郑州地区商代建筑夯土材料的科技分析与研究——以郑州商城和郑州小双桥遗址为例

谷天旸,杨雪钦,师东辉,杨树刚,马玉鹏,郑晓旭,吴金旭,张玉修,宋国定

[1.中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所),北京 100044;2.中国科学院大学人文学院考古学与人类学系,北京 100049;3.北京科技大学科技史与文化遗产研究院,北京 100083;4.河南省文物考古研究院,河南郑州 450000;5.郑州商都遗址博物院,河南郑州 450000;6.郑州市管城回族区文化旅游体育局,河南郑州 450000;7.中国科学院大学地球与行星科学学院,北京 100049;8.北京联合大学考古研究院,北京 100191]

0 引 言

夯土是一种独具特色的建筑材料。作为中国传统土木建筑技术体系的重要内容,夯土技术的起源与发展历史悠久。西安半坡遗址[1]、郑州西山遗址[2]等考古发现表明,早在仰韶文化时期的先民就已初步掌握夯土技术[3]。时至今日,夯土虽已不再作为主要的建筑材料,但仍在一些特定的建筑类型中有所应用。

商代都邑性遗址夯土建筑的研究成果丰硕[4-9],但侧重于对发掘资料和历史文献的梳理,多关注建筑的形制、布局、性质与复原等方面[10-12],在建筑技术和材料分析等方面还不够深入。目前国内外学者利用科技手段,从物理性质、粒度、矿物成分、微结构、物料来源和胶结材料使用等方面开展了相应研究,极大地丰富了对古代夯土类建筑的认识[13-18]。结合新近发掘资料的刊布,商代夯土建筑技术方面的研究(尤其是科技手段的应用)前景广阔。

郑州商城位于河南省郑州市老城区内,学界普遍认为是早商时期的中心都邑,很可能是商汤所居“亳都”之所在。郑州商城具备明显的“内城外郭”城市规划,内城发现有宫殿区和宗庙祭祀区,内城和外郭城之间分布有居民区、手工业作坊区、墓葬区、青铜器窖藏坑等重要文化遗存,基本反映了早商城市发展的最高水平。从考古发掘所解剖的墙体结构来看,郑州商城城墙为版筑夯土,修筑程序多为先挖基槽,再从底部向上分层夯筑墙体及护坡,宫殿建筑基址也可以分为基础处理、夯筑台基、设置磉墩、置础、立柱、砌墙、覆盖屋顶等程序[19-20]。

郑州小双桥遗址位于郑州市石佛乡小双桥村西南部,东南距郑州商城约20 km。遗址规模大,规格高,堆积年代集中于郑州白家庄期,繁荣期与郑州商城前后衔接,应是商代中期的都城遗址,即商王仲丁所迁之“隞都”。遗址东北部发现八座大型夯土建筑基址和两眼夯土水井,其中被当地称为“周勃墓”的商代夯土台基保存完好,现存堆积高出地面十余米[21]。台基顶部发现了大量商代建筑遗迹,根据夯土和木骨柱网结构推断可能为一处三层台阶型并逐层内收的夯筑高台建筑。它是迄今发现年代最早、规模最大、结构最复杂且保存完好,具有特殊功能的商代祭祀遗迹。

郑州商城、郑州小双桥遗址是商代早、中期重要的都邑性遗址,在商代城市文明发展历程中占据重要地位。对上述两处遗址的商代建筑开展夯土材料和建筑技术的科学分析,有助于探讨夯土建筑的工艺、性质和功用,进而丰富对商代都邑整体布局和文化性质的认识。

1 样品和方法

1.1 样品采集

为全面了解商代不同类型建筑夯土材料的特征、性质和建筑工艺,先后从郑州商城和郑州小双桥遗址采集了商代城墙、高台基址、建筑基础和水井等不同种类的夯土样品18件,战国城墙夯土样品1件,对照样品1件(表1)。

表1 样品信息表

1.2 研究方法

选取方位信息完整、保存状态较好的原状夯土样品进行注胶,制备可用于岩相和微形态分析的多功能薄片,通过偏光显微镜、拉曼光谱进一步分析。采集的脱层夯土样品取整块或研磨成粉末,运用烧失量等方法进行成分分析和数据解读;测量密度、磁化率等以了解夯土的物理性质,从而把握夯土材料的性质和结构。

原状夯土在60℃下干燥12 h后用环氧树脂浸渍,充分固结样品块。胶注固定后进行切割、研磨和表面抛光,将原状夯土样品磨制成9 cm×6 cm×3 μm的多功能薄片,利用麦特微SD 3000A扫描电子显微镜和徕卡DM4P偏光显微镜在单偏光镜(PPL)和正交偏光镜(XPL)下开展观察描述。使用激光共聚焦拉曼光谱仪(HORIBA,LABRAM HR Evolution)检测夯土主要矿物成分的物相,激光波长为532 nm。样品碎屑通过导电胶粘贴在低真空样品仓内,通过扫描电子显微镜(Phenom Pro X)进行微观形貌分析。

物性参数参照GB/T 50123—2019《土工试验方法标准》[22]设计试验,密度测定采用蜡封法,含水率测定采用烘干法。采用AGICO MFK2型磁化率仪,分别在低频(976 Hz)和高频(15 616 Hz)下进行测定。粒度分析使用欧美克Topsizer Plus激光粒度分析仪。使用孟塞尔色卡和色度仪综合评估夯土样品的土色差别,测量时保持土样略微潮湿并避免阳光直射。在马弗炉中加热样品至200℃、550℃、950℃,称量计算相应的质量损失。上述试验数据经三次平行测定取算数平均值。

2 试验结果

基于前述试验方案,采取土壤微形态分析、拉曼光谱分析、粒度分析、磁化率测定等方法来获知夯土样品的主要矿物成分和物料来源;通过显微观察、烧失量和碘-淀粉显色试验等来考察夯土中有无添加各类掺合料;并基于色度、密度等数据的变化探究夯筑行为对土壤的改造现象。

2.1 显微观察与微形态分析

微形态方法可以在不同尺度下观察和描述未经扰动的原状夯土,识别样品的微观构造和矿物成分[23-26],从土壤基本成分、粗粒质(矿物颗粒、岩石碎屑、人为产物)、细粒质(黏土和细矿物)、土壤垒结、土壤形成物和土壤微结构等角度进行分类描述,分析各类遗存的特征及其所反映的人类活动特点[27]。

对两处遗址采集的夯土样品磨制共计14块薄片开展土壤微形态观察,初步认识并归纳了郑州地区商代和战国时期原状夯土的微形态特征。

郑州商城遗址夯土的微形态特征：主要由细砂、粉砂级颗粒构成,为细粉砂状结构,颗粒间接触紧密,呈棱角-次棱角状,分选较差,显示沉积物经过短距离的搬运磨蚀,碎屑颗粒包含石英、长石、岩屑、角闪石等,石英长轴趋于定向,黏土含量较低(体积分数5%～6%),分布均匀。局部发现有呈暗红色的氧化铁浸染的黏粒胶膜(图1a)及斑块状分布的方解石生成物充填。观察到平行于夯层的较粗砂砾层(图1b),上下层次颗粒大小存在明显差别,且夯土和生土界面处存在经强烈压实作用而产生的裂隙(图1c)。

(a)铁质浸染黏粒胶膜(ZZSC006,XPL);(b)平行于夯层的较粗砂砾层(ZZSC002,XPL);(c)夯土与生土的界面(ZZSC006,PPL); (d)碳酸盐岩砾石(左侧)与夯土的接触面(ZXZ005,XPL);(e)生土的微形态特征(ZZSC006,XPL);(f)粉砂岩岩屑(ZZSC008,PPL); (g)炭化植物碎片(ZZSC008,PPL);(h)软体动物贝壳(ZZSC008,XPL);特殊界面、特征结构如虚线标示

小双桥遗址夯土的微形态特征：含少量极细砂的粉砂状结构,颗粒呈次棱角状,分选中等,碎屑颗粒主要为石英、长石、方解石、玉髓及少量云母。发现有呈暗红色的氧化铁浸染的黏粒胶膜等土壤生成物。

战国城墙夯土的微形态特征：中细砂状结构,颗粒粒径相对较粗,分选差,黏土含量较低(体积分数5%～6%)。碎屑颗粒包含长石、玉髓、岩屑等,非定向排列,混杂有炭化植物碎片(图1g)、淡水双壳类的软体动物贝壳(图1h)等包含物。

对照样品的微形态特征：细粉砂状结构,颗粒较粗,分选中等,碎屑颗粒主要由石英、长石、岩屑及少量云母组成,颗粒间接触紧密,黏土含量低(体积分数3%),分布均匀。

通过观察薄片扫描显微图像并结合样品的微形态特征,可以识别到夯土的层次性,夯层之间的土质土色也存在明显不同。

郑州商城城墙和建筑基础部位的夯土颗粒基本呈水平定向排列,夯层内部和夯层间在土色、粒径等方面存在明显差异,夯层间夹杂灰白色薄层砂砾,据此可识别夯土堆积序列的不同层位。ZZSC002城墙夯土呈浅黄褐色,局部夹杂棕色或灰白色斑块状分布的土壤团聚体,颗粒排列规律、层次分明、粗细有致,在每个8～12 cm左右的夯层之内仍可划多个层次,单层2～4 cm不等,夯层之间存在夹杂颗粒较粗的薄层沙砾的现象(图2a)。ZZSC006建筑基础部位可见夯土与生土边界清晰,界面处分布少量黑褐色有机物质,夯土部分较生土粒径略粗,夯层内可明显分为上下两层(下层土色较浅、斑驳杂乱;上层土色较深、均一),深色层之上为较薄的一层灰白色砂砾,其上继续夯筑另一个夯层(图2b)。

各组图中左侧为夯土样品微形态薄片的扫描照片,右侧为基于扫描图像和微形态特征所绘制的示意图

小双桥遗址“周勃墓”高台形基址夯土中的颗粒粒度减小,分选性提高,包含物的种类和数量显著减少,其原料应该经过有目的性的选择或处理。局部土体破碎,孔隙变窄,呈现斑块状结构,可能为强烈压实、受力不均导致的特征结构。土壤颗粒呈现出与夯层方向相关的弧状定向排列,可能与夯筑行为有关(图2c)。ZXZ005建筑夯土样品不规则孔隙面积较大,彼此连通性差,呈现非定向-弱定向排列特征,粉砂颗粒间镶嵌发育5 cm×2 cm大小的碳酸盐岩砾石及破碎的陶片等文化遗物,可能反映了台基外侧夯土建筑倒塌后原地堆积的现象,而非建筑夯筑时的原始状态(图2d)。

与商代夯土相比,战国城墙夯土土色杂乱、颗粒较粗,存在软体动物贝壳和炭化植物碎片等多种包含物,可能是没有对原料进行仔细遴选,其制作工艺相对粗糙(图2e)。

2.2 拉曼光谱与扫描电子显微镜-能谱分析

在夯土薄片上选取多个点位对进行拉曼光谱分析,获得不同矿物的测试数据,通过与RRUFF数据库[Database of Raman spectroscopy,X-ray diffraction and chemistry of minerals (rruff.info)]对比,在样品中识别出了石英、方解石、钠长石等矿物碎屑[28],进一步验证并细化了显微镜鉴定结果：样品ZZSC002中识别到354、463、638、1 000、1 112、1 186 cm-1等处的特征峰,与石英的拉曼光谱特征基本一致;样品ZZSC005中识别到464、1 085 cm-1的特征峰,与方解石的拉曼光谱特征相似;样品ZZSC006中识别到479、507 cm-1两处特征峰,与钠长石的拉曼位移相符(图3a)。不过,由于拉曼光谱更适用于单一矿物的鉴定,在夯土材料分析中的适用性表现较为一般。

图3 夯土样品的拉曼光谱图(a)与扫描电子显微镜图像-能谱图(b)

在扫描电子显微镜(SEM)下观察夯土微观结构发现,样品由不同粒级的颗粒组成,排列紧密,细密的黏土充填了较粗颗粒之间的孔隙。使用能谱仪(EDS)进行点扫描,发现O、Si和Al元素的特征峰明显,Fe、Mg等元素也存在微弱的特征峰,说明夯土的主要矿物成分为铝硅酸盐矿物,局部可能为含有铁、镁元素的黏土矿物(图3b)。

2.3 粒度分析

黏土含量和粒度分布对夯土原材料的可塑性有重要影响。使用激光粒度仪对样品进行粒度分析,并根据土壤力学中通常采用的伍登-温德华划分标准进行粒径分级评估,该标准以毫米为单位、2为底数,以2的n次方向两端扩展,形成一个以1为基数、2为公比数的等比级数数列[29-30]。夯土样品主要为细砂-粉砂级(图4a)。在粒度分析的基础上对各组样品的土壤质地进行分类。结果显示,郑州商城城墙夯土质地为粉砂质壤土,小双桥遗址夯土介于粉砂质壤土和粉砂土之间,而战国城墙夯土质地为砂壤土(图4b)。

图4 夯土的粒径分布和土壤质地

级配指标不均匀系数(Cu)是反映组成土的颗粒均匀程度的一个指标,为限制粒径(d60)与有效粒径(d10)的比值(Cu=d60/d10),越接近于1表明土越均匀。通常Cu>10说明土壤颗粒级配良好,Cu<5时则属于匀粒土,级配不良。郑州商城和小双桥遗址商代及战国时期夯土的颗粒级配良好(8.74～17.80),且颗粒组成与文化层土壤接近,说明在建造时使用的是天然土壤。

2.4 磁化率分析

磁化率强度能够反映岩石和土壤形成时期的地质环境,因此被广泛用于分析土壤、陶器和石器等材料的同质性和来源[31]。郑州商城和小双桥遗址的7组夯土样品和1份对照样品的测试结果表明,各类型夯土样品的低频磁化率在8.061×10-7～1.051×10-6之间,高频磁化率在7.463×10-7～9.636×10-7之间,数值基本相近。小双桥遗址商代文化层对照样品(ZXZ011)的低、高频磁化率分别为1.086×10-6和1.225×10-6,基本与夯土样品相近(图5)。

图5 夯土磁化率柱状图

2.5 烧失量分析

通过分析夯土样品和对照样品的烧失量值,可以了解水、有机质和碳酸盐成分相对含量的差异。25～200℃范围内的重量损失基本是由夯土脱水造成的;200～550℃范围内的质量损失通常与水合化合物(如黏土矿物、有机质等)有关;550～950℃之间的重量损失与碳酸钙分解生成的二氧化碳相对应,由此可以测定样品中的CaCO3含量(表2)。碳酸钙含量的计算参照Borsoi等[32]的方法,公式表达为：

表2 夯土样品在不同温度的质量损失

P(CaCO3)=[P(CO2)×M(CaCO3)]/M(CO2)(1)

式中：P(CO2)为样品在550～950℃时的质量损失(即碳酸钙的脱羧反应);M(CaCO3)、M(CO2)分别为方解石和二氧化碳的摩尔质量。

根据样品的质量损失计算得知：商代夯土的含水率在0.68%(ZZSC003)至2.14%(ZXZ008)之间,“周勃墓”台基夯土的含水率相对较高,可能与样品的保存状况有关;有机质平均含量较低,约为3.5%;碳酸钙含量较少,在0.13%～0.45%之间。

2.6 色度分析

孟赛尔(Munsell)颜色系统是一种科学识别和匹配颜色的方法,由色相H、明度V和纯度C三个概念组成,标定方法是：HV/C。通过与孟塞尔色卡进行比较,夯土样品的土色呈现显著的棕褐色调,主要包括灰褐色、棕色和浅棕色。各类型夯土与对照样品存在一定色差,郑州商城城墙和夯土基础主要呈现为棕色或灰棕色。而小双桥遗址“周勃墓”台基外建筑夯土(ZXZ005)的土色明显较浅,肉眼观察为发白的棕褐色,与“周勃墓”台基本体夯土呈现出的深棕或灰棕色有明显差异。

色度仪测量后得到以下数值,其中L*代表亮度,a*代表红绿值,b*代表黄蓝值。根据式2,以两组夯土的平均色度为参考分别求得样品的综合色差值(ΔE),用以定量评估夯土样品之间的颜色变化。

该值越大,颜色差异越大。分析结果表明,不同遗址的夯土样品土色存在一定差异：塔湾夯土基础(ZZSC006)和小双桥“周勃墓”台基夯土(ZXZ006)亮度较高,颜色较深;“周勃墓”台基(ZXZ007)样品色差最为明显;对照样品(ZXZ011)的色差最小(表3)。

表3 土壤色度分析

2.7 其他试验方法

运用蜡封法在水中测定了各类型夯土块体的天然密度,并通过样品含水量求得干密度(表4)。除“周勃墓”台基外建筑(ZXZ005)之外,所有夯土样品的密度均显著高于商代文化层对照样品(ZXZ011)：郑州商城塔湾夯土基础(ZZSC005、ZZSC006)的密度最大,为1.92 g/cm3;“周勃墓”台基夯土(ZXZ006、ZXZ008)密度同样较大,为1.77～1.78 g/cm3,由于取样位置受到一定的虫蛀侵害,其原始密度应该更大。

表4 夯土天然密度和干密度

使用体视显微镜对夯土中夹杂的植物根系进行观察和拍照记录。观察发现,其中大部分为草本植物的根系,多顺着土壤的缝隙生长,形态舒展,与土壤颗粒结合不甚紧密,未发现有挤压、弯折的痕迹,推测是后期植物生长所致(图6)。

图6 夯土中夹杂的植物根系(ZZSC007)

使用碘-碘化钾试剂对夯土样品开展了碘-淀粉显色试验,未发现商代及战国时期夯土有添加糯米浆等成分的现象。

3 讨 论

3.1 郑州地区商代夯土的结构和组分

显微鉴定认为,郑州商城和小双桥遗址夯土的颗粒较细,分选、磨圆中等,颗粒成分主要为石英、长石,以及少量云母、角闪石、玉髓和岩屑等,较粗碎屑的长轴呈现平行夯层的定向性。进一步对薄片进行拉曼光谱分析,识别出了钠长石、石英、方解石等矿物类型,验证并细化了显微鉴定的结果。在扫描电子显微镜下观察夯土的微观结构发现,不同粒级的颗粒排列紧密,细密的黏土充填了较粗颗粒之间的孔隙,使得夯土材料坚硬、密实,具有较好的力学性能。能谱分析显示,夯土材料的主要矿物成分为铝硅酸盐矿物,局部可能为含有铁、镁元素的黏土矿物。

不同区域、不同时代的夯土可以从粒度分析指标中得到初步区分。小双桥遗址样品的颗粒组成与商代文化层对照样品较为接近。但郑州商城样品颗粒较粗,与小双桥遗址样品在粒度上区别明显。战国城墙夯土粒径较商代更粗,差异较大。

夯土样品和周边文化层对照样品的磁化率数值基本相近,说明夯筑时所用的土壤原料与周边文化层土壤有密切关系。实际上,磁化率的数值变化除了受到自然因素的影响之外,在考古遗址中通常还与人类活动密切相关,用火、燃烧等活动都可能导致与土壤中磁性矿物的增加[33]。夯土样品较之文化层对照样品磁化率数值较低,意味着夯筑过程中及后期少有扰动磁性矿物增加的人类活动,保持了较为原始的磁性状态。

综合岩相鉴定、粒度分析和磁化率分析的结果来看,夯土样品与遗址附近所取的对照样品在颗粒结构(大小、分选、磨圆)和组成(矿物和岩屑)等方面并不存在显著差异,反映出它们的物质来源与成土过程基本一致。郑州商城地处古黄河冲积扇顶部的第一湖沼带,文献记载和地质、考古钻探证实其周边普遍存在晚更新世至全新世中晚期的河湖相沉积。小双桥遗址范围内有索须河流经,聚落东部紧邻一道陡坎,河水沿陡坎东侧地势下降注入“古荥泽”[34]。两处遗址周边地势均有高低起伏,且河流、湖泽分布密集,为聚落的生产生活提供了良好的水土条件,先民在修建各类夯土建筑时即可就近从周边取土。对比发现,遗址附近土壤大多适合用作建筑材料,商代夯土建筑的原料多为就地取土。

3.2 郑州地区商代夯土有无掺合料分析

经显微观察可知,夯土中现存的植物根茎并非修建时的有意添加,而是后期沿孔隙向夯土内部生长所致。这些植物根茎主要发现于郑州商城城墙的夯土样品上,遗址曾长期暴露于露天环境,可能导致植物沿缝隙向夯土内部扎根延伸。

通过烧失量测定可知,样品中的有机质和碳酸盐含量均较低,且与周围地区文化层土壤相近,意味着用于建造夯土墙体的黏土中不含大量的有机物质,由此可推测夯土中并未有意添加有机黏合材料以提高黏聚力。并且,夯土中应该也没有添加石灰等物质,少量碳酸盐成分可能与碳酸盐胶结物,以及由于蒸发或淋滤作用而形成的钙质结核等土壤生成物有关[35]。

通过碘-淀粉显色试验可知,郑州地区商代夯土中均没有发现糯米成分。糯米灰浆是古代中国所特有的一种材料,能够有效地改善土体的硬度和韧性。有学者从胶凝材料的角度对各时期建筑灰浆中所添加的糯米成分等有机添加物展开过系统的分析研究[36],早在4700年前新石器时代的白灰面中就发现有糯米成分的添加[37],而在历史时期,尤其是宋元及以后的夯筑灰土中更是有广泛的使用。商代夯土历史较为久远,彼时如后代三合土一般经科学配比的土质建筑材料使用仍不广泛,反映出当时的农业生产力尚且有限,无法将大量的糯米浆投入到建筑生产之中。此外,虽然同为建筑材料,夯土材料在体量和性质上均有别于白灰面,前者是大型建筑的主体组成部分,后者则通常表现为几毫米厚度的墙面或地面处理工序,因此在夯土中大量添加糯米浆的可能性较低。此前在郑州商城宫殿区夯土Ⅲ东部所发现的一处硬面坐底夯层表面有一层配比较为科学的夯筑灰土,其中添加了人工烧制的石灰胶结物,可能类似白灰面的处理方法,在成分和性质上也较其他部位的夯土存在显著不同[38]。

结合上述分析结果初步认为,郑州地区商代夯土在夯筑时没有人为添加石灰、糯米浆、植物茎杆等掺合料来增强土壤黏聚力的迹象。

3.3 夯筑行为对城址附近土壤原生环境的改造

人们对土壤施加的夯筑行为在宏观和微观结构上对土壤原生环境进行了改造,这些现象能够从夯土的密度、色度及微观形态的改变等方面表现出来。

通过密度测定可知,商代夯土样品密度较大、含水量低,除“周勃墓”台基外侧倒塌建筑堆积以外,所有夯土样品的密度均显著高于商代文化层对照样品。表明土壤经过干燥环境下的强烈压实作用,结合微形态中观察到的土体破碎、孔洞变形、裂隙发育等现象,基本符合Cammas[39]描述的土质建材的特征。

土壤微形态分析认为,不同类型的夯土在结构和构造上存在一定区别,可能代表了不同的夯筑工艺。小双桥遗址“周勃墓”台基夯土致密、均一,平行于夯层的弧状压痕生动地反映出土壤在夯筑过程中的挤压受力过程。郑州商城城墙夯土在每个8～12 cm的夯层内仍可根据土色、粒径的差异区分多个薄层,应为逐层垫土依次夯打的痕迹,每个砂砾层可能意味着夯筑工程中的一个短暂间歇。这种独特的结构现象表明其夯筑工艺或有别于其他类型夯土。同一位置出土的商代和战国城墙夯土在微观结构上也存在较大差异,前者土色纯净、土质细密,后者则土色杂乱、粒径较粗,包含物也更丰富,可能反映了不同时期在原料选取和处理方面的差异。尽管每处夯土的成分、结构受到多重因素的影响,存在一定的个性成因,但这些微观形态特征的差异仍然能为后续结合模拟试验开展夯筑技术的复原工作提供线索。此外,夯土中特有的有机质包含物、黏粒胶膜等土壤形成物、孔隙和裂纹等特征结构使它们有别于生土和文化层土壤,反映了先民在夯筑过程中对土壤微观结构的改造。

土壤的颜色能够反映出有机质含量、铁氧化状态等多种因素[40]。不同的黏土矿物成分对光的吸收和反射特性不同,可能呈现不同土色。此外,土壤的压实程度能够通过改变光的折射率来影响视觉感知的土壤颜色,这种影响实际反映了密度和色度之间的关系,即密度越大,颜色可能越深。夯土的色度差异也反映了夯筑过程中对土壤物理性质的改变,这种改变可能与土壤后期沉积过程有关,也可能是因为夯实程度的不同影响了土壤颜色的呈现。

4 结 论

商代是中国青铜时代社会发展的鼎盛时期。都邑性遗址是都城制度和城市文明的集中体现,相关研究是探讨早期中华文明发展和中国早期城市化过程的重要内容。郑州商城和郑州小双桥遗址作为商代早、中期重要的区域性中心都邑,其高等级建筑的修建过程反映了当时较为先进的生产力水平和复杂、高效的社会组织能力。

本研究通过土壤微形态分析、粒度分析、磁化率测定、烧失量测定等一系列地学考古手段,从物理性质、主要组分、结构、掺合料等角度对郑州地区商代夯土材料取得了阶段性的认识。郑州商城城墙夯土与小双桥遗址“周勃墓”高台建筑夯土在微观形态上存在明显差异,也有别于郑州商城宫殿区此前所发现的含人工烧制石灰胶结物的硬面坐底夯层,表明这一时期先民可能已经开始有意识地根据建筑功能类型的差异选择不同的夯筑工艺。不过,此时对原料的处理还比较简单,大多是就近获取天然土壤并进行粗略的筛选,尚未发现有意识地添加各类掺合料的迹象。与战国时期夯土相比,郑州地区商代夯土质地更加细腻、均匀、纯净,充分展示了作为商文化中心都邑高超的生产组织和质量控制水平。

郑州商城城墙和“周勃墓”夯土台基历经三千多年而依然坚固,彰显了商代都邑性遗址夯土建筑技术的高超水平,不仅体现了先民在生产和技术方面的卓越能力,亦是当时社会文化的重要标志。对郑州地区商代夯土材料的科学分析进一步丰富了夯土建筑的研究范式,将夯土建筑材料的科技分析结果与考古资料紧密结合,有助于在都邑布局、宫殿营建和聚落发展的背景下考察夯土建筑营造技术体系在中国早期文明进程中的重要作用,深入梳理以土结构建筑为主体的早期中国建筑史的具体脉络。

致 谢：本研究得到河南省文物考古研究院、郑州商都遗址博物院、郑州市管城回族区文化旅游体育局等单位的支持与配合;感谢中国科学院古脊椎动物与古人类研究所杨石霞老师、葛勇老师及北京联合大学考古研究院韩蕙如老师的悉心指导,中国科学院大学李升韬、刘浩宇等同学的帮助。两位审稿专家也提出了建设性意见。特此致谢!