中國深井鉆探技術的起源發展和西傳

【摘要】：深井鉆探技術是近代各國開采石油和天然氣這些重要能源的基本手段。本文以文獻和實物證據表明，深井鉆探技術是中國人在北宋慶歷年間(1041—1048)為開發四川井鹽而首先發明的。文內敘述了此技術發明的背景、在歷代的發展及其工藝要點；對中國與歐美國家早期鉆探技術作了比較后，系統闡述其西傳過程。

【關鍵詞】：深井鉆探；起源；發展；中國；西傳

中圖分類號：TS351

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9864(2009)04-0003-31

一、中國深井鉆探技術的起源和發展

食鹽(氯化鈉，NaC1)是人類每日不可缺少的食用品。在生理上，食鹽是維持體內滲透壓平衡的主要物質，缺乏時可導致嚴重病理情況(失水)，甚至休克、昏迷而死亡。它還是血液中所含體內必需的營養成分，人久不食鹽，必弱而死。家養大牲畜亦然。此外，食鹽還用于染色、皮革和陶瓷等工業生產中，其年耗量相當之大。制鹽為民生所必需，制鹽業獲利甚巨，鹽稅成為古代各國政府財政收入的重要來源。解決食鹽的供應問題，是關系各民族生存的頭等大事。中國自古以來就是幅員遼闊、人口眾多的大國，古人費盡心機在全國范圍內尋找鹽的不同來源。據北宋人掌禹錫(996--1066)等撰《圖經本草》(1061)所述，食鹽按其來源有海鹽、井鹽、巖鹽、池鹽、土鹽、砂鹽和樹鹽等七種，可以說把全人類所能觀察和使用的一切找鹽方法都用上了。明代科學家宋應星(1587—約1666)《天工開物·作咸》章(1637)再次重申這一見解并發出至理名言：“四海之內，五服而外，皆有寂滅之鄉，而斥鹵則巧生以待”，換言之，就是說The sources of saltcall be tound everywhere in the world and await to beexplored by the mankind。中國井鹽多產于離海較遠的川、滇內陸地區，但從歷史地質學角度看，川滇在中生代本是海灣，因受多次海進、海退作用的結果，在某些地區地下存在含豐富鹽水和巖鹽的資源，在深淺不同的地層所含鹽分也有所不同，通過鑿井、鉆井技術加以開采。本文以四川井鹽開發技術為研究對象。

中國開采井鹽有二千二百多年歷史，大體說可以分為三個發展階段：(1)大口淺井(shoal wellof major diameter)階段，時跨戰國末至北宋中期(前256--后1041)持續近1300年，井徑2m9m，井深20---250m，以人力挖掘方法鑿井。(2)卓筒井或小口深井(deepwell ofminordiameter)階段，北宋中期至清代中期(1041--1815)，持續774年，采鹽同時兼采天然氣和石油，井徑一般30cm左右，井深100--800m，以鐵制鉆頭借繩式沖擊鉆進法(rope percussion drilling)鉆井。(3)清代后期的95年間(1815--1910)，對宋朝以來深井鉆探技術作了全面改進。在這一階段除鉆出鹽井外，還有天然氣井，井徑30--32cm，井深800—1200m，仍以前一階段的繩式沖鉆方法鉆至地下巖層。重大改進表現在明代發明的“撞子釬”(震擊器，jar)安裝在鉆井工具上，使鉆進深度達到前所未有的1000m以上的水平。清代以后進入現代機械鉆進階段，不在本文研究范圍之內。

四川井鹽開發始于公元前3世紀戰國末期，顯然利用了古代采礦時鑿井的現成技術。1974年湖北大冶銅綠山發掘的戰國(前4世紀)銅礦豎井已深達50m，井口1.1—1.3m見方，解決了通風、排水、挖掘提升和照明等井下作業技術。晉代史家常璩(287--360在世)依漢以前至晉有關四川古史資料編成的《華陽國志》(347)卷三《蜀志》稱：“周滅后，秦孝文王以李冰為蜀守。冰能知天文、地理，……識齊水脈，穿廣都鹽井諸陂池，蜀于是盛有養生之饒焉。”

對上述一段話需作出解說，才能明了其所述內容。據《史記·秦本紀》記載，秦孝文王只在位三日，此處應改為秦昭襄王(前306—前251在位)。前316年，秦惠王遣兵滅古蜀國，至昭襄王即位后，為將蜀地建成重要基地，并治理泯江水患，稱任命李冰(前322—前247)為蜀郡郡守。李冰在任期間領導當地群眾，興修大型水利工程都江堰，灌田萬頃(100萬畝)促進農業發展，又在廣都(今四川雙流)鑿井取鹽，因而“蜀于是盛有養生之饒”，成為天府之國。“識齊水脈”中的“齊”讀作躋(ji)，義為上升，“水脈”為地下之伏流，因此這句話的意思是說，李冰曉得提升地下鹵水伏流的技術。《華陽國志》說“周滅后，秦昭襄王以李冰為蜀守”，按《史記·秦本紀》，昭襄王五十一年(前256)滅東周，則李冰任蜀守、鑿廣都鹽井時間為前256—前251年間。書中沒有談到所鑿鹽井深度，從當時技術發展水平并與后世鹽井比對來看，李冰時代的鹽井應是大口徑淺井。他幸運地在今四川雙流縣一帶找到距地表不太深的地下鹽鹵水暗流所在之處。含鹽濃度不會高，但有開采價值。

在戰國末期李冰奠定井鹽開采技術的基礎上，漢代(前206—后211)得到進一步發展，產鹽區擴大，鹽產量隨之提高。西漢時蜀郡成都出生的文學家楊雄(前53—后18)在《蜀王本紀》中寫道：“宣帝地節中(前69—前66)，始穿鹽井數十所”，這是說，在漢宣帝地節年間三年內又新開鹽井數十口。東漢史家班固(32—92)《前漢書》(83)卷九十一《貨殖列傳》載，成帝、哀帝時(前32—1)，成都人羅裒(p6)財至鉅萬，用平陵(今陜西咸陽)人石氏資本往來于巴、蜀經商，數年內積金千多萬，“擅鹽井之利，期年所得自倍，遂殖其貨”。這條史料說明，西漢時出現靠經營鹽井致富、使資本增值的實例。

除文獻記載外，有關漢代鹽井形象的實物資料也有出土。上世紀五十年代在成都市和邛崍縣東漢墓中發現反映井鹽生產的畫像磚(圖1)，生動描述了鹽井形制、鹽工工作情景。此畫像磚拓片發表后，美國漢學家魯道夫(Richard c.Rudolph)很快就在1952年用英文作了介紹。出土的1世紀東漢鹽井畫像磚共二枚，內容大同小異，可互相補充。從拓片可清晰看到，鹽井開鑿于山上。圖左顯示鹽井上立有高架，架上安裝有轆轤，用以轉動系在繩上的吊桶在井內上上下下，木架分兩層，每層各有二人相對站立，左側的二人將裝有鹽鹵水的吊桶從井中向上提升，右側二人則將空吊桶向下拉入井中以灌入鹵水。提至井上的鹽水，注入井右側的立方形鹵水槽中，由此再通過竹筒引至煮鹽灶旁的五口大鐵鍋內，灶前一人搖扇以助火力，后有煙囪。山上另有二人背著鹽包向山下走去，運至庫房。畫面上還有二人射獵山上野獸，以襯托鹽井位于人煙稀少的山區。如以人體身長比對，吊桶直徑約40—50cm，井徑1.6—2.0m。井內可由二人作業，坐在竹筐內

由轆轤引至井下，以錐、鍤、鏟、鑿等鐵制工具挖掘、破碎巖石，再將其送出井外。如此重復作業，越鑿越深，直至發現鹽鹵層為止。為防井體塌陷，井壁周圍抹上一層由石灰、河沙、黃土及粘米糊構成的三合土，外面再以厚木板或條石加固。李冰時代以來的早期鹽井，就是用上述方法鑿成的。

在討論早期鹽井深度前，有必要了解四川主要產鹽地區鹽鹵資源蘊藏狀況。淺層的鹵水濃度低，深層的鹵水濃度高。分布于川西白堊系鹵水蘊藏深度為20—300m，川中侏羅系鹵水埋藏深度為100—300m，這些地層鹵水均為黃鹵，每升含氯化鈉10—100g不等。三迭系鹵水為黑鹵，川西南大約為700--1500m，川中則深達2000m以下，川東北為2000m。用大口徑鑿井技術很難采到地下深層的高濃度鹵水，這就決定了井深的最大極限一般不能超過300m。而且在那個時代因穿井工具效能不高，井越深則口徑越大，投入的人力、物力也越大。究竟鑿至多深，視各地地質構造之不同而定，其間差異較大。

關于古代鹽井深度，現在只能看到一些零星的記載。據唐人李嘮(925—996)《太平廣記》(978)卷三九九載，四川“陵州鹽井，后漢仙者沛國張道陵(34--156)之所開鑿，周迦四丈(徑9，2m)，深五百四十尺(124，2m)，置灶煮鹽，一分入官，二分入百姓家，因利所以聚人，因人所以成邑”。唐人李吉甫(758—814)《元和郡縣圖志》(813)載，四川仁壽縣陵井“縱廣三十丈(93m)，深八十三丈(257m)”，是一龐然大井。《舊唐書·地理志》(945)載“瀘州(今四川富順)界有富世鹽井，深二百五十尺(77，5m)”。此井井身以柏木加固，井側設大絞車系牛皮囊人井汲鹽水，像如此超大的鹽井非一般井商所能為之。史載，陵井初由東漢五斗米道教教主張道陵(34--156)于順帝(126---144)時聚廣大教徒之資開鑿的。其他鹽井在規模和深度上都不能與陵井相比。

用古代大口徑鹽井開鑿技術，隨著時間的推移，其局限性逐步凸顯起來。一是投入的人力、物力過大，而采出的又是濃度較低的鹽水，加大煮鹽的工作量。二是鑿井速度緩慢，動輒十多月至數年。如費力鑿出一井，卻不見鹵水，該井就廢棄。由于頻繁的開采，地下淺層的鹽鹵資源已逐步呈現枯竭態勢，需要向更深的層位鑿井，才能見鹵獲利，而用傳統挖井方法已無能為力。唐末五代以來的鹽務政策又束縛了鹽業的發展，因而10世紀起大口井鹽生產開始衰落，從公元前3世紀李冰開創的井鹽技術經過一千二百多年的發展，已完成其歷史使命，也為后世留下一筆技術遺產。人們致力于總結已有的經驗教訓，尋求新的出路，重點放在總結尋找地下鹽脈露頭的規律，研制新式而有效的鉆井工具和鉆井、固井方法，從而進入了井鹽開發史的第二個階段。

中國井鹽史的第二個發展階段是從北宋(960—1126)開始的，經宋初幾十年的集體努力，一種新的鉆井工藝在北宋中期(1016—1071)形成，此即在井鹽生產中心四川問世的小口深井鉆進工藝或卓筒井工藝。按“卓筒井”一名，初見于北宋人文同(1018—1079)向朝廷呈上的一篇奏折中。文同，字與可，梓州永泰(今四川鹽亭)人，皇祜間(1049---1053)進士及第，授太常博士，歷邛州軍事判官、漢州通判，知陵州(今四川仁壽)、洋州，元豐初(1079)知湖州，為蘇軾表兄，長詩文，工書畫，有《丹淵集》四十卷行世。宋神宗熙寧間(1068--1077)，文同任陵州知州期間，鑒于轄區內井研縣于慶歷年問(1041—1048)新發明的卓筒井采鹽技術迅速擴展，此井易于隱藏，逃避鹽稅，且雇傭外地流民來此打工，遂奏請朝廷加派京官為知縣以加強監管。《丹淵集》卷三十四收入《奏為乞差京朝官知井研縣事》寫道：

伏見管內井研縣去州治(陵州)百里。地勢淵險，最號僻陋。在昔至為山中小邑，于今已謂要劇索治之處。蓋自慶歷(1041—1048)以來，始因土人鑿地植竹，謂之卓筒井，以取成泉。鬻煉鹽色。后來其民盡能此法，為者甚眾。遂與官中略出少月課，乃倚之為奸，恣用鐫琢，廣專山澤之利，以供侈靡之費。訪聞豪者一家至有一、二十井，其次亦不減七、八。曩時朝延嘗已知其如此，創置無已。深慮寢久事有不便，遂下本路轉運司止絕，不許造開。今本縣內已僅及百家。其所謂卓筒井者，以其臨町易為藏掩，官司悉不能知其的實多少數目。每一家須役工匠四、五十人至三、二十人者，此人皆是他州別縣浮浪無根著之徒，抵罪逋逃，變易姓名，來此傭身賃力。……況復更與嘉州并梓州路榮州疆境甚密，彼處亦皆有似此卓筒鹽井者頗多。……

但文同沒有對卓筒井形制及鉆井方式作出說明，這方面的遺漏由其表弟蘇軾作了補述。蘇軾(1037--1101)字子瞻，號東坡，眉州眉山(今屬四川)人，嘉祜占二年(1057)進士，歷官直史館、杭州通判、密州知州等，元{；占初(1086)任中書舍人、翰林學士、知制誥、杭、揚州知州，七年(1092)召為禮部尚書。哲宗親政(1094)，出知定州，后被謫惠州(今屬廣東)，為北宋大文豪。其《蘇文忠公全集》卷十三有《蜀鹽說》一文，此文在《東坡志林》卷四則題為《筒井用水鞴法》，內容一致，今引述如下：

蜀去海遠，取鹽于井。陵州井最古，清井、富順井鹽亦久矣，惟邛州蒲江縣井，乃祥符中(1008--1016)氏王鸞所開，利入至厚。自慶歷(1041--1048)，皇祜(1049---1053)以來，蜀始創筒井，用圓刃，鑿如碗大，深者數十丈(124—280m)，以巨竹去節，牝牡相銜為井，以隔橫入淡水，則成泉自上。又以竹之差小者，出入井中為桶，無底而竅其上，懸熟皮數寸，出入水中，氣自呼吸而啟閉之，一筒致水數斗。凡筒井皆用機械，利之所在，人無不知。

蘇軾筆下的“筒井”，即文同所稱的“卓筒井”。根據以上二人所述，可得出以下認識：卓筒井技術始于北宋仁宗慶歷年間(1041--1048)，首先出現于成都府路南部的井研縣。在皇事占至熙寧不到三十年間(1049---1077)，此技術已為很多人所知，從者甚眾，并迅速擴散到周圍的嘉州、梓州，已開出一千多口井，每家井主傭工20---50人。用鐵制圓刃鉆頭開小口徑(20---30cm)鹽井，井深100—300m，足以鉆到白堊系和侏羅系鹵水層，得到高濃度鹵水。與古代大口徑鹽井靠人的自身體力在井內以原始工具鑿出的作業方式不同，小口徑鹽井中容不得人在井下勞動，而用全新的作業模式，即以沖擊式鐵制圓刃鉆頭(percu-sssion iron-hit withring edge)鉆探的機械方式鉆井，以其沖擊力強度大，能穿透堅硬巖層，故能鉆至足夠深度。因而北宋于11世紀前半期研制的這種新式鉆井工具和鉆井技術是一項重大發明，是深井鉆探工程賴以實現的致勝法寶，具有深遠

的歷史意義和世界意義。

小口徑深井鉆出之后，無法用古代傳統方式固井，因此卓筒井研制者引入一種新法，以一丈(3，1m)多長的巨大毛竹(Phyllostachys puber-cen8)筒(徑10---30cm)去掉中節，再將七、八個中空竹筒(總長23--35m)兩端以榫(sfin)卯相接，接縫處以麻繩拴緊，再以灰、漆固之。最后將長竹筒送人井下，竹徑與井徑相當。實際上這是套管，可防止井塌，又可避免井壁周圍淡水滲入。所謂“卓筒”，意思是直立的粗大竹筒；“卓筒井”含義因而是有直立套筒的小口徑井。如果用英文表達，應當是zhuo-tong-jing 0r minordiameter salt-well with vertical sleeve barrel，只有這樣才能將它與古代豎井(vertical well)區別開來。鉆好井后，以比井徑稍小的竹筒為汲鹵筒，去其中節，筒底開口，安放與筒徑相當的熟牛皮皮錢，構成單向閥門。入井后，鹵水沖開皮錢進入筒內，水柱又靠其自身壓力將閥門關閉。將汲鹵筒提升至井外，以人力頂開閥門，鹵水泄入槽中，以備煮鹽。每次可提出鹵水數斗(數公升，litres)。

《宋史》卷一百八十三《食貨志下五》載，至紹興二年(1132)時“凡四川四千九百余井，歲產鹽約千余萬斤(600萬kg)”，為1500年英國年產量的兩倍以上。卓筒井工藝定型后，繼續發展，至明清達到高潮。明代四川地方官郭子章(1542--1618)稱，萬歷年間(1573—1619)成都附近的射洪縣內鹽井淺者五、六十丈(155—186m)，深者百丈(310m)。清雍正八年(1730)四川井鹽擴至四十州縣，有6116口井，產鹽九千二百多萬斤。至乾隆二十三年(1758)又增二千眼井。嘉慶末年(1815—1820)鹽井深度達“百數十丈至三、四百丈(960---1280m)，已鉆至三迭系地層的黑鹵。道光十三年(1835)在自貢鹽場鉆出的粲(shen)海井，至今還保存完好，其深度達1001，42m，125m以上井徑為11，4cm，以下至井底為10，7cm，日產天然氣8500m³，黑鹵14m³，是見證中國古代深井鉆探技術的活標本，也是宋代卓筒井的直系后代。宋人蘇軾第一個揭示了卓筒井鉆頭鉆井及吸鹵方法，但如何將鉆頭及吸鹵筒送入井下、再提起，他只以“凡筒井皆用機械”一語帶過，這到底是什么機械、如何工作，尚待解讀。查明清人著作及有關插圖，參考現存古井，可對古代深井鉆探技術有全面了解。

明代人馬驥(1543—1613)《鹽井圖說》(約1578)對鹽井工藝作了全面的概括性敘述。馬驥為四川射洪縣人，隆慶年間(1567—1572)中舉，萬歷二年(1574)任本縣縣令，任內在鹽井區“三問灶丁、井匠，頗得其詳”，基于實際調查而寫成《鹽井圖說》，由岳諭方加配插圖，請四川學政郭子章作序。郭子章，字相奎，江西泰和人，隆慶(1571)進士，授廣東潮州知府，萬歷初(1576—1579)任四川學政，由此可知《鹽井圖說》約成于萬歷六年(1578)。此書雖未曾刊行，但有寫本傳世。文字收入明人曹學儉(1574--1647)《蜀中廣記》(約1610)卷六十六。及明清之際學者顧炎武(1613—1682)《天下郡國利病書·蜀中方物記·井法》篇(1929年《四部叢刊》本)以及清人謝廷鈞等所編光緒《射洪縣志》(1886)卷五《食貨志》，然其中插圖已佚。幸而清光緒八年(1882)刊四川總督丁寶楨(1820---1886)主編的《四川鹽法志》卷二《鹽井圖說》提供的精美插圖足可補此缺憾。這些插圖于1891年曾轉載于法國巴黎出版的《礦務年鑒》(Annalesdesmines，1891，S6r8，vol，19)中，并附有法文解說。清人吳鼎立(1825—1882)著、同治十一年(1872)由富順思源堂刊行的《自流井風物名實說》，是專論富陽縣自流井鹽區管理和生產技術的少見著作，簡稱《自流井說》。吳鼎立，字銘齋，河南光州固始人，道光三十年(1850)進士，出為地方官，同治十年(1871)補四川富陽縣令，據實地調查寫成此書，附插圖，記載翔實可靠。另一清人李榕(約1819--1889)也據實際調查于光緒二年(1876)寫成《自流井記》，敘述井鹽生產及資源，尤其對深井地質層位有重要記載。李榕，字申夫，四川劍州(今劍閣)人，咸豐二年(1852)進士，歷任浙江鹽運使、湖北按察使、累官至湖南左布政使，同治初(1865)以后退居故里從事著述，有《十三峰書屋全集》九卷行世，于其卒后次年(1890)由湖南龍安書院刊行，1914年成都文倫書局再刊。《自流井記》收入該書卷一，1948年由房杜聯哲譯成英文發表在美國科學史學會機關刊《艾西斯》卷39(Isis，1948，v01.39)。今以《鹽井圖說》文字說明為綱，輔以《自流井說》及《自流井記》等相關記載，再配上《四川鹽法志》的插圖，附加必要的解說，按工藝過程分段敘述操作要點，對中國古代繩式深井鉆探技術作如下介紹。

(1)確定鹽井的所在位置(舊稱“相井地”)：《鹽井圖說》稱：“凡匠氏相井地，多于兩河夾岸，山形險急，得沙勢處。”一般說，在射洪縣一帶近河處，水多而淡；山地，水少而咸。在高山區擇其低處平坦地而開井，低山區擇其曲折凸起處開井，多有成效。《自流井記》更載不同地層鉆井取樣特征，對選擇井位有指導意義。它說，鉆井時須審地中之巖，鉆頭初下時見紅巖，其次為瓦灰巖，次黃姜巖，見石油。其次見草白巖，次黃砂巖，見草皮火(薄的天然氣層)。次青砂巖、次綠豆巖，見黑水(濃鹽水層)。鉆井時不一定見所有巖，但必得有黃姜巖和綠豆巖，各種巖是按其顏色及形狀取名的。黃姜巖相當于侏羅系油氣層，黃水為侏羅系鹽水。綠豆巖為三迭系地層，黑水為三迭系地層的濃鹽水。鉆井時見到黃姜巖、綠豆巖，說明大功告成。這些符合科學的規律是井匠長期經驗積累獲得的。

(2)開井口、立石圈：前述宋代卓筒井時期鉆出小口深井后，以七、八個直徑稍小于井口的中空長竹筒接在一起，總長7—8丈(22—25m)插入井中，作為護井套筒。在此以下井內因巖層堅固，無需加套筒。但井上部土質松軟，使竹筒承受不小的拉力和擠壓力，時久便易開裂。明代對固并作了改進，方法是選好井位、平整周圍土地后，用人工挖掘出“井口”或井的最上部井腔(圖2)。打出井口后，再在其中放人外方內圓的石圈，圓徑26--30或36--40cm，周邊60cm，厚0，3---0，6m，共放30個(圖3)，逐個放至井口，石圈周圍以土及碎石填實。因石圈比竹筒堅硬，使井壁上部能承受更大外力作用而不塌陷。

(3)鉆大口井、排除井內雜物：明清除在井最上部加石圈護井外，還以中空長木筒為固

井套筒，這就需先鉆出大口井腔(舊稱“大竅”)，以大型鉆具(“魚尾銼”)鉆探。為此，在井上安設驅動鉆具的兩種動力裝置，即足踏碓架、牛拉絞盤及其傳動系統(舊稱“花滾”)，靠井架(“樓架”)支撐。以絞車收放或踏板起落之勢引動鉆頭沖擊巖層。碓架借杠桿原理制成。《自流井說》稱，人踩在碓架踏板上跳來跳去，帶動鉆頭下沖及上升。另一人在井口不斷旋轉鉆頭方向，保持鉆孔垂直不彎(圖4)，此法操作簡便。用絞車和滑輪系統(圖5)亦可達到同樣的目的，但更適合于在井的深度更大時使用，而踏碓適合在開始鉆井時啟用。以絞車為動力時，要在井旁立兩根高大木柱，二者間有一橫木裝有絞盤(舊稱“木滾子”)，上面纏著篾繩。繩一端系著鉆具(圖5)，另一端與立式滑輪(舊稱“地滾”)相連，通過此滑輪再聯向鼓狀的立式絞盤，以牛拉使之旋轉，將鉆具提升。再將牛卸下，使鼓形絞盤反方向轉動，鉆具因重力作用降下沖擊井內巖層。不管用何種方式驅動鉆頭，每鉆進1—2尺都應取下鉆具，換上底部有單向閥門(舊稱“皮錢”)的中空一丈長的竹筒送入井中，汲取其中被擊碎的石屑及泥水，這道工序舊稱“扇泥”(圖6)，再行鉆進。如此重復操作，直到見紅巖層為止。

大型鉆具為鐵制，長3m多，重100—200斤(約60---120kg)，鉆頭寬30---40cm，底部呈魚尾形。舊稱“魚尾銼”(fish-tail shaped iron bit)(圖7)。鉆桿上有圓鐵環，當轉動鉆頭方向時，可令鉆孔垂直。上接震擊器(舊稱“轉槽子”)，將在下面專門介紹。所有連接各部件的繩索，均用以劈開的竹片擰成的篾繩，構成中國繩式頓鉆的特點。開始鉆井時，需向井內注水，“及二、三丈許，泉蒙四出，不用灌水”。一般說大口井腔需鉆至20—30丈(62--93m)，井徑26—40cm。

(4)下木質套簡：明清較少用宋代始用的竹套筒固井，而用更堅固的松柏等木質套筒。《鹽井圖說》載，將木縱向鋸成兩半，使其中空，合攏成中空木筒，內徑略小于井徑，兩端有榫卯可逐個連接，接縫處纏以麻繩，再以桐油和石灰密封(圖8)。木筒底端仍纏以繩，油、灰抹面，以便與井壁巖石緊密結合。通過井架上的滑輪(舊稱“天滾”或“天車”)，將套筒送入井下，此井架最上端的滑輪通過傳動裝置與牛拉絞盤以篾繩連在一起(圖9)。木套筒總長可達45—90m。

(5)鉆小口徑井：木質套筒入井后，便用小的鐵制鉆頭鉆小口徑深井(舊稱“小竅”)。鉆頭上有長柄，總長1，2丈(372m)，重80--140斤(約48--84kg)，刃部如銀錠，舊稱“銀錠銼”(圖7)。鉆頭高6---7寸或8---9寸(18，6---27，9cm)，前后橢圓，左右中削。鉆具上仍裝震擊器(“轉槽子”)，由絞盤驅動(圖10)，鉆法與鉆大口井腔相同，此不贅述。這段井身占全井深度80—90％，是鹽井主體部分，也是裸井部分。因巖層堅硬，鉆井所需時間很長，《自流井記》稱有的井需要四、五年至十數年不等。《自流井說》載小口井徑“老井則二寸四、五(8—8，25cm)，大者三寸二、三(11cm)……，小眼則四、五寸(13—16cm)為度”。深度因各地地質情況不同而變化很大。據嚴如煜(1759----1821)《三省邊防備覽》(1822)卷一，最深可達“百數十丈至三、四百丈”(960---1280m)，創當時世界最高記錄。

(6)吸取鹽水：鉆井時遇到有色的鹽水(舊稱為“鹵”)，即大功告成。接下是用吸鹵筒將鹽水吸取出來，此為中空長竹筒，底部有牛皮圓片為單向閥門。進入井下后，井內鹽水頂開閥門進入筒中，靠自身重量將閥門關閉。提至井上時，以鐵鉤頂開閥門，將鹽水倒入槽中，送去煮鹽，其工作原理與前述清理井內碎石及泥水的竹筒相同。《鹽井圖說》對提升吸鹵筒的裝置做了簡介，《四川鹽法志》又給出插圖。在井上以數木支起高幾丈的井架(“樓架”)，上安一定滑輪(“天滾”)，地上再放一滑輪(“地滾”)。井的另一處有帶草棚的立式絞盤(“大盤車”)，以牛拉動。絞盤周長5m，繞以很長的篾繩，牽引力超過宋代。在地上滑輪與絞盤之間還裝有樞軸的導輪(“車床”)用以改變力的方向。以上各部件間皆以篾繩相連(圖11)。

由此可以看到，井架最高處的滑輪(“天滾”)承受吸鹵下降的重力和地上滑輪(“地滾”)的牽引力，這兩種力在此定滑輪上交會，又改變力的方向。牛拉絞盤時，其上篾繩一端通過地上滑輪的導輪將吸鹵筒(或鉆具)從井中提出來。當牛向相反方向慢行，則滑輪上篾繩向左拉下，篾繩懸掛的吸鹵筒借重力下降至井底吸取鹽水。就地上滑輪與絞盤之間而言，篾繩沿從左向右或從右向左方向運動；就井架上滑輪與地上滑輪之間而言，吸鹵篾繩沿從低到高或從高向低的方向運動。靠著這種靈巧的機械裝置實現不同力的傳送和作用方向的改變。

(7)井下事故處理：鉆井過程中井下事故時有發生，從11世紀北宋以來，發展了一整套處理事故的工具和方法，至明清時更趨完備，不但見于文獻著錄和插圖，更有老井的實物遺存，藏于自貢市鹽業歷史博物館及有關生產現場。在處理事故前，先由有經驗的師傅以帶有倒鉤的探測桿，舊稱“提須刀”(圖12)放入井下，查出事故原因、墜入何物及在井中位置，再采取對應措施。對此，《鹽井圖說》指出，如鉆井時鉆探工具及篾繩偶爾中折掉入井中，將其取出的方法很巧妙，使用的工具也不同。可用鐵制的五爪將其取出，它如手的五指伸直再合攏那樣，下分五股，各大如指且有倒鉤，專取滑而難鉗之物。如井中被游動的泥沙塞滿，使鉆探受阻，則以下端有細齒的鐵桿將沾在一起的泥沙沖松，再用竹筒(舊稱“刮筒”)將泥沙從井中取出。此筒長丈余，與吸鹵筒不同，不去中節，而是在每節端部鑿出方口，放入井中將泥沙吸出。至清代，鉆進、打撈工具已達七十種，處理井下事故的工具亦有幾十種，詳見《四川鹽法志》卷三，皆有圖式。

中國式震擊器“轉槽子”的發明(The inven-tion of zhuan-cao-zior Chinese jar coupling)：另一常見的井下事故是鉆頭沖擊巖層時，因沖力過猛而卡入其中，提不起來，使鉆探中斷，如硬是提拉，易使篾繩裂斷或鉆具損壞，后果更為嚴重。古人為防止這種情況發生，發明了震擊器，放在篾繩與鉆具之間，由于它能對鉆頭撞擊后產生一種反彈力，使鉆頭不致陷入巖層中，起自動解卡作用，故舊稱“撞子釬”。此名見于1578年成書的《鹽井圖說》中，現川北古井中仍可見實物遺存。有跡象表明，撞子釬至遲在14--15世紀明初即用于四川鹽井區深井鉆探中。明清時撞子釬還有“挺子”、“轉槽子”等不同名稱和諸多品種，用于井下鉆探的不同作業，見于《自流井說》及《四川鹽法志》卷三，后者更給出了圖式。這些地方性強的俗名說明此裝置是四川鉆井工發明

的，作為連接裝置放在與井上升降系統的篾繩與井下鉆進、打撈及汲取工具之間，是這些井下作業不可缺乏的活動部件，起著垂吊、扶正、指示、震擊、保護和解卡等作用。

轉槽子造型和結構簡練，是積數百年鉆井經驗教訓后研制出來的最具技術巧思、保證深井鉆探成功的關鍵裝置。根據上引書所述，它由四楞鐵桿(舊稱“雞腳桿”)及其上寬下窄的底座(舊稱“球球”)、鐵套筒(舊稱“雞蛋殼”)構成(圖13)。轉槽子長1，9m，重20kg，其鐵桿上部有穿繩孔，此處拴篾繩直通井上。鐵桿下部是方楞形，其底座為平截面圓錐形，上大下小；鐵桿外有空心鐵套筒，可上下滑動，上可滑至鐵桿頂部，向下則滑動至鐵桿的底座為止。再將轉槽子下部的鐵桿、套筒及底座與鉆頭尾部通過“把手”連接在一起(圖13)，把手由四根彎成橢圓形的竹片組成，均勻分布于前后左右四個方向，接頭處纏以麻繩，外面以鐵箍箍緊。方形鐵桿在“把手”內上下活動產生上擊、下撞(撞至鉆頭尾部)，起震擊和解卡作用。

因轉槽子加重了鉆具，增強鉆頭破碎巖層的能力。當鉆井篾繩長短適度時，鉆頭至井底不再運動。此時轉槽子下行，與鉆頭碰撞發出的聲音傳到井口，說明鉆頭沖至井底。如篾繩短或過長，則井上人聽不到聲音，可及時調整繩長，因而轉槽子還起指示器作用。因中國有完備鉆井及處理或防止井下事故的工具以及不斷創新的技術，所以在深井鉆探方面千百多年間居于世界領先地位。中國發明的轉槽子是19世紀30年代在美國和德國這些西方國家最先出現的iars或Wechsels-tack等不同名目的震擊器的直系祖先，具有其全部功能。關于它的西傳歷程，詳見本文第二部分。

中國還最早將深井鉆探技術用于對地下天然氣和石油資源的開發，此舉具有世界歷史意義。天然氣是蘊藏在地層內的碳氫化合物可燃氣體，成分以甲烷為主，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重質氣態烴，還含氮、氫、二氧化硫和硫化氫等，儲存于地下巖石孔隙、空洞中，以導管輸送到使用地點作燃料用。石油為深褐色天然油狀可燃液體，是多種烷烴、環烴及芳香烴組成的混合物，亦含少量有機硫、氧及氮化合物，平均含碳量80--86％、氫10---14％，熱值1萬Kcal／kg。石油聚集于有孔隙、裂縫的巖石中，借鉆井方法開采而得。一般認為，石油由低等動植物在地層和細菌作用下，經復雜的化學和生物化學變化而成，出現于淺油層及深油層中。露出地表的油氣分為油苗、氣苗和瀝青，最易為古人發現。瀝青是有機膠凝材料，也主要由碳氫化合物組成，含少量氧、硫及氮化合物，色黑而有光澤，呈液態、半固態或固態，有粘結性、抗水性和抗腐蝕性。根據中國大地構造環境和古書有關記載，早在兩千多年前的西漢(前204—后24)，就在西北高奴縣(今陜西延長產油區境內)發現地表淺層的原油及其可燃性，唐人稱為石漆，用作車軸潤滑劑及燃燈照明。北宋科學家沈括(1031--1095)1080年來這里考察，將其稱為“石油”，這個名字一直沿用到現在。他認為“石油至多，生于地下無窮，不若松木有時而竭，……此物后必大行于世”。據《元一統志》(1303)卷五記載，宋元之際(13世紀后半期)“在延長縣南迎河有鑿開石油一井，其油可燃。又延長縣西北八十里永平村有一井，歲辦四百斤入[延安]路之延豐庫”。這是中國有關鉆井采油的較早文獻記載。四川石油分布于中生代深度地層中，從明代才有采油記載。《本草綱目》(1593)卷九稱：“國朝正德末年(1521)嘉州(今四川樂山)開鹽井，偶得油水，可以照夜。……近(1540---1550)復開出數井，官司主之，此亦石油，但產于井爾。”這是繼宋元之際陜北延川油井后，第二批開鑿的油井，由官府承辦。嘉靖《四川總志》(1545)亦有類似記載。何宇度(1560--1630)《益都談資》(約1598)卷上云：“油井在嘉州、眉州、青神、洪雅、犍為諸縣，居人皆用以燃燈。官長夜行，則以竹筒貯而燃之，一筒可行數里，價減常油之半，而光明無異。”唐、五代之際(10世紀)還對粘稠的黑色“石漆”(原油)進行粗制蒸餾加工，得到火力更猛的流體石油制品，稱“火油”，用于火攻。

西漢人還發現并利用天然氣。楊雄(前53—后18)《蜀王本紀》曰：“臨邛(今四川邛崍)有火井，深六十余丈，火光上山，人以筒盛火，行百余里猶可燃也。”晉人張華(232--300)《博物志》(約290)及常璩《華陽國志》(347)卷三都記載臨邛縣有火井(天然氣井)，以其中噴出的天然氣煮鹽。明人宋應星《天工開物》×1637)也提到四川火井，以長竹筒插入其中引出火氣可以煮鹽。清代在四川自貢地區鉆出不少天然氣深井，如乾隆三十年(1765)鉆成的老雙盛井深達530m，日產氣160m³。嘉慶二十年(1815)鉆成的桂粘井深797，8m。道光十五年(1 835)鉆成的粲海井深1001，4m，已達三迭系地層，日產氣4800--8000m³。道光二十年(1840)磨子井深1200m，鉆至石灰巖層主氣層，噴出火舌達幾十丈的高壓天然氣，成為火井王。在當時世界其他國家還未曾鉆出千米以上的深井。

縱觀中國古代鉆井史，雖始終以開采地下食鹽資源為主，但在13--16世紀還用深井鉆探技術開采地下石油，而在18世紀更大規模用于開采天然氣，為后世世界各國所效法。中國之所以能做到這些，有賴于國內有特殊地質構造蘊藏的天賦資源，且很早就被及時發現和利用；有賴于許多世代科學家、技師和能工巧匠在自然探索中積累的豐富經驗和智慧以及追求技術不斷創新的精神。中國發明的深井鉆探技術有很大科學技術含量，包括化學、地質學、力學和機械、采礦、冶金等工程技術方面的知識結晶和一系列科學發現、技術發明與革新。中國掌握深鉆技術幾百年后，又將其火炬棒傳至歐美點燃，古老的華夏知識逐步在近代世界成為新的科學觀念和理論基礎，也成為有關工程設計的基本理念，推動了相應學科的建立和發展。近代國際社會運用這些科學技術開采石油，經化學加工制成各種石油產品，導致一些新興工業和產品如汽車、飛機、拖拉機、機車、發電機、輪船、軍艦、坦克和裝甲車等的出現，改變了以往社會政治、經濟和軍事格局，還影響到人們的生活方式，世界面貌為之一變。直到今天，我們還切身感受到這些變化帶來的后果。所有這一切，歸根結底都是由于中國中世紀發明的深井鉆探技術引起的。現將歷代鹽井及氣井鉆進深度列表于下。

二、中國深井鉆探技術的西傳

現在需要回顧世界其他地區特別是歐美西方國家井鹽開發及深井鉆探史，并與中國進行比較，進而論述中國技術之西傳。歐洲從古代至近代所需的食鹽一直以海鹽為主，在16世紀以前歐洲人不知道鑿井取鹽。，在這方面比中國落后一千多年，歐洲人掌握的鉆井取鹽技術是從中國引

進的。經我們研究，中國鉆井技術在歐洲的傳播大體說可以分為三個階段：(1)14--16世紀時值中國元明時期，中國鑿井取鹽的技術思想首次傳人歐洲并付諸實踐。(2)17--18世紀之際，時值中國清初康熙中期(1683--1703)，此時中國以鐵制鉆頭借沖擊鉆進法的深井鉆探技術傳人歐洲并被實際應用。(3)19世紀的前三十年，時值中國清末道光初年(1826---1830)，此時中國經改進的繩式沖擊頓鉆鉆深井技術全面傳人歐洲及北美，一直用到19世紀末至20世紀初，成為世界近代鉆井技術的基礎。

很多歐洲國家都瀕海，因此自古以來至16世紀的漫長時間所用食鹽絕大多數(80％以上)以海鹽為主，內陸國家或地區所需的鹽由鹽商以馬車輾轉從沿海鹽場運進。統治沿海地區的官府和海鹽業主由此獲得豐厚的財政收入，形成鹽務壟斷。少數地區有地表或地下淺層的土鹽、砂鹽，但品質不佳、產量很小，且開發殆盡，已趨衰落。令人奇怪的是，歐洲人長期不知道地下深層蘊藏豐富的巖鹽和鹽水。雖然古代希臘、羅馬作者提到意大利西西里島和西班牙內陸有巖鹽礦，但在中世紀已被遺忘，或認為純屬奇談怪論而不予置信。除此之外，歐洲內陸地區的巖鹽礦之所以長期未能開采，還因為多位于山區，交通不便。但更重要的原因是沿海國家政府和業主極力維護生產海鹽的既得利益，不想在內陸開發礦鹽與海鹽競爭，甚至對此加以壓制。內陸地區和國家不得不每年付出巨資進口海鹽。

正當歐洲內陸地區想自主發展鹽業、擺脫對進口鹽的依賴而苦無良策時，中國古代鑿井取鹽的技術信息傳到歐洲。傳遞這一信息的是1271年從威尼斯出發，沿歐亞陸上通道東行而于1275年到達元世祖忽必烈汗上都的意大利旅行家馬可波羅(Marco Polo，1254--1324)，在華居住十七年后，1291年返回故國。他在其游記(1298)中談到至元十七年(1280)奉命從大都(今北京)至四川過金沙江(Brius)至云南行省(Karajang)首府大理路(Yaehi)時寫道：“此國內有很多鹽井，國人從其中取得食鹽，且皆賴此鹽以謀生，而國王亦從販鹽中得到很大一筆收入。”這里馬可波羅以在華見聞傳遞兩個信息：一是在內陸地區地下深處蘊藏食鹽資源，二是通過鑿井之法可以開采出來。

馬可波羅的游記1298年由比薩人呂斯蒂西恩(Rusticien de Pise)首先以古法文筆錄成書，至14世紀出現各種法文寫本及意大利文、拉丁文譯本流行于世。現存年代較早的有13世紀意大利人奧爾曼尼(Michael Ormanni，1244--1309)手抄的意大利文本、1400年法文寫本、1320年波倫亞人皮皮諾(Francesco Pipino)的拉丁文譯本，譯自意大利文。1477年德國紐倫堡城刊行的德文譯本是第一個印刷的版本。1532年格里納歐斯(Grynaeus)在瑞士巴塞爾城以拉丁文出版的《新世界》(Novus orhis)中收錄的該游記，以皮皮諾本為底本。意大利地理學家拉穆西奧(Giovanni Bathista Ramusio，1485--1557)編輯的《航海與旅行集》(Dellenavigazionie viaggi，3vols，Venezia，1556--1569)三卷以意大利文出版于威尼斯城，其中卷二刊于1559年，收入《威尼斯人馬可波羅游記》(I viaggi di Marco Polo Veneziano)，譯自皮皮諾的拉丁文本。由此可見，在14--16世紀時《馬可波羅游記》已有了大多數歐洲人能看懂的法文、意大利文、拉丁文和德文本流行于世。

“鑿井取鹽”這一中國技術思想在歐洲本土是前所未聞的，雖然古希臘、羅馬時代以來歐洲人知道鑿井，但主要是用來取水，從未想到從井中取鹽，因為他們不知道或不相信在內陸地區地下深層貯藏有純度較高的食鹽。馬可波羅的報道帶來了利好信息，但擁有海鹽的西歐國家對此卻無多大興趣，而對馬可波羅所說中國人鑿井取煤則反應敏捷，因歐洲在冶金過程中耗費大量木材，幾乎將森林砍光，于是從17世紀初便鑿井采煤。西歐對井鹽和井煤的態度適成對照，因對井鹽沒有急迫的需要。但對離海很遠的東歐、中歐內陸地區或國家而言，情況就不同了，迫切需要新的鹽源。得知鑿井取鹽的信息如久旱逢甘雨，迅即付諸實踐。在西歐鑿井取煤的同時，16世紀前后在喀爾巴阡山脈(Carpathian Mts，)西麓的東歐三個地方，即波蘭南部工商業城市克拉科夫(Krakow)附近的維耶利奇卡(Wieliczka)、博赫尼亞(Bochnia)和山南坡匈牙利境內的蘇沃爾(Soovar)出現了實際運作的第一批鹽井，直到18世紀還在生產。

1673年英國人布朗內(Edward Browne)來匈牙利蘇沃爾訪問，談到這里的鹽有不同的顏色，井深190m，以滑車將鹽從井下取出。1724年德國人布魯克曼(Ernest Bruckman)再次來訪，將其觀察通報給倫敦皇家科學院的斯隆爵士(SirHans Sloane)，此時井深已達256m，年產鹽600萬kg，以馬拉吊桶取鹽。1500年時波蘭的維耶利奇卡鹽井年產鹽300萬kg(博赫尼亞則產500萬kg)，以人力踏車(圖14)從井下提取鹽。17世紀(1670)時有關維耶利奇卡鹽井的報道使倫敦皇家科學院感到驚奇，“一位德國先生”說，井深360m，以馬拉盤車通過滑車將30—40人送入井下或從井下提升出，鹽有三種顏色，從白至黑，井下有燈照明。又據1591年英國訪問者報道，在俄羅斯圣彼得堡南200km處的斯塔爾札(Starja)也有鹽井。

按理說，元代時云南鹽井與四川鹽井一樣，應是北宋發展起來的卓筒井，即以鐵刃鉆頭借沖擊鉆進法鉆出的小口深井。但馬可波羅沒有進一步介紹具體鉆井方法，于是歐洲人便將鹽井理解成像一般水井或礦井那樣，按常規鑿井方法行事。因此，16世紀歐洲最早一批鹽井是大口井，鑿井技術相當于八百至一千多年前中國漢唐時代的水平，然而這在歐洲畢竟是一種新事物。西歐國家如德、英、法、西班牙、奧地利等國是通過對東歐波蘭、匈牙利鹽井訪問的報道中開始知道食鹽礦藏開采情況的。他們眼見波蘭國王和業主因此聚積了大量財富，便起而效法，決定在與波、匈產鹽區有類似地質構造的本國內陸地區開辟新的鹽源，在當地政府支持下，16--17世紀在德國東部薩克森(Saxony)、南部巴伐利亞(Bavaria)和英國中部柴郡(Cheshire)等地也出現了鹽井。這些井是按維耶利奇卡的模式開鑿的大口淺井，沒有達到足夠深度得到巖鹽，但卻采出有經濟價值的鹽水。這是中國鹽井技術西傳第一階段的大致情形。

西歐擁有鹽井時已經歷了文藝復興和科學革命，但當時的科學技術還幫助不了鹽工擺脫人工挖掘大口淺井的陳舊作業模式，只在提取鹽

水、煮鹽和使用煤為燃料方面作出局部改進。因為鑿井深度不夠，得不到濃鹽水和巖鹽，使井鹽進一步發展受到限制。在這種情況下，清初康熙年間(17--18世紀之交)中國先進的鉆井取鹽的技術信息傳到歐洲。在漢語中“鑿井”(well digging)與“鉆井”(well drilling)是兩個不同的概念，必須明確區分。“鑿井”是以外(jue)、鏟、鍤(cha)、鑿等常規工具人工挖掘出大口淺井；“鉆井”是以鐵刃鉆頭借沖力的機械作用鉆出小口深井，是獲得濃鹽水和巖鹽的有效手段。傳遞鉆井取鹽技術信息的是在華歐洲傳教士，他們與馬可波羅不同的是，多受過科學教育、精通漢語，能深入內地，在傳教伺時，以收集中國科技信息為重要目的之一，因此他們關于鹽井的報道應比馬可波羅更進一步。

據19世紀法國科學史家菲古耶(Guillaume Louis Figuier，1819--1894)《科學奇跡》(Les marveillesdelascience，4vols，Paris，1867--1870)卷四(1870)所載，塔不拉斯卡主教(Evfique deTabrasca)1704年10月11日用法文發表在《啟示書信集》(Lettms edhqantes)中的一封信，介紹了中國的鹽井。按《啟示書信集》全名為《海外傳教團某些耶穌會傳教士所寫的啟示與珍奇書信集》(Lettres dditTantes et curNenses dcrltes des Missions Etran~ms par quelques Missionnaires de laCompagniedesJesus)，這套書由巴黎耶穌會士杜阿德(JeanBaptiste duHalde，1674--1743)及勒·戈比安(Chades Ie Gobien，1653--1708)據在華傳教士所寫的有關中國的考察或研究報告而編成，共34集(Recueil)，每集相當于一卷，1703--1776年刊行于巴黎，卷四刊于1704年(清康熙四十三年)。這套書與《中華帝國通志》(Dessnption deI'Empiredela China，4vols，ParisParis，1735《及中國論考》(Memoires concernant les Chinois，16vols，Pates，1776----1814)并稱為有關中國的三大叢書，在歐洲有廣泛而深遠的影響。

菲古耶還引用17世紀最后幾年(清康熙末年)荷蘭首都阿姆斯特丹出版的法文本《別致的游歷》(Voyagepittoresque)，書中也介紹了四川鹽井。我們知道，早在明崇禎十三年(1640)意大利耶穌會士利類思(Ludovico Buglio。1606—1682)就在四川成都創建了傳教區，設有教堂。清康熙三年(1664)法國海外傳教團在重慶有天主教堂和傳教士住院，發展教徒二、三十人。康熙三十八年至四十四年間(1699----1705)重慶天主教堂有意大利人畢天祥(LouisAntoineAppiani,1673--17421和德國人穆天尺(Johann Mlillener，1673--1742)住院。。康熙年間在成都天主教堂住院的還有兩名法國教士白日降(Jearl Basset，1666----1707)和梁弘仁(Jean—Franq,ois Martin de la Ballu6re，?—1715)。因此，1694--1699年間阿姆斯特丹出版的有關鹽井的報道必是出于這些傳教士之手。至于巴黎出版的《啟示與珍奇書信集》中的報道，有跡象表明是康熙四十年(1701)來華的法國耶穌會士杜德美(Pierre Jartoux，1669----1720)據四川教友見聞起草的。

康熙年間四川鹽井區的鹽井都是小口深井，因而1694--1704年間在四川實地考察鹽井生產的在華傳教士向歐洲介紹的正是中國人以鐵刃鉆頭借繩式沖擊鉆進法鉆出小口深井、成功提取濃鹽水和巖鹽的技術，包括鉆頭形制及用法、清除井內土塊、打撈破損鉆具等環節。如上所述。歐洲人從16世紀始知鑿井取鹽，但一直不知鉆井取鹽。17--18世紀之交鉆井取鹽技術知識從中國傳人之后，歐洲人經過摸索試驗，掌握了以鐵刃鉆頭沖鉆代替單純挖掘的新的鉆井方法，完成西方鉆探史中的一次重大技術突破。當代美國研究食鹽史的權威馬爾特霍夫(Robe~P，Muhhauf)教授指出，雖然歐洲在中世紀就知道地下鉆孔，但在19世紀以前此技術一直是人工挖掘的輔助手段，且只是偶爾使用。例如法國人帕利西(BernardPalissy，1510—1589)1580年在《奇妙議論》(Discours admirables，Paris，1580)中談到以地下鉆探確定土壤特性，1611--1617年德國建筑師希克哈特(Heinrich Schickhardt)談到手持接有鉆桿的螺旋鉆頭鉆孔，用以找煤，再挖掘豎井，已在英國實行。1639--1640年荷蘭人亞當斯(J叩Adams)在阿姆斯特丹附近砂地中鉆至65，5m深時取得鮮水。人們對鉆具興趣不大，倒是關注如何使這樣深的井不致坍塌。以上只是16--17世紀的個別舉動，對歐洲深井鉆探發展沒有產生什么影響。

然而在中國鉆探技術知識傳人歐洲后，很快就在18世紀前二十年內首先在德國發生值得注意的兩件事。一是1713年西部山區城市策勒菲爾德(Zellerfeld)有一位機械師巴特爾斯(J.J Batels)為改善礦區露天豎井的傳統挖掘方法，推出一種他稱之為“Bohrmaschine”(“鉆井機”)的裝置，以鋼刃鐵鉆頭借繩式沖擊鉆進法鉆出25cm的小口豎井。鉆具以繩系在由二人踏車(Trittrad)驅動的提升器上。這是歐洲人按中國繩式頓鉆思維模式鉆井的最早嘗試，但鉆至一定深度后遇到堅硬的巖層，便沒有再繼續鉆下去而中途停止，因而沒有對后世產生太多影響。分析其原因，是由于提升鉆具的裝置采用百多年前波蘭維耶利奇卡鹽廠用過的并非有效的人力踏車(圖14)，鉆頭刃部形制單一，不能造成更大的沖力穿透巖層。中國繩式頓鉆所用的“繩”(rope)是竹篾繩(bamboo-strips rope)，既剛且柔，井工隨時持篾繩旋轉鉆頭以保持井腔筆直，防止井塌及其他井下事故。歐洲無竹，只好以粗麻繩代之，但因剛性不足，起不到竹篾繩那樣的作用。盡管如此，巴特爾斯的工作有歷史意義，他不失為西方鉆井史中的先驅者之一。

與巴特爾斯同時或比他稍早作鉆井嘗試的，還有萊比錫大學醫學教授萊曼(J.C.Lehmann，1675--1739)，他1714年發表《采礦鉆探器圖說》(Beschreibung des Bergbohmrs，Leipzig，1714)。書中描述并繪制鉆探設備，包括六種沖擊鉆進鉆

頭、四種從井中取出碎塊和水的部件和四種用于打撈破損鉆桿和鉆頭的部件(圖15)。這些部件掛在由三根支柱撐起的滑輪上，再以人力驅動的轆轤提起(圖15)。萊曼也采納了中國沖擊鉆探鉆小口井的思想，鉆頭形制與四川井工所用者相似，但稍有變通的是他沒用竹篾繩或其他材料的繩索，而是用長的硬桿拉動鉆具，影響到后世歐洲鉆井者照此行事。下面我們將指出，這種桿式沖鉆(rod percussion drilling)有諸多弊病，使歐洲人走了一段彎路，最后又回歸到新的繩式沖鉆。萊曼書中的插圖經少許改動出現在1724年德國人洛伊波爾德(Jacob Leupold)發表在《論提水機器》(Thentrinm machinarum hydrotechnicarum，Leipzig，1724)中。1728年瑞典人斯韋登堡EmanuelSwadenborg)在《食鹽》(DesMecommuni)一書中繪有當時俄國鉆井鹽時所用的鉆頭(圖16)，腳注中注明參照了萊曼的鉆探器，這些鉆頭也很類似中國人用的。萊曼的書談到鉆井器的許多用途，但后人的實踐和他本人的實踐表明，其最重要的用途是鉆井取鹽，尤其開采內陸地區地下深層的鹽源。這是中國鉆井取鹽技術最初傳人歐洲的大致情況，萊曼無疑在這個過程中起了先導作用。

后來，萊曼的工作被他的前助手博爾拉赫(J.G.Boflach，1687--1768)所發展。博爾拉赫為改善薩克森鹽廠的生產，以加大井深為主攻方向，1725--1731年在阿特恩(Artem)以挖掘與鉆進并舉，使井深達140m，1744--1764年在杜倫堡(Dtirrenberg)用鉆探方法獲得鹽水。雖然他沒能找到巖鹽，但他的努力在歐洲推廣用鉆進方法開鹽井方面是成功的。他的做法當時被稱為“采礦方法”(‘Berbaumethode)，此詞雖未必恰當，卻已傳開，實為挖掘與鉆進并用之法。博爾拉赫的工作得到薩克森政府的支持，1740年任命他為鹽務總監后，致力于用“采礦方法”改善符騰堡(Wtittenberg)的鹽業狀況，其同道者也堅持此舉，最終取得成功。用采礦方法采鹽付出的努力越大，得到的鹽水產量就越高。

勃蘭登堡—安斯巴赫(Brandenberg-Ansbach)政府當局直覺地認為，食用地下鹽泉的鹽有益于當地公民的健康。在政府支持下，1769---1785年通過鉆探在這里四次找到地下強鹽水。其中兩次由德國著名鹽業專家坎克林(Friedrieh Ludwig yonCancrin。1738--1812)及朗斯多夫(Karl ChristianLangsdorf.1757--1734)領導，鉆至97m深處幸運地得到鹽水。符騰堡人格倫克(Johann CeorgGlenk，1751--1802)1751年起任鹽廠廠長，1794年以挖掘和鉆進相結合使鹽井深度達到228m。遺感的是他未能如愿得到強鹽水和巖鹽。但其子(Karl Christian Friedfich Glenk，1779----1845)和其他人決定繼續沿著這一路子走下去，進一步發展了“采礦方法”找鹽，終于在19世紀前二十年內在德國西部符騰堡、巴登(Baden)和黑森(Hesse)三州交界處的溫普芬(Wimpfen)一帶取得新的成就。比爾芬格(L.F.Bilfinger)1816--1820年在內卡谷地(Neckar Valley)鉆至142m深時找到巖鹽。1818年小格倫克在137--142m深處鉆到巖鹽。

在德國影響下，法國在18世紀晚期鉆井項目成倍增加，但常常是為了找地下水。自流井(‘arte-sianwell)在西方被誤認為“法國的發明”，雖然英語artesianwell一詞確是源于法語puitsartsien，以法國北方阿圖瓦(Artois，拉丁文名Artesium)地名命名，因之此詞本義是“阿圖瓦井”。其實自流井本是中國的發明，早在唐朝四川富順已鑿出這樣的鹽井，明清時稱為“自流井”，這是需要說明的。當時法國文獻對自流井開發的歷史記載很少，我們只知道1781年在北方里爾(Lille)鉆出百米井，1784年在巴黎出現鉆至580m深的井，這個記錄在歐洲保持達一個世紀之久。法國地下鹽水蘊藏量稀少，限制了鹽井的發展，只是偶爾在1819年靠近德國的維克(Vic)發現鹽源，并生產井鹽。而鑿深井取水實際上也沒有多大發展前途。1829年法國作者布拉爾(J.E.Brard)說，自流井在法國已稀見。

至于美國，一般認為鉆井取鹽始于19世紀初弗吉尼亞州(今西弗尼亞州)卡納瓦(Kanawha)鹽廠。當時戴維·拉夫納(David Ruffner)和約瑟·拉夫納(JosephRuffner)兄弟1809年在這里一塊鹽漬地(salt-lick)上挖井，將內徑1m的空心楓木構成的木筒置入其中作為加固套筒，一人在井內移出泥土并加深挖掘。至4m處遇到易鑿通的薄巖層，得到稀鹽水。在另一處鑿出14m井，放入鐵刃鉆頭鉆進，再次得稀鹽水。又在第一個井中以接有長的鐵鉆桿的鋼制鏟形鉆頭，通過人踩動產生一上一下的沖擊作用，鉆至8，5m遇到巖床，再鉆至17，5m得到鹽水。從以上敘述中可以看出，19世紀初美國沿用了18世紀以來歐洲尤其德國流行的“采礦方法”即挖掘與鉆進并舉的方法譜寫其井鹽史的最初篇章的，而此法又是中國鉆井術傳人歐洲后的產物。

拉夫納兄弟開發鹽井之舉為周圍地方的其他人所效法，1819年已開出15--20口井，有30個煮鹽車間，年產鹽1800萬kg，平均井深116m。1827年卡納瓦地區有超過91，4m的61口井，1830年有平均深116m的井120口。鹽井還擴及到其他州，尤其俄亥俄州，此州1831年有300m以上深的井。不能認為美國人一味模仿歐洲鉆井工而無創新，我們認為最大的創新是拉夫納兄弟從1828年起以蒸汽機為動力驅動鉆頭鉆井。這是前所未有的，實現了真正意義下的機械鉆探。鉆機動力雖可由蒸汽力代替人力和畜力，但歐美所用鉆機本身的結構性問題并未因此得到解決，反成井鹽進一步發展的限制因素。

問題在于，隨著鉆孔的加深，與鉆頭直接連接的鉆桿長度和重量也相應增加，不只使它在每次撞擊中難以將鉆頭從被撞物中拉出，造成撞擊突然中斷，也使鉆具本身在撞擊過程中容易損壞。如果破損的鉆桿和鉆頭無法打撈，很多鹽井不得不因此報廢。曾試將鉆桿以中空的木或熟鐵制成，以減輕其重量，仍于事無補。因為自1714年德人萊曼書中發表這類鉆具圖說以來至18世紀末、19世紀初期間，幾乎沒有經受任何重大改變地一直沿用下來，其固有的結構性問題或隱患也就始終沒能消除，且越發凸顯。其實這個問題，中國早在幾百年前就已經解決，明代時四川井鹽區廣泛在鉆井工具上裝設的“撞子釬”或“轉槽子”，就是專門為解決

這一問題而設計的靈巧裝置，是保證深鉆成功的關鍵。其訣竅在于可避免竹篾或鉆桿與鉆頭直接連接，而是在二者之間設一活動裝置，其中有可上下滑動的鐵桿和套管(圖13)，這樣。上述隱患即可排除。

此活動裝置的機關奧妙，表面看來并不起眼，在17--18世紀中國鉆井術西傳的第一階段中，這部分沒有被介紹過去，因而歐美國家使用的鉆具都想當然地將鉆桿與鉆頭直接相連，由此產生的隱患存在一百多年，一直找不出根治方法。雖然18世紀末歐洲人已覺察到這類鉆具有缺陷，做了各種改進嘗試，包括對鉆頭形制的改變和新式打撈工具的設計等，都是治標措施。正當西方人have no way out時，19世紀初中國鉆井術第二次傳人歐洲，這次在鉆具內部設活動機關的技術被介紹過去。傳遞這一技術信息的是法國遣使會士安貝爾(Frangois Imbert，f1.1800--1870)。但我們在方立中(J.van den Brandt)的《中國遣使會士傳》(Les Lazaristes en Chine 1697--1935)等書中迄未找到對此人事跡的記載。只知道他于清末道光五年(1825)來華后，在四川重慶府教區住院期間曾前往附近敘州府和嘉定府井鹽區傳教并在井主、井師、工頭和井工中發展教徒。在他們的引導和解說下，他對井鹽技術做了細致的現場考察。

安貝爾將其考察報告用法文發表在里昂出版的《傳信協會年鑒》(AnnMesdel'Associatlon如la Propagation delaFoi)中，此年鑒全名是《傳信協會年鑒，東西兩半球主教及傳教士書信以及一切有關教會及傳信協會文件的定期文集，已刊<啟示書信集>一切版本的續編集成》(Annales如l'Association de la Propagation de la FoLRecueilPdn'odique des]ettres desdv quies et desmissionnai-res des missions des dew：monds，et tous desdocuments relati~aUX Minssions et a l'Associationde la Propagation de la FoLCollection faisant suite atouts les ditions des Lettres ddifiantes)，與《啟示書信集》開本相同(大32開)，每集相當于一卷，共刊65卷(1827--1903)。1828年在里昂出版的這套書卷三第361--368頁有安貝爾于1826年9月在嘉定府犍為縣五通橋寫給法國海外傳教團神學院院長朗格盧瓦(Langlois)的信《關于鹽井的考察》(Consultersurlespuitsdesel)。

安貝爾在考察報告中指出，當地有鹽井一千多口，井深490--585m，以130---180kg的鐵制鉆具鉆出，鉆頭上有傘體上部形狀的部件，由藤索懸之，有井上人在踏板上有節奏地跳動，以保證鉆井動作協調。鹽水在長竹筒中被提起，再用煤或井中放出的天然氣煮之。安貝爾這里所介紹的“鉆頭上有傘體形狀的部件”實際上就是鉆頭與鉆桿之間緩沖裝置撞子釬或轉槽子這一關鍵部件。安貝爾論四川鹽井深鉆技術的報道發表后，當時法國鉆井專家埃里卡爾·德蒂里(Hdficaide Thury)曾懷疑中國鹽井能否鉆到585m那樣深。因為號稱科學技術在世界領先的西方國家，直到1800---1884年間所鑿的井從未有超過1884年由法國人開創的580m深的記錄。他們不知道其實早在1820----1840年間中國四川所鉆鹽井已達1200m深，遠遠走在西方的前面，在西方人看來這應算是技術奇跡了。

為了打消德蒂里之流的懷疑，安貝爾又去四川敘州府富順縣鹽井區再做現場考察。1829年9月1日他在富順自流井給法國海外傳教團神學院的朗格盧瓦寫信，發表在1830年出版的《傳教協會年鑒》卷四第414--418頁。其中說，鉆具由藤條擰成的纜繩懸掛，在井中沖擊鉆進。纜繩另一端連在提供提升動力的鼓形絞盤上。安貝爾仔細統計了纜繩在絞盤上繞的圈數為50圈，絞盤周長12m，共繞繩長600m，總長945m，則井深確實達到610m，證明他原來報道的井深數據沒錯。與安貝爾同時期的中國人范鍇(1815—1885)也來四川井鹽區調查，并在道光二十五年(1845)刊行的《花笑顧(qing雜筆》卷一指出，乾嘉時(18世紀后半期至19世紀初)四川筒井達萬余，“歲增新鑿，深至百數十丈”，也印證了安貝爾的報道。安貝爾除上述兩篇外，1826—1831年還從四川寫了幾篇報道發表在《傳信協會年鑒》中，為法國漢學家高第(Henri Cordier，1849—1925)《西人論中國書目》(BibliotheeaSiniea)所著錄。

安貝爾對四川井鹽技術的報道，明確向西方國家展示了中國正宗的繩式沖擊鉆探技術及其所用工具，而這正是當時西方最急需的，因此迅即引起歐美相關人士的注意，并成為他們改進已有鉆探技術和工具的依據，且很快結出碩果，首先是歐洲版的撞子釬研制成功。1830年德國一流鉆井專家小格倫克(Karl C.F.Glenk)顯然還不知道這種裝置，因他用的鉆具不能有效削弱鉆頭的撞擊。但1839年他的同胞德欣(Heinrlch von Deehen，1809—1889)在《阿特恩鎮1831—1837年的鉆探工作》一文內第一次提到這種裝置。他說，厄因豪森(Karl vonOeynhausen)1834年6月在雷姆附近的新鹽廠(Neusalzwerk bei Rehme)鉆探時引入名為“變換器”(‘Wechselsohere)或“滑動器”(‘Schieber)的新裝置。。1858年德人貝爾(August H，Beer)在《地下鉆探術》(Erdbohrkunde，Prague，1858)一書中提供了厄因豪森研制的Wechselschere或Wechselstfiek的圖樣(圖17)。從圖中可見鉆桿與鉆頭并不直接相連，而是在二者之間放一個含有可上下滑動的圓筒的裝置，與中國明清時用的撞子釬或轉槽子有同樣的結構和功能，從而提供了保證深鉆順利進行所必需的新式武器。

八年后，德國人小格倫克的助理金德(C，G，Kind)1842年在盧森堡發表的《鉆工鉆井指南》(Anleitung zum Abteufen der Bohrl6cher，Luxem-burg，1842)一書中聲稱他已鉆出435m深的鹽井。次年(1843)他又研制成名為“自由降落裝置”(Freifall-Apparat)，裝設在鉆桿與鉆具之間，對深鉆成功有重要意義。據前述貝爾給出的圖樣(圖18)，它由兩個可自由插入和拔開的部件組成(其

中之一可上下滑動)，都放在套管內，下接鉆頭。下降時閉合，而在撞擊前松開(讓鉆具自由降落)，撞擊后又閉合。因而在工作原理上很像中國的轉槽子和由此衍生的美國式震擊器(American jars)，而且在早期解釋中常將“自由降落”裝置當成震擊器。但馬爾特霍夫認為，金德的裝置目的是確保固定不變的撞擊力，而厄因豪森的裝置之目的是緩沖震動并借反彈力使鉆頭解卡。這些新裝置的出現還幫助鉆工提高判斷鉆具在井內態勢的能力。

當德國人厄因豪森1834年在歐洲首次在鉆具中引入震擊器后，第二年(1835)他的本國同行弗羅曼(C.W.Frommann)在科布倫茨專門發表《論中國人的鉆井方法或繩式鉆探法》(DieBohr－MethodederChinesenoderdasSeilbohren，Coblenz，1835)一書，他在書中極力向西方推薦用他稱之為“中國人的方法”(‘Methode derChinesen)鉆井，指出此法比桿鉆有一系列優越性。中國繩鉆法的法國鼓吹者若巴爾(J.B.Jobard)1847年在斯圖加特市發行的《多種工藝雜志》上用德文發表《論鉆井及繩鉆》(OberdasBrunnenbohrenmitdemSeilbohren)一文聲稱，僅單獨一名法國井工就用中國方法成功鉆出89口井，并指出繩式鉆探法被獲得歐洲傳統桿式鉆探法利益的人不公正地懷疑和反對。因而利用繩鉆能成功鉆井，至此已由歐洲鉆井者的實踐所證實。

問題在于，那些試用繩鉆的人報道說，以此法難以保持鉆孔的垂直性，因為繩有伸縮性，不是垂直傳遞力的作用的有效介質。但這并不等于說繩鉆不比歐洲桿鉆先進，而只說明有的人沒有真正掌握“中國人的方法”并對“繩”(rope orSell)這個詞的含義有誤解。實際上中國人從不用有伸縮性的麻繩，而是用劈開的竹條擰成的篾繩(windthe split bamboo strips into ropes)，這在明人宋應星《天工開物》和馬驥的《鹽井圖說》中都有明確說明。20世紀美國人克勞福德(Wallace Crawford)和阿徹(M.T.Areher)在中國目睹鉆井繩索用可彎曲的竹條擰成的篾繩，每根繩通常直徑4.6cm或4--5cm至15cm，長12m，再逐根連接，井越深，繩越粗。篾繩有彈性，可繞在絞盤上提升鉆具，又有足夠剛性，井工不時反時針轉動繩，保證鉆孔垂直。法國人安貝爾介紹的藤繩，由棕櫚科省藤(Calamusplatyaeanthoides)的莖條擰成，與篾繩功效一樣。歐洲即使無竹或藤，可從中國進口，或用當地有類似性能的材料擰成的繩，美國人甚至用鋼絲繩也達到同樣的目的。因繩鉆比桿鉆有無比優越性，歐洲人用繩鉆成功鉆井，也就意味其此前所用桿鉆逐漸退出歷史舞臺。

中國有打撈井內損壞設備所需的各種工具，非常精巧，也被歐洲及時引進，因為西方人注意到，中、歐打撈工具是很相似的，但中國打撈工具種類更多。由于四川地下巖層既深又堅硬，故鉆工進度較慢，鉆一口千米深井需幾年時間，歐洲鉆井所需時間較短，有時鉆至100--300m或更淺就能得到鹽水。歐洲以鐵管為護井套管，代替木石套管，是一項革新。1846年法國人福韋爾(Fauvelle)引入注水鉆井法，通過中空鉆桿注入水流，將撞碎的巖屑從井中排出，而其實中國宋、明以來就用此注水技術，且使用有單向閥門(俗稱“皮錢”)的中空竹筒完成這一作業。1865年德國人基肯(Kieken)提出改用離心泵，效率倍增。1860年在德國薩克森境內的舍寧根(seh5ningen)利用美國卡納瓦鹽廠的做法，以蒸汽機為鉆探動力，代替人力或馬拉絞盤，鉆出580m以上的鹽井。

歐洲從18世紀初(1714)的桿鉆到19世紀三十年代回歸到繩鉆，是正本清源之舉，終于掌握中國深井鉆探術之真諦，同時又作出一些技術革新并研制出類似轉槽子的震擊器等新工具，使原有技術面貌大為改觀。德國一直是歐洲鉆探技術中心。1850--1880年代在各地政府部門支持下，鉆探工作屢創記錄，在東部埃爾福特(Erfurt)、柏林南的斯佩倫堡(Sperenberg)、伊諾弗羅茨瓦夫(Inowroelaw，今屬波蘭)和漢諾威(Hanover)等地都鉆出深井。1871年在斯佩倫堡井深達1184m。1884年在伊諾弗羅茨瓦夫井深至1000m，1886年在施拉德巴赫(Schladebach)的鉆探達到1748m。這些成就無疑是靠1835年弗羅曼所提倡的“中國繩鉆”(‘Chinesische Seilbohren)或“中國人的方法”(‘Methode der Chinesen)取得的，但到八十年代有人卻將此歸功于所謂“美國繩鉆法”(‘Amefikanische Seilbohren)或“美國技術”(‘American techniques)，這是錯誤的，因為繩式頓鉆技術是中國人在11世紀發明的，此時歐美還處于鑿井取鹽的史前期。當歐洲人將中國繩式鉆探所用的“繩”誤解為麻繩，驅動鉆具效果不佳，又以桿代繩，效果仍不好時，沒有歷史包袱的美國人堅持用中國繩式鉆探法，只不過以鋼絲繩代替麻繩，效果良好。美國人的貢獻是1828年首先在卡納瓦鹽廠以蒸汽機為動力驅動鉆具。但動力源的更新并未根本改變中國繩鉆工藝模式，最多只能說這是經美國人改進的中國繩鉆技術。

幾乎與德國人厄因豪森推出設有震擊器的鉆井裝置的同時，大洋彼岸的美國弗吉尼亞州卡納瓦鹽井區的技師莫里斯(William Morris)1841年9月4日從美國政府獲得研制“jars”(美式震擊器)的發明專利(U.S Patent 2243)。19世紀在卡納瓦研究當地制鹽史的學者哈爾(John P.Hale)1876年根據老的居民的回憶錄寫成《卡納瓦的制鹽》(ManufactureofsMtinKanawha)一文，此文收入阿特金森(G.W.Atkinson)所編《西弗吉尼亞州卡納瓦縣縣史》及莫里(M.F.Maury)等人編的《西弗吉尼亞州的資源》。二書中。哈爾在文內指出，莫里斯早在1831年就研制出這種裝置，只是十年后才申請專利。根據他所提供的該裝置插圖(圖19)及說明可知，它是裝在鋼繩與鉆頭之間的裝置，其靠近鉆頭的下部也有可上下滑動的套管。

由于美國不產竹，因而鉆具改由鋼絲繩懸掛，這是很好的替代物，因為鋼絲繩剛柔兼備，具有篾繩的特性，又能用機器生產。繩的另一端與提升裝置相連。鉆頭沖擊巖石時產生的回彈力使下面的套管向上滑動，從而將回彈力吸收，令鋼絲繩處于正常張力狀態而不扭曲。而當鉆頭在井底被卡住時，又因套管的上沖而解卡，避免鉆頭受損。因為它使鉆頭沖擊后產生回彈力而向上猛然一彈，因而稱為‘jar。英語中jerk或jar含義是“震動”，故可將其譯為“震擊器”。它在工

作原理和功用上與中國的撞子釬或轉槽子是相同的，就是說，歐美的jars或Wechselstiick雖名稱不同，也可能是在互不影響的情況下分別同時研制出來，但都有一個共同來源，它們都是明清時代中國四川鹽井區使用的撞子釬、挺子或轉槽子的直系后代。

19世紀(1809)美國最初在卡納瓦利用歐洲的“采礦方法”即挖掘與桿式鉆探并舉之法發展井鹽生產，二十年后當中國繩鉆法傳人西方后，美國人毅然于1830年起用繩鉆法，比歐洲人少走一大段彎路。十年后又推出震擊器和以蒸汽機驅動鉆具，使井鹽鉆探加速發展。1850年以后，美國強化鉆井力度還受到尋求石油這個新目標的刺激。露出地面或水面的原油在西方中世紀時就已發現，羅馬帝國學者普利尼(Gaius Plinius Secundus，23-79)在《博物志》(HistonaNaturalis，73)中稱為“可燃泥”，古英文稱“地油”(‘eflxth oil')，用于火攻和醫病。從1526年起將拉丁文petra(石)及01gbllTl(油)二詞組合成petroleum(“石油”)這個新名，一直用到現在，與四百多年前(1088)中國學者沈括取的名完全相同，也許是中西的巧合或文化交流的后果。雖然中國元、明時已多次通過鉆井取得石油，在世界石油史中開了先河，但近代在工業規模上鉆井采油是在19世紀從美國開始的。

美國有些地區的地下地質構造獨特，常常有鹽與油在地層中共生，且離地表不太深，易于開采。先前在鹽井中發現的石油，被看成是食鹽的有害副產品；當石油價值提高后，采油成為鉆井主要目標，其中的鹽反倒成為油的副產品。美國最早有代表性的油井是1859年8月德拉克(EdwinLaurentine Drake，1819--1880)在東部賓夕法尼亞州泰特斯維爾(Titusville)鉆出的，井深23m。，據布蘭特利(JF，Branfly)1961年的研究，鉆井時用繩式頓鉆法，以蒸汽機為動力，人稱“賓夕法尼亞方式”(“Pennsylvanian system”)，為美國石油工業的發展奠定了基礎。在德拉克采油成功的激勵下，其他一些州如堪薩斯、路易斯安那、德克薩斯、南達科他、紐約州和賓州其他地方也在19世紀相繼鉆出石油，油井林立。1859---1874年間已鉆出10499口井，平均每井壽命為2.5年。

由于美國很多地區鹽層和油層不深，因此在19世紀沒有鉆出1000m以上的井，非不能也，直到1909年在西部加利福尼亞州油田才鉆到這個深度，因這里與東部一些州地質構造不同。1877年德國人阿爾特漢斯(L.K.Althans)來美國東部考察鉆井工作，在《北美的繩鉆》(DasSeilhohrenin Nord Ameriha)一文內說，他注意到美歐繩鉆有所不同。第一，美國鉆探工具較長(14m)，但是一個整體，震擊器將特殊運動傳到接觸點的鋼絲繩，又借蒸汽機保持有節奏的鉆進。第二，鉆具的重量為歐洲鉆具的兩倍，故沖擊力更大。美國人用有絞刀的鉆頭，設法使鉆孔橫切面呈圓形，縱剖面保持垂直性，而歐洲很難做到這一點。阿爾特漢斯發現美國的設備是“原始的，但卻是有效的”(“primritiv abet effektiv”)。所謂原始的，指設備簡練而頗有中國古風。通過他的描述使我們聯想到美國鉆探工頗得中國四川鉆井工之真傳，只有美國人有這個條件，因為18世紀末中國工匠、海員就來到美國東海岸，19世紀前半期有數以萬計的華工來美國從事采礦、筑鐵路。不排除其中有四川鉆井工參與美國油井早期開發。與美國毗鄰的加拿大也如此，加拿大鉆井方式與美國也很類似。后來(1880年代)歐洲吸取了美國的長處，整個西方深井鉆探技術進入了現代階段，結束了中國鉆井術西傳的歷史。

1944年訪問過四川自流井的英國學者李約瑟(Jeseph Nedham，1900---1995)博士，對中國深井鉆探技術一直留有深刻印象，后來在演講和作品中多次談到。他認為深井鉆探技術是中國的一項杰出發明，為現代中國和世界各地石油鉆探和開采作了先驅，盡管中國古代鉆井主要是為汲取鹽水。因四川遠在內地，必須有當地產的鹽。而四川紅土盆地底層下正好蘊藏大量鹽鹵和天然氣，這些論述都是正確的。但他說“在公元前2世紀的漢代人在四川已鉆出2000英尺(609.6m)深的鹽井”，恐不確切，實際上漢代是井鹽史中的大口淺井階段，靠人力挖掘，而用鐵刃鉆頭鉆出300m以上深井始于北宋(11世紀)。李博士又說，中國鉆井方法無疑影響到1126年在法國里拉(Lillers)的第一批自流井鉆探。但據現存西方文獻尤其法國文獻所載，法國第一批自流井是18世紀末在里爾(Lille)和巴黎附近鉆出的。也沒有證據顯示中國繩式頓鉆法在13世紀通過阿拉伯地區傳到歐洲，阿拉伯文獻亦無相關記載。

鑒于中外不少作者引用李約瑟論中國深鉆技術及其西傳的論述，此處不得不指出，我們這位可敬的老朋友將宋以前挖掘的大口淺井與宋以后用鉆頭鉆出的小口深井等同起來，因而將后者起源及西傳時間定得過早，不能再因襲下去了。造成這種誤會與中外作者常將中國古書所說“鑿井”(“well diggirig”)與“鉆井”(“well drilling”)混淆起來不無關系，今天不能再重犯這個錯誤了。

后記：本文寫作過程中特別受益于林元雄先生主編的《中國井鹽科技史》(1987)和我的美國同行好友羅伯特·馬爾特霍夫教授的《海洋的禮物：食鹽史》(Naptunesgif?：A haistoryofcommon salt.Baltimore。1978)這兩部力作。我對井鹽史的興趣是與羅伯特相處時產生的，1982年我在華盛頓時曾與他共事并在他家住過一段時間。我們每天交談硝石、火藥和食鹽的歷史，他希望其鹽史書再版時我能為他補寫有關中國的史料。1990年我建議他和我一起出席四川自貢市舉辦的國際鹽史討論會，我們還參觀鹽業歷史博物館及井鹽生產現場。回來后我開始整理過去收集的中外鹽史資料，可是他的書一直沒能再版，我便作別的研究了，但心中總有個懸念。現在終于又拾起這項選題，據資料寫成論文，三易文稿，了此心愿。鑒于先前人們對中國深井鉆探技術西傳較少作專門研究，故本文大半篇幅談這個問題。

2008.9定稿于北京

作者簡介：潘吉星(1931-)，男，中國科學院自然科學史研究所研究員、國際科學史研究院(巴黎)通訊院士。

(責任編校周聰)