東周時期礦物辨識方法及礦冶技術芻議

易德生

（湖北社科院，湖北 武漢 430077）

東周時期礦物辨識方法及礦冶技術芻議

易德生

（湖北社科院，湖北 武漢 430077）

從先秦文獻及湖北銅綠山古礦遺址來看，東周時期對銅礦等礦物有幾種主要的辨識方法.同時，東周尤其是戰國時期，銅礦等礦物的開采能力，及礦物的冶煉技術比起商和西周時期，有大幅度提高.

東周；礦物；辨識；開采；冶煉；技術

東周（春秋戰國）是中國歷史上社會巨變時期.東周時期經濟、社會及文化空前活躍，社會各階層對體現身份和財富的青銅器的需求空前高漲；在此背景下，對青銅原料（包括銅、錫及鉛等）的需求也隨之高漲.因此，如何更好地辨識銅礦等礦物、如何提高礦物的開采量及如何提高礦物的冶煉技術和效率，都成為迫切問題.我們從先秦文獻及湖北銅綠山古礦遺址來看，東周時期有長期積累的辨認礦物的方法，

同時，東周尤其是戰國時期的銅礦等礦物的開采能力，及礦物的冶煉技術比起商和西周時期，有大幅度提高.

1 東周時期的找礦方法

東周時期的文獻對尋找銅礦等礦物的方法做了某些總結，我們對東周時期可能的找礦方法做一歸納，找礦方法大致有下面三種.

1.1 根據礦物的物理特點找礦

礦物的物理特點有顏色、形狀、硬度、光澤等等.古人沒有很多化學檢驗知識和各種找礦工具，大多可能是按祖輩傳下來的經驗，主要依據不同礦物所具有的獨特物理特點來找礦.比如對于銅礦，從明清有關礦冶記載的情況來看，其找礦、探礦經驗和先秦兩漢并沒有本質差別，都主要從礦物的顏色、硬度、比重等較為容易把握的物理性狀入手，來尋找礦床；如果說明清找礦方法有所提高，主要是體現在對貧礦、富礦或者同一礦物的地質賦存狀況有更多認識而已.比如，根據清代吳其濬《滇南礦廠圖略》和倪慎樞《采銅煉銅記》中有關于云南銅礦石顏色的記載，比如屬于“綠礦”的礦石，根據顏色可分為如“墨綠”、“黃斑綠”、“豆青綠”、“穿花綠”、“‘松綠”、“大亞子”等多種，前三種顏色的礦石含銅量高.

對于煉銅而言，有自然紅銅最好，然而，自然界紅銅很少，我國古代最主要的冶煉銅礦是孔雀石，它是一種氧化銅礦石，化學分子式為[Cu2CO3（OH）2].這種氧化銅礦石在商周的礦冶或鑄銅遺址中總是與木炭、銅渣等同出，這也表明它的確是商周時代最主要的煉銅礦石.

孔雀石從外觀、色澤上比較好認.它呈翠綠色，色如孔雀之羽翎，所以叫 “孔雀石”.它也有很強的玻璃或金剛光澤.李時珍《本草綱目》談到孔雀石的形成原因，“石綠生銅坑中，乃銅之祖氣也，銅得紫錫之氣而綠，綠久則成石，謂之石綠”，比較正確地指出孔雀石是銅的氧化物的一種，是銅礦的一種次生礦物.大冶銅綠山之所以很早被開發，應與其孔雀石含量大且品位高、比較容易找礦有關.清同治六年《大冶縣志·山川志》記載：“銅綠山在縣西馬叫堡，距城五里，山頂高平，巨石對峙，每驟雨過時，有銅綠如雪花小豆點綴土石之上，故名”.

倪慎樞所著的《采銅煉銅記》記載了云南工匠仍然依靠顏色來尋找孔雀石等氧化銅礦石的方法，該書中說：“（銅礦）充于中而見乎外……諦觀山崖石穴之間，有碧如縷或如帶，即知其為苗.”“礦脈微露謂之苗，細苗如線謂之引”，“一山有礦（銅礦），千山有引”①.顯然，這種如縷如帶顏色“碧綠”的“苗”就是“綠石”礦帶，也即是包括孔雀石在內的綠色氧化銅物.

1.2 根據指示植物找礦

商周時期可能還有根據礦物指示植物來尋找礦物的方法，這種方法較為簡便，應該具有某種普遍性.某些植物由于喜好，吸收礦山中某種高含量的金屬元素，而形成礦物指示植物.如唐代的段成式《酉陽雜記》卷16這樣記載礦物指示植物：“山有蔥，下有銀，光隱隱正白.草青赤秀，下有鉛；草頸黃秀，下有銅”.銅礦豐富的地表往往生長著一種銅草花，叫“海州香薷”（Elsholtizia hachowensis），即俗稱的“銅銹草”或“牙刷草”，這種草也往往是找銅礦的重要指示物.大冶銅綠山礦區、瑞昌銅嶺銅礦區及安徽長江沿岸銅礦區都普遍有這種銅草叢生.

1.3 根據礦物的共生性找礦

我國很多金屬礦是多金屬共生礦.比如江西及湖南有很多錫多金屬共生礦，全國各地到處存在鉛銀及鉛鋅共生礦等.《管子》與《山海經·五藏山經》都認識到金屬礦共生現象，并對某些常見的共生礦現象作了經驗總結，這些總結實質上也能夠指導人們利用金屬共生礦現象去尋找礦產.

《管子·地數篇》云:“凡天下名山五千二百七十，出銅之山,四百六十七山”.“上有丹砂者，下有黃金；上有慈石者，下有銅、金；上有陵石者②，下有鉛、錫、赤銅；上有赭者，下有鐵，此山之見榮者也”.此篇又云：“桓公問于管子曰：‘請問天財所出？地利所在？’管子對曰：‘山上有赭者，其下有鐵；上有鉛者，其下有銀.一曰：‘上有鉛者，其下有鉒銀，上有丹砂者，其下有鉒金；上有慈石者，其下有銅金.’此山之見榮者也”.《管子》的成書時代，基本可以認為是在戰國時期，但記載的有些史料還較早，《管子》對共生礦現象的記載和對找礦規律的總結，無疑是對長久以來工匠們找礦經驗的總結.對于《管子》這些話的正確程度，夏湘容等做了具體分析，認為這些經驗是有實踐根據的，并大體是存在的③.

《山海經·五藏山經》中，對金、銅、鐵、玉等礦產的分布作了較多記載，其中也提到礦物的共生現象.如《山海經·五藏山經》文中總是出現某山“上有玉，則下有銅”，“其陰多鐵，其陽多銅”等詞句.《山海經·五藏山經》的“中山經”提到“嬰侯之山，其上多封石，其下多赤錫”,“服山，其上多封石，其下多赤錫”等④.《山海經》中的這些敘述沒有《管子》所總結的更有普遍性，但也反映了古人利用共生礦找礦的意識和行為.

2 礦物開采技術的大幅提高

東周時期開采技術最顯著的變化是鐵質工具的出現.春秋之前，礦山井巷的開拓主要依靠青銅工具，如銅斧、銅錛等；春秋時期由于青銅工具體形變大，開鑿礦體的能力有所提高.春秋戰國之際，開鑿井巷能力更高的鐵質工具開始出現，從而使井巷的開鑿能力大幅度提高.據對銅綠山遺址的研究，由于鐵質工具如鐵斧、鐵錘等的運用，豎井的深度比以前加深（常低于地下水位），井巷的斷面增大將近一倍，常達110-130cm左右⑤.

隨著井巷開采斷面的增加和豎井深度增加，如何更好抵抗井巷圍巖壓力便成為問題.戰國時期，又出現了新的抗壓性能更高的支護型式.據考察，銅綠山遺址春秋時期豎井出現了Ⅴ式支護，戰國時期出現了更方便但更具有抗壓性的Ⅵ式支護“密集法搭口式”⑥.這種支護是由四根圓木兩端砍削成臺階狀搭口，然后搭接成方形框架，層層疊壓，堆砌而成⑦.Ⅵ式支護在銅嶺遺址戰國時期的豎井中，也可看到⑧.這種豎井支護的優點，有學者總結為：便于制作、拆卸、周轉使用；能夠增加井筒作業斷面；抗壓性能好⑨.

由于井巷開鑿能力提高和井巷深度及斷面的增加，相比東周之前的井巷系統，戰國時期的地下井巷系統更加復雜，規模更加宏大，往往在很小的范圍內，有密集的豎井、斜巷、平巷分布，這些井巷相互連通，高低錯落，猶如迷宮，令人驚嘆古人高超的采礦能力.

值得注意的是，由于井巷深度和寬度的增加，井巷復雜程度的增加，也促使地下工程系統的其他子系統，如礦料的開采方式、礦井提升、排水、通風及照明系統等，都不同程度地提高了技術含量.銅綠山遺址就鮮明體現了這一點.例如對提升系統而言，戰國之前由于井巷淺短，用人工提升礦料，戰國時期由于井巷加深，礦料開采量加大，出現了較省力的提升工具——木質轆轆⑩.

3 礦物冶煉煉爐的型式及其所體現的技術進步

東周時期的礦物冶煉爐子保存得較好，從銅綠山古礦遺址和安徽皖南古銅礦遺址所保存的銅礦冶煉爐來看，充分體現了東周時期礦物冶煉技術和效率的大幅度提高.

銅綠山冶煉遺址出土了東周時期的煉爐，共有12座，其中春秋時期10座，戰國時期2座.這些豎爐雖然殘缺，但有些爐子的樣子還大致可以看出，結合古代流傳下來的土法煉爐和當今冶煉工藝，學者們已經大致能夠復原出來爐子的樣式，并能夠根據冶煉遺址的礦石，煉渣等遺物用復原的煉爐進行模擬煉銅試驗，效果良好，也說明煉爐的復原是成功的?，從這些春秋豎爐的型式及模擬冶煉效果來看，這些爐子顯然已經是很進步、成熟的爐子，在這之前，應該還有一個發展時期.

從東周時期銅礦煉爐的樣式和模擬效果來看，這種冶煉豎爐較以前有很大的進步，并且解決了一些很關鍵的技術問題，這些問題也是以后礦物煉爐所必須要注意的.根據專家們的研究，這些解決的關鍵技術問題包括下面幾點.一是選用高嶺土等較好的耐火材料來修筑煉爐.同時也注意到，煉爐不同部位，所用材料有所差別，以適應不同的溫度需要.二是風溝的出現.風溝的出現是煉爐技術上的一個重大發明，它最主要的作用是可在風溝處加溫，防止爐缸凍結，以便于爐渣和銅液的排出.三是豎爐由于體積較大，冶煉過程中，需要解決好爐渣和銅液的分離問題，也即需要解決好造渣問題.從古礦遺址排出的大量表面光滑的爐渣來看，造渣及配礦技術是得到較好解決的.四是爐子必須要有較強的通風能力，需要配備鼓風設備.這四個問題在銅綠山豎爐中都得到了較好解決，所以，春秋豎爐是一種較為成熟的冶煉豎爐，也應該是一種較為有代表性的豎爐.

除了銅綠山遺址出土有東周時期的冶煉豎爐外，皖南南陵江木沖冶煉遺址也出土有煉爐9座，其結構和型式與銅綠山豎爐類似?.秦漢以后的冶爐（冶銅或冶鐵），從最基本的設備上講與之沒有多大質上的差別，最多也就是量方面的差別，比如爐的容積、傾斜角度等等.

注 釋：

①倪慎樞.采銅煉銅記.夏湘蓉，等.中國古代礦業開發史.327.

②戴望《管子校正》：“上有陵石者，《御覽》地部三引作綠石，珍寶部九引作陵石，與今本同”，見四部備要本《管子》卷23.

③夏湘蓉，等.中國古代礦業開發史.317-331.

④夏湘蓉，等.認為，“封石”大致是塊狀白色石英，這些話可能是反映了石英脈型錫礦的特點.見氏著：《中國古代礦業開發史》，328.

⑤黃石博物館.銅綠山古礦冶遺址.文物出版社，1999.189.

⑥⑦⑩黃石博物館.銅綠山古礦冶遺址.184,20，189-190.

⑧這里被稱為“搭口垛盤式”.劉詩中，盧本珊.江西銅嶺銅礦遺址的發掘與研究.考古學報，1998，（4）.

⑨韓汝玢，柯俊.中國科學技術史（礦冶卷）.科學出版社，2007.92-93.

?中國社會科學院考古研究所銅綠山工作隊.湖北銅綠山古銅礦再次發掘——東周煉銅爐的發掘和煉銅模擬試驗.考古，1982，（1）.

?陳立新.皖南古代銅礦的初步考察與研究.文物研究（第3輯），1989.

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1673-260X（2011）12-0169-02