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及時章 緒 論

1.1 冶金考古的研究內容

石、銅、鐵三種材質工具的創造和使用，把人類社會不斷推向新的時期，這些材料成為人類社會和歷史發展的重要物質基礎。丹麥考古學家C. J. 湯姆遜根據不同材料對人類社會的不同作用，將古代社會發展進程分成石器時代、青銅時代和鐵器時代，"三期說"的提出推動了考古學的深入發展。當前，人類社會正邁向以硅材料為基礎的信息時代，但金屬材料依然是當今社會發展的物質基礎。冶金技術涉及原材料供應處理、化學反應和物質改性等多方面因素，代表著人類對自然界認識和利用水平的提高，反映了多方面知識、技藝及生產管理方式的進步，冶金技術成為文明的重要標志之一。因此，冶金技術史的系統研究，可為正確認識人類歷史提供新的視角。

金屬在世界各地文化中均有重要地位。五行理論是中國古代關于世界物質組成的學說之一，金、木、水、火、土構成世上的萬事萬物，其中金即指各種金屬。羅馬神話中用太陽、月亮、金星、木星、水星、火星和土星分別代表金、銀、銅、錫、汞、鐵和鉛。眾多文化都敬奉司掌金屬冶煉的神，如中國的太上老君、希臘神話中的赫淮斯托斯等。不同社會或不同歷史時期，金屬生產有不同的生產組織和管理模式。研究金屬的使用情況，是研究社會發展的重要組成部分。

然而，關于古代冶金技術的文字記載較少，考古發掘所揭示的技術信息比較有限，在面對諸如"冶金術是如何起源的？起源于何時、何地？""某地區的冶金術是獨立發展起來的，還是從外傳來的？它們的交流模式、傳播路線和范圍如何？""冶金技術在不同文化中的特點和作用是什么？""冶金技術在人類文明中的地位如何"等一系列問題時，僅通過文獻和傳統考古學很難解決，因而引入多種現代科技對出土冶金遺物進行分析研究具有重要意義，冶金考古(archaeometallurgy)正是在這一過程中逐步發展起來的。

歐美發達國家在基本實現對本國考古發掘的早期銅器、鐵器進行科學檢測的同時，在環地中海地區、東南亞及南美洲等地開展了大量銅、錫等礦冶遺址的調查和發掘，探討了各地區文明的起源和早期發展面貌情況。對非洲、西亞、南亞及北歐地區冶鐵遺址的調查、發掘和研究，為揭示鋼鐵技術的起源與傳播及其對各地區文明進程的影響提供了科學依據。自1928年殷墟的科學發掘至今，中國考古界已調查和發掘了較多礦冶遺址，掌握了大量的金屬文物標本，提供了充足的實驗研究對象。考古學家和冶金史專家密切合作，開展了大量與金屬礦冶技術研究有關的文獻梳理、田野考古調查與發掘、實驗室分析、保護以及展示工作，提取、揭示了金屬文物及礦冶遺址的內在價值，取得了令人矚目的成果。這些工作使冶金考古成為研究古代文明史的重要基礎性學科之一。

冶金考古的"金"主要包括"金、銀、銅、鐵、鉛、錫、鋅、汞"這八種常見的金屬。根據已有的考古發現，古人最早使用和冶煉這八種金屬的年代有所不同。一般而言，采集、使用自然金屬(如自然銅、隕鐵和金)的年代較早，從礦石中提取金屬的冶煉技術年代較晚，由于不同金屬的化學性質不同，冶煉有難有易，所以化學性質越活潑的金屬被冶煉出的時間越晚。鐵比銅活潑，冶煉難度大，所以冶鐵術的產生比較晚，這也是首先開始的是銅器時代，然后才是鐵器時代的原因。

冶金考古研究中，需對采礦、冶煉、精煉、鑄造、鍛造等不同性質的礦冶遺址進行多學科結合的調查、發掘與整理，利用現代分析技術對冶鑄遺物進行檢測，研究采礦、冶煉及金屬器制作方面的技術特點，對組織結構、生產工藝進行判斷和復原，了解其產品特征和數量，探索產品的社會功能，在更廣泛的范圍內討論冶金技術的發展及交流情況，更深層次地研究冶金技術在人類文明發展中的作用，并將研究成果應用于文物保護與公眾展示。簡言之，冶金考古是對古代金屬制造業遺存及冶金技術在文明發展中的作用開展研究的一門學科，其涵蓋的研究內容如圖1.1所示。

圖1.1 冶金考古研究內容示意圖①

① Rehren Th, Pernicka E. Coins, Artefacts and Isotopes: Archaeometallurgy and Archaeometry. Archaeometry, 2008, 50(2): 232-248.

1.2 中國冶金考古研究概況

早在20世紀20年代，代考古學家對殷墟發掘時就開始了冶金考古研究，如殷墟鑄銅遺物的分析、青銅器鑄造工藝的研究和金屬文物合金組成的研究。50年代，河北承德壽王墳戰國至東漢時期的古銅礦、山西運城東漢古銅礦都得到了初步考察和研究。60～70年代，關于金屬的檢測分析工作也不斷開展起來。隨后山西侯馬鑄銅遺址的發掘，以及河南鄭州、南陽、溫縣、魯山以及晉南地區的冶鐵遺址調查與發掘工

作，為揭示中國古代冶金技術提供了重要的科學資料。而通過對這些礦冶遺址出土冶鑄遺物的檢測分析，以及其他遺址和墓葬出土金屬文物的檢測分析，對中國古代金屬技術體系有了系統認識。70～90年代，以湖北大冶銅綠山礦冶遺址群的發掘、研究和保護為開端，把中國冶金考古的研究推向了新的階段，帶動了各地區礦冶遺址的調查與發掘等工作。這一時期，關于中國冶金技術起源、商周青銅器的鑄造工藝、生鐵冶煉和生鐵制鋼技術體系的研究取得了重大成果，冶金考古引起了學術界的重視。

21世紀以來，冶金考古的工作模式有所轉變，冶金考古研究方法也有較大發展。西方20世紀60～70年代對阿拉伯谷地提姆納遺址的研究、中國20世紀70～80年代對大冶銅綠山遺址的研究都是以大規模發掘為主。現在則轉變為對礦冶遺址進行詳細考察和研究，即充分利用自然科學在年代測定和檢測分析方面的優勢，獲得對遺址屬性、技術類型和生產水平的判斷，進而揭示其考古學、歷史學和遺產學價值，為遺址保護、開發和利用提供基礎資料和指南。這種轉變是與我國發展中國家的地位、眾多礦冶遺址難以進行發掘研究等現實情況相符合的。適應這種轉變，可發揮多學科優勢，以有限的經費和時間開展盡可能多的工作，為考古研究提供更多的科學證據，同時也是對礦冶遺址進行價值評估、實施重點保護的方式。這種轉變的結果是，文物考古研究者與冶金史學者合作更加緊密，在若干地區主動、系統地開展礦冶遺址調查與發掘，深入、細致地研究中國冶金史上存在的難點問題，從礦冶遺址的調查、考古發掘及金屬文物的檢測分析各方面取得了新的突破。

礦冶遺址是研究古代金屬技術發展最直接的實物證據。經過多年探索，冶金考古研究在礦冶遺址的調查、發掘和冶鑄遺物的檢測方面，成果頗為顯著。運用各種科技手段和現場分析裝備對數量巨大、分布廣泛的古礦冶遺址進行普查，對其中具有重要價值的遺址進行發掘和綜合研究，可彌補文獻研究之不足，也可為闡明古代冶金技術提供實物證據和展示標本。從這個意義上來講，礦冶遺址調查與發掘是冶金考古研究的基礎。得益于根據礦冶遺址內大量存在的爐渣的檢測分析建立起的古爐渣學及礦冶遺址田野調查方法，對各地礦冶遺物的年代和文化屬性有了正確認識，揭示了其冶金技術內涵、規模和特征，為探討冶金技術對中華文明誕生與發展的作用提供了一系列新的科學依據；通過對冶鐵遺址出土冶鑄遺物的檢測分析，初步建立起中國古代鋼鐵技術體系。迄今，經過系統研究的大冶銅綠山等30余處古礦冶遺址(群)已被列為全國重點文物保護單位，其中包括銅礦冶遺址、鐵礦冶遺址、汞礦冶遺址、金銀礦冶遺址和煉鋅遺址等。而冶金考古研究也成為"中華文明探源工程"和"指南針計劃"等國家重大課題的重要組成部分。

對冶金遺物的實驗分析是開展冶金考古研究的必要手段。年代判定是構建冶金技術發展歷程的前提。礦冶遺址調查和發掘獲取的冶鑄遺物及遺址或墓葬出土的金屬文物制品，可用多種方法測定其年代，如14C測年、熱釋光和古地磁法等，但每種測年方法各有其優缺點和使用范圍，需要在實際工作中加以注意。盡管可根據冶鑄遺物的宏觀形態進行類型學的描述，但冶鑄遺物成分和結構的檢測是正確揭示冶鑄技術的途徑。如爐渣、耐火材料、陶范和金屬制品在不同的條件下具有不同的制作工藝，在成分和顯微結

構上也有明顯差異，為正確揭示這些冶金遺物的技術信息，必須進行實驗室的檢測分析。

但是，相比國內礦冶遺址數量龐大、出土文物眾多等現實情況，目前開展的田野和實驗室工作明顯不足。迄今僅對一些重要的銅礦冶煉遺址進行了系統研究，金、銀、

錫、鉛、鋅、汞等有色金屬冶煉遺址的研究工作仍處于起步階段。對鋼鐵冶金技術的研究大多通過鐵質文物的檢測進行，大量冶鐵遺址有待深入的調查和研究；對宋代以后用煤煉鐵引起的鋼鐵技術的變化及其對社會的影響研究仍很薄弱。只有把金屬文物研究與采礦、冶煉、鑄造等遺址的研究結合起來，才能揭示古代各項冶金技術的細節及其對當時社會的影響。

在中國銅冶金技術研究方面，關于冶銅技術起源和青銅器鑄造技術等方面的研究雖然較多，但仍有許多關鍵問題需要進一步解決。例如，以塊范法鑄造為特點的商周青銅器鑄造技術是中國古代冶金技術的重要發明之一，但對于系統了解青銅器陶范鑄造技術來說，目前的研究無論在深度和廣度上均有欠缺。如目前尚未對鑄造流程各環節進行系統研究，因而對"造型材料的選擇與制備"、"鑄型的設計與制作"、"干燥和焙燒的工藝"以及"鑄后清理與加工"等問題的認識尚不充分；"鑄造工場的組織、分工與協作"、"青銅器區域風格的形成與制作技術的關系"、"中國古代陶范鑄造青銅器傳統的形成機制和對相關工藝(如金屬范鑄造、失蠟法、鍛造等)的影響"等都需要進一步研究，才能更、地揭示中國古代陶范鑄造技術的特征。

生鐵冶煉及生鐵制鋼技術體系是中國古代冶金技術的另一大創造，盡管從鐵器入手的對"中國生鐵冶煉和生鐵制鋼技術"的研究已經較為充分，但對"中國冶鐵技術起源的時間和機制"、"大規模使用生鐵的意義"、"炒鋼技術的發明動因"、"灌鋼技術所體現的思想"以及"炒鋼、灌鋼制品的判定標準"等問題仍需深入研究。關于中國冶鐵技術起源的問題，應從礦石、鼓風、爐型結構、操作流程等多方面考古學證據，放在更廣闊的考古學背景中加以討論。炒鋼技術在中國鋼鐵技術發展史上具有重要地位，但是由于缺乏考古背景明確的有關炒鋼冶煉遺物的檢測分析，目前得出的相關結論說服力不夠，沒有得到國際冶金史界的廣泛認同。另外，關于"生鐵及生鐵制鋼技術對社會進步的作用"的研究也值得重視。為此，應在充分調研國內外文獻的基礎上，將冶鐵制鋼遺址的調查工作與爐渣分析結合起來綜合研究。將鐵器和冶鐵技術交流的問題放在整個物質文化交流史的框架下，對東西方以及中國與周邊國家的交流與傳播問題進行整體分析，以期有所突破。

相對銅鐵研究而言，有關中國古代其他有色金屬及其合金工藝的研究還很不系統，有些方面研究較為深入，有些才剛剛開始。總體來說，這方面研究以銅和銅合金的冶煉與制作工藝最為重要，其次是有關煉鋅技術的研究(近期因在重慶等地發現明清時期的煉鋅遺址而使相關研究得到了極大推動)，關于金、銀、鉛、錫和汞及其合金的冶煉、制作工藝研究也有不少，但突破性的研究成果不多。

文物工作的生命力在于其研究成果一定要與群眾共享。但在礦冶遺址及金屬文物的研究、保護與展示方面，國內的工作還有不少需要提高的地方。如目前常以靜態實物、模型和圖片為主展示金屬文物，形式比較單一，成果推廣力度不強。同時，隨著全國城鄉建設的展開，大批古代金屬文物出土，很多古代采礦、冶鑄的生產遺址相繼被發現，這些遺物、遺跡都面臨著艱巨的保護任務，也亟待開展相關研究揭示其歷史、藝術和科學價值，但限于各種條件，這一工作仍有較大空白。

另外，以往的冶金考古以個案研究居多，并多從配合考古和歷史研究的角度開展，考古工作者更關心某遺址出土物的分析研究，科技工作者則更偏重金屬器物和冶鑄遺物科技內涵的提取，雖然各自取得了一些成果，但缺乏總體把握和系統考慮。近年來，國內冶金考古工作內容發生了較大變化，已從早期被動接受考古學家送樣檢測，發展到現在調查之前考古學家即與冶金史學家開始合作，共同制定調查、發掘、保護和展示方案，開展田野和實驗室工作，對實驗結果進行解析，進行展陳設計等。在一定程度上做到了考古學研究與冶金史研究的雙贏，標志著冶金考古逐漸走向成熟。

1.3 本書的研究目的與內容

為研究中國冶金技術起源及早期發展，及與其他地區的交流與傳播問題，近年來，