地区社会复杂化高度集中的龙山时代向国家形态的二里头文化连续过渡的文化态势。

1 谱学分析

能量色散X射线荧光光谱技术(ED-XRF)是利用X射线激发物质中元素内层电子被激发后，使其产生荧光而进行物质成分分析和化学形态分析[7]。利用ED-XRF技术对陶器进行成分分析的研究论文有许多[8-9]。该技术具有无损、分析速度快、精度高和自动化程度高等优势[10]。运用该技术对陶器进行分析，可以得到陶器的成分，进而推断其制作工艺。

1.1 样品与分析方法

样品选取煤山遗址1995年和1998年发掘出土的王湾三期文化和二里头文化陶器残片共20件，其中，王湾三期文化时期选取11件样品，包括5件夹砂陶质和5件泥质陶质样品，另外选取1件彩绘豆残片样品；二里头文化时期选取9件样品，包括3件夹砂陶质和6件泥质陶质样品。

荧光分析使用北京大学科技考古实验室日本HORIBA公司生产的XGT-7000型能量色散X射线荧光分析仪(ED-XRF)，对样品进行了主量元素分析。仪器测试条件为：激发电流0.059 mA，电压30 kV，X射线入射光斑直径1.2 mm，数据采集时间90 s。

煤山遗址王湾三期文化时期的陶器陶色以灰陶和黑陶为主，另有褐陶和红陶。陶质以夹砂和泥质为主，另外少量夹云母陶器以及绘彩陶。纹饰以篮纹和方格纹为主，主要器型有鼎、罐、盆、鬶和盘等器型，陶胎较厚。二里头文化时期，陶器仍以灰陶为主，黑陶次之。陶质为夹砂陶与泥质陶。绳纹纹饰增多，篮纹和方格纹逐渐减少，陶器胎质加厚，主要器型有鼎、罐、盆、尊和瓮等。

1.2 实验结果

本次实验共分析出12种元素，并以氧化物的形式表现，包括Na2O，MgO，Al2O3，SiO2，P2O5，K2O，CaO，TiO2，MnO，Fe2O3和SO3，HgO等。

在煤山遗址样品的化学组成中，王湾三期样品的SiO2平均含量为63.27%，Al2O3平均含量为16.76%，助熔剂平均含量为19.98%，二里头文化时期样品的SiO2平均含量为66.12%，Al2O3平均含量为16.28%，助熔剂平均含量为17.61%。其基本特征为低铝、低硅、熔剂含量较高，显示出陶土来源均为普通易熔黏土，但两个文化时期的陶土在熔剂的组分上有所不同(表1)。

表1 煤山遗址各阶段及不同陶质的陶器各氧化物含量的平均值和标准差表(%)Table 1 Table of average and standard deviation of oxide content of pottery at different stages and different pottery in Meishan site (%)

二里头文化时期的样品中，SiO2平均含量较王湾三期含量提高了2.85%，Al2O3平均含量较王湾三期降低了0.48%，助熔剂含量较王湾三期降低了2.37%，使得二里头文化时期，烧制陶器的温度需要更高，但二里头文化时期陶器的烧造温度与王湾三期文化的相似，因此二里头文化时期的陶器陶质较王湾三期文化陶器疏松。

此外，王湾三期陶器中发现绘彩陶豆残片T13④:18，通过分析化学组成(表2)，推测红色颜料为朱砂。

图2 煤山遗址陶器遗存Al2O3和SiO2平均百分比图Fig.2 The average percentage of Al2O3 and SiO2 remaining in pottery at the Meishan site

2 陶器操作链分析

陶器操作链分析方法将陶器作为一系列动态技术操作的综合结果，以动态的观点考察陶器的生命过程，包括生产、分配、使用、维修、再利用和废弃环节，其中陶器的生产过程包括原料制备、成型、修整、装饰和烧制等环节。通过对陶器进行操作链分析，可以了解人类对于陶器的制作技术，并由此反映出人类环境、文化和意识形态等内容[11]。

结合煤山遗址材料，通过陶器操作链分析方法，可以进一步讨论王湾三期文化向二里头文化时期发展中，陶器制作工艺所呈现出的文化演进特点。本部分聚焦于陶器的原料制备、成型、修整和装饰等制陶工艺的四个主要阶段。

2.1 原料制备

实验部分的谱学分析结果显示，在陶土原料方面，煤山遗址王湾三期文化时期和二里头文化时期的陶器使用的普通易熔黏土稍有不同。在助熔剂方面，二里头文化时期陶器助熔剂比王湾三期陶器的有所降低。这显示出煤山遗址两个文化时期的原料制备和制作技术均存在差异，并可能因此造成二里头文化时期陶器比王湾三期文化陶器陶质疏松的现象。

2.2 成型

王湾三期文化阶段的陶器一般为轮制方法，小型陶器的成型技术以快轮拉坯方法为主，同时也存在手制成型方法。较大体型的陶器，全部使用手制成型的方法，具体成型方式为利用泥条盘筑方法制作陶器各部分，然后再进行拼接，拼接后利用慢轮对陶器进行修整。此外，也发现有模制技术。

二里头文化时期陶器的成型工艺方法主要为手制方法。包括泥条盘筑方法，还有零星发现的利用手捏成型的方法制作器底。由于二里头文化时期陶器以绳纹为主，且内壁多凹窝，仅可在口沿处发现轮制痕迹。

2.3 整形

王湾三期文化时期陶器的整形工艺包括慢轮修整、敷泥抹平、植物抹平或者工具刮抹方法。这些修整方法一方面可以使质地较粗糙的器物表面光滑，另一方面也可掩盖陶器成型时造成的痕迹，使陶器更加美观。

二里头文化时期利用工具刮抹方法和慢轮修整方法对陶器进行修整。

2.4 装饰

煤山遗址王湾三期文化时期的装饰纹饰主要为篮纹、方格纹和绳纹。单位T16③中，篮纹45.6%、方格纹11.4%、弦纹3.5%，其余为素面陶器。单位T16H15中，篮纹43.7%、弦纹8.4%、方格纹3.6%、绳纹1.2%，其余为素面陶器。篮纹，可分为两型：A型：同向篮纹。B型：交错篮纹。绳纹，可分两型：A型：同向细绳纹。B型：交叉绳纹。方格纹，可分为两型：A型：垂直方格纹。B型：菱形方格纹。此外，还有凹点纹、附加堆纹、凹弦纹、内壁刻槽以及绘彩。

二里头文化时期陶器装饰纹样主要有绳纹、篮纹和附加堆纹。单位T16H13中，装饰绳纹的陶器占总数的36.4%、篮纹22.7%、附加堆纹9.1%、弦纹4.5%、方格纹4.5%，其余为素面陶器。单位T16H2中，装饰绳纹的陶器占总数的36.1%、篮纹20.7%、附加堆纹9.5%、弦纹7.1%、方格纹1.8%，其余为素面陶器。绳纹，可分为同向和交错两型。A型：同向绳纹。施加方式包括拍印和滚压。B型：交错绳纹。另有篮纹、弦纹和指甲纹。

2.5 讨论

结合上述谱学分析和陶器操作链分析，可以看出：

在原料制备方面，煤山遗址王湾三期文化时期和二里头文化时期的陶器使用不同的普通易熔黏土作为原料，后者陶器助熔剂比前者降低。两个阶段的原料制备和技术存在区别，并造成二里头文化时期陶器比王湾三期文化陶器的陶质疏松的现象。

在成型工艺方面，王湾三期文化和二里头文化时期陶器的成型工艺都包括轮制方法和手制方法。王湾三期陶器的成型工艺以轮制方法为主，二里头文化时期的则以手制为主。此外，王湾三期文化时期还发现模制技术。

在整形方面，王湾三期文化和二里头文化时期陶器的整形工艺均包括慢轮修整和工具刮抹方法。其中，王湾三期文化还使用敷泥抹平方法进行修整。

在装饰方面，王湾三期文化时期的纹饰主要为篮纹，另有方格纹、绳纹、凹点纹、附加堆纹、凹弦纹、内壁刻槽以及绘彩等。二里头文化时期纹饰主要为绳纹，另有篮纹、附加堆纹、弦纹和指甲纹等。二里头文化时期，绳纹逐渐取代篮纹成为主要纹饰。

综上，从制陶技术来看，煤山遗址二里头文化时期与王湾三期文化既有区别又有联系。二里头文化时期陶器的原料与王湾三期的相似但助熔剂降低，成型技术中精细的轮制技术减少，整形方式相似，纹饰发生较大改变，由篮纹为主变为以绳纹为主。上述分析显示，二里头文化时期，制陶技术对王湾三期文化时期有所继承，但是成型技术则有所退步，主要纹饰的改变亦反映出人群文化背景的改变。

3 结 论

目前，围绕古代人类文化、经济和社会等问题，如何将科技分析与考古学文化研究进行有机整合以达到交融互通的效果，仍处于探索阶段。本研究对此进行了有益的尝试。初步结果如下：

(1)根据ED-XRF测试结果，煤山遗址王湾三期文化和二里头文化时期的陶器化学组成表现为低铝、低硅、高助熔剂的普通易熔黏土特征，表现出不同文化期在制陶原料的选择上差异不大，具有同源性，暗示虽然文化类型不同，但其对粘土的认识和选择具有高度一致性。

(2)二里头文化时期陶器成分中的助熔剂含量较王湾三期文化时期减少，预示着原材料的改变，导致二里头文化时期的陶器陶质疏松。

(3)从操作链分析结果来看，虽然王湾三期文化出现较早，但其制作工艺却较晚期的二里头文化更先进，结合ED-XRF陶器成分分析结果，从陶器的质地和成型方式上来看，二里头文化时期制陶技术有一定降低，在陶土选择、整形和装饰方面，二里头文化时期既继承了王湾三期文化中的技术，同时又有所变化，形成自己的特色。上述特征体现了中原地区文化演进过程中既连续又摇摆的发展特点。

诚然，考古与科技的融合将是考古学文化研究未来的方向，并且将是长期的过程。本研究结果表明，谱学分析在陶质文物研究领域具有独特优势，如能和考古学自身分析技术有力整合，可望在未来综合研究中具有更大的发展空间。

致谢：本文实验测试分析得到北京大学考古文博学院崔剑锋副教授指导；陶片统计数据由首都师范大学历史学院硕士生赵雅楠同学提供；实验测试得到了首都师范大学历史学院硕士生范潇漫、陈平和袁若晨等同学帮助、遗址位置图由刘云飞同学制作，谨此致谢。衷心感谢两位匿名审稿人的修改意见。