陕西甘泉县阎家沟墓地出土晚商青铜器的科学分析研究

刘 成，吴昊泽，徐兴彬，王奕舒，李延丽，梁 伟

(1.西北大学文化遗产学院，陕西西安 710069；2.甘泉县博物馆，陕西延安 716199)

0 引 言

2005年，陕西甘泉县下寺湾镇阎家沟村在一次施工中发现一座商代墓葬，后经县博物馆工作人员抢救性发掘，共出土包括礼器、兵器、杂器等各类青铜器共计57件，年代均属于殷墟文化三期[1]。

阎家沟商墓位于陕北地区，是迄今为止陕北地区出土青铜器数量最多的商晚时期墓葬，根据墓葬中出土器物形制推断墓主人为李家崖文化先民人群中的高级贵族，其出土青铜器物含有典型北方青铜器的文化因素[2]。墓中出土了多套组合青铜器物，纹饰风格与关中地区出土青铜器具有明显差别[3]。对阎家沟商墓出土青铜器进行科学分析，可为探究晚商时期关中地区与陕北地区之间的文化交流和陕北地区青铜铸造业的发展状况提供重要资料。

1 样品概况

本次进行分析的青铜器共有12件，均出土于阎家沟墓地。器物为抢救性发掘出土，保存状况较差，多数器物均破损严重，表面覆盖有较厚的锈蚀产物和干硬的包裹土。对全部器物进行拍照，并采取样品进行分析测试，样品信息如表1所示。

表1 阎家沟墓地出土青铜器样品信息

2 实验方法

2.1 XRF分析

选用测量仪器为德国布鲁克公司生产的ARTAX-400型X射线荧光光谱仪，测试参数为：50 kV电压，600 μA电流；Anode为Rh，No filter，Optic为Collimator1.000，Air模式；测量时间为200 s；光斑直径为2 mm；选用Cu标准曲线。元素组成的测试部位为样品本体，测量点的表面覆盖物利用物理方法去除，用酒精擦拭干净，自然干燥后，上机测试。测试前使用标准样品对仪器进行校对，成分分析结果进行归一化处理。

2.2 SEM-EDS分析

使用陕西省文保院中德国ZEISS公司生产的型号为EVOMA25的扫描电子显微镜及能谱仪对所选样品进行微区和打点成分分析，测试电压为20 kV，距离约为9 mm。检测前均使用标准样进行校对，各分析结果均为三次以上检测结果平均值。

2.3 金相显微观察

对样品进行镶样、打磨、抛光及浸蚀处理，使用倒置金相显微镜对样品分别进行观察，并拍照。

3 结果讨论

3.1 “无锡高砷”的成分特征

由表2可见，这批青铜器材质主要为红铜、砷青铜和铅砷青铜，几乎不含锡元素，杂质元素含量较少，主要为铁元素。XRF分析结果显示，这批青铜器材质的突出特征为“几乎不含锡元素，且砷元素含量较高”。这一结果具有较高的特异性，为了验证这一结果的准确性，选择两件青铜器样品再进行扫描电镜观察及能谱分析，分别为GQ746和GQ754。GQ746样品XRF测得的铅含量在12件青铜器中相对偏高，GQ754样品XRF测得的铅元素含量在12件青铜器中相对偏低。

表2 阎家沟墓地出土青铜器本体成分分析结果

根据SEM-EDS的分析结果(表3，图1～6)可知，青铜器样品中依然未检测到锡元素，铅元素含量依然很高，砷元素含量相对增高。能谱分析的检验结果说明，XRF的定性检测结果准确，不同仪器的定量分析结果存在差异，但各元素含量的相对特征具有一致性。

表3 阎家沟墓地出土青铜器本体SEM-EDS分析结果

图1 GQ746微区照片

图2 GQ746点1分析照片

图3 GQ746点2分析照片

图4 GQ754微区照片

图5 GQ754点1分析照片

图6 GQ754点2分析照片

3.2 材质判别及简单分类

这12件青铜器主要成分为铜，并含有一定量的铅、铁、砷等元素，且铅、砷元素含量相差较大。12件器物中几乎均不含锡，可能与晚商时期锡矿的开采较少有一定的关系。中国的锡矿分布主要集中于华南区和燕辽区，阎家沟地区对锡料的需求成本较高[4]，从而导致器物中锡含量较少或不含锡。

考虑到仪器分析误差，以3%质量分数[5]的含量为界判断金属材质，12件青铜器中有5件红铜材质，4件铅砷青铜材质，2件砷青铜材质，1件铅青铜材质。

3.3 材质特征及相关问题分析

为了更好地辨识器物的材质特征，对所取样品进行了金相显微观察，结果如表4所示。本次进行金相分析的样品共有12件，均有不同程度的锈蚀。根据观察结果，12件样品的金相均呈现出典型的铸造组织特征：α固溶体树枝晶偏析较为明确；铅含量的较大差异[6]，在金相组织中以不同的形态及分布体现出来；个别样品因砷元素含量相对较高，出现了较多的(α+δ)共析体组织。

表4 阎家沟墓地出土青铜器本体金相组织分析结果

图7 GQ742金相照片

图8 GQ743-1金相照片

图9 GQ745-1金相照

图10 GQ754 金相照片

其中3件青铜鼎(图11)均属于红铜材质的青铜器，3件敞口弦纹青铜簋(图12)均属于铅砷青铜材质的青铜器，说明当时该地区的青铜器铸造可能已经出现了批量生产的模式，工匠可能会根据青铜器用途的不同，使用不同的合金配比，器物类型与材质具有一定的对应关系。

图11 阎家沟墓地出土三件青铜鼎

图12 阎家沟墓地出土三件敞口弦纹青铜簋

值得注意的是，3件青铜鼎其造型和纹饰也不完全相同，编号GQ743-1兽面纹青铜鼎的纹饰更为精美、复杂(图13)，具有典型商晚时期中原青铜器的纹饰风格[7]。考虑到其材质与简化兽面纹青铜鼎的相似性，推测其应为当地铸造的仿制青铜器。

图13 兽面纹青铜鼎纹饰图

编号GQ743-2简化兽面纹青铜鼎(图14)，其材质、铸造工艺与铅砷青铜材质的敞口弦纹青铜簋具有一致性，与红铜材质的青铜鼎具有不同的材质和铸造工艺；编号GQ745-4敞口弦纹青铜簋(图15)，与铅砷青铜材质的敞口弦纹青铜簋在材质、铸造工艺上存在较大差异。这一结果表明，在青铜器铸造的过程中，不同的合金配比与器物类型、用途之间的对应关系并不十分严格。

图14 阎家沟墓地出土简化兽面纹青铜鼎

图15 阎家沟墓地出土敞口弦纹青铜簋

在这12件青铜器中，红铜材质青铜器与铅砷青铜材质青铜器、红铜材质青铜器与砷青铜材质青铜器、砷青铜材质青铜器与铅砷青铜材质青铜器，从分析数据可见，主要元素含量之间的差异均十分明显。

综上所述，阎家沟地区青铜器材质具有较为严格的合金配比体系，但不同种类的青铜器与合金配比成分之间并不一一对应。12件青铜器中类型分类结果与材质分类结果的相互交叉现象，说明这批青铜器在铸造地上具有一定关联性，很可能为同一地点铸造。

3.4 器物材质的文化特征

阎家沟墓葬地处陕北地区，在商周时期这一地区已经呈现出北方少数民族游牧文化与中原地区农耕文化共存的局面[8]，其出土青铜器属于晋陕高原出土青铜器中的“融合式”器类[9]，墓中出土兵器的造型、纹饰与中原文化具有极大差别[10]。过往研究[11]已证明，阎家沟地区受到商文化青铜礼器及先进铸造技术的影响，同时与草原青铜文化也存在密切的交流，最终结合其自身文化特点进行了吸收、改进和发展，并对先周文化产生了深刻影响。

陕西子洲出土青铜器具有与商文化核心区域青铜器相同的合金配比特征，这批青铜器经过SEM-EDS无标样定量分析及手持式XRF定性分析表明，青铜材质均为铜、锡、铅三元合金，主要为锡青铜和铅锡青铜，且铅锡青铜中锡元素含量均远高于铅元素含量。另外，在晋、陕北部的黄河两岸地区，仅陕西清涧、绥德、子长三县已经发现了一百三十余处李家崖文化遗址，两地出土商周青铜器五百余件[12]。其中对陕北地区出土的近二百件商晚时期青铜器进行XRF成分分析，可见其材质主要是铅锡青铜和锡青铜，部分器物中含有一定量的砷元素，与中原青铜器属于相近的合金配比体系[13]。出土青铜器还包括少量的红铜、砷铜及铅青铜。铅青铜材质的青铜器多为兵器，在一定范围内提高青铜器中铅元素的含量可以增加其可塑性和抗腐蚀性能，明显是为了提高兵器的实用性能。

本次进行分析的十二件青铜容器，XRF检测结果显示有多个铅青铜、铅砷青铜，含量最高达到8.15%。这一现象与中原地区青铜器完全不同，与陕北地区出土的其他晚商时期青铜器有一定的相似之处，与欧亚草原文化中青铜器的材质特征也略有相似[14]。通过对比北方系青铜器文化的典型代表夏家店上层文化的青铜器材质[15]，可见其材质特征差异依旧明显。由此可见，此次阎家沟多数青铜器所表现出的无锡含铅高砷的材质特征为其自身的典型特征，不完全属于受中原青铜器与北方青铜器文化的影响所形成，其文化因素并不单纯。

4 结 论

阎家沟墓葬靠近陕北地区与关中地区的交界地带，处于与商文化交流的前沿，地理位置造就了其较为复杂的文化来源。商代青铜礼器及其铸造技术的传入、发展，北方青铜器带有的草原文化影响，不同文化因素相互碰撞、融合，使得阎家沟墓葬出土的青铜器中包括了商代青铜礼器组合、北方青铜器典型纹饰的兵器及晋陕高原特有形制的青铜器。食容器为主，酒器为辅的组合表明该地区与陕北其他地区出土青铜器的商青铜礼器组合不同，具有更为明显的重食倾向。墓葬内也未出土李家崖文化典型陶器，推测出现这一现象的原因主要有以下两点：一是阎家沟地区主要受西周重食传统的影响，商文化的影响相对较弱；二是阎家沟墓葬可能处于李家崖文化的早期发展时期，此时期的李家崖文化农业生产水平仍处于发展阶段。该较大区域自身尚未形成统一的文化传统，各小范围地区内由受到的商文化、草原文化及周文化影响程度的不同，形成不同的文化传统。

综上所述，出土青铜器的材质虽与晚商时期陕北地区的李家崖文化青铜器略有不同，但其本质上仍是属于李家崖文化遗址中的一员，其差异可能来源于当地小范围内的文化传统差异，此现象具有特异性。