翁牛特旗大營(yíng)子冶煉遺址研究

李延祥，董利軍，陳建立，朱延平

(1．北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所，北京 100083;2．內(nèi)蒙古師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010022;3．北京大學(xué)文博學(xué)院，北京 100871;4．中國社會(huì)科學(xué)院考古研究所，北京 100070)

0 引言

大營(yíng)子冶煉遺址(以下簡(jiǎn)稱“遺址”或“大營(yíng)子遺址”)是根據(jù)當(dāng)?shù)卮迕裉峁┚€索發(fā)現(xiàn)的。筆者等先后于2003年1月，2008年6月、9月、11月對(duì)大營(yíng)子遺址進(jìn)行了4次考察。遺址位于翁牛特旗五分地鎮(zhèn)大營(yíng)子村南側(cè)的大山的北坡上(圖1)，中心點(diǎn) GPS 數(shù)據(jù)為 N 43°10'06.6″，E 118°26'45.1″，海拔921 m，北距著名的林西縣大井古銅礦遺址60 km。

遺址可分為東西兩區(qū)。東區(qū)最大特征是有一座邊長(zhǎng)40 m的正方形山城，從山城向東跨過一深溝即為東區(qū)主體部分。據(jù)當(dāng)?shù)卮迕窠榻B，東區(qū)于2002年秋季有大量墓葬被盜，2003年1月考察時(shí)見有被盜墓葬約百余座，皆為典型的夏家店上層文化石板墓(圖2)。西區(qū)的主要跡象為大營(yíng)子村西一深溝西側(cè)底發(fā)現(xiàn)一灰坑遺址(圖3)。東區(qū)地表散布被盜掘出的大量夏家店上層文化陶片、人骨及石板，證實(shí)此區(qū)實(shí)為一墓區(qū)。在墓區(qū)盜掘出的土中及其東緣溝坡上，采集到大量爐渣、陶片、石器(圖4)及人骨。上述跡象顯示東區(qū)的冶煉遺跡應(yīng)在墓地建成之前形成，并為后建墓葬所覆蓋或打破。西區(qū)灰坑內(nèi)集中堆積有爐渣、木炭顆粒等遺物，附近可采集到礦石、陶片等遺物。

遺址東區(qū)上共采集到24件典型陶片和2件石器殘件樣品(圖4)，陶片樣品均為夾砂紅陶，其中包括9件圓錐體狀鬲足(長(zhǎng)度為5～10 cm)，1件器物耳部(中間一排右三)和三足器的襠部(下排左四)，其余均為厚度約0.8 cm的器壁殘片。器物耳部殘片與兩件面積較大的陶片(中間一排左一和右一)表面呈黑灰色。以上遺物均屬夏家店上層文化。

遺址東區(qū)上共采集到28件爐渣樣品(圖5)，均為粘有爐壁的爐渣。爐渣呈黑褐色，大部分爐壁呈土黃色，5件樣品(上數(shù)一排右三，第二排左二和右三，第三排右二與右四)的爐壁部分呈磚紅色。爐渣體積相對(duì)其他遺址較大，最大兩塊(上數(shù)一排和第二排左三)長(zhǎng)度在10 cm左右，6塊爐渣體積在5 cm×5 cm×3 cm到8 cm×8 cm×4 cm之間，有2塊樣品體積不足2 cm×2 cm×2 cm。遺址西區(qū)灰坑所處爐渣與東區(qū)采集爐渣形貌相同，附近共采集到6塊礦石樣品，最大一塊體積約為4 cm×3 cm×2 cm，其余5塊體積都不大，約為1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm。6塊礦石均為黃褐色脈石上附著的藍(lán)色和綠色層狀銅礦物。

1 樣品檢測(cè)

1.1 爐渣分析

遺址上采集爐渣呈黑褐色，結(jié)構(gòu)致密，大塊渣多數(shù)帶有紅褐色草拌泥質(zhì)的爐壁，選取11個(gè)樣品進(jìn)行分析，其中 DYZ1～DYZ6共6個(gè)樣品出自東區(qū)，DYZ7～DYZ11共5個(gè)樣品出自西區(qū)灰坑。使用日本電子公司JSM6840LV掃描電鏡和美國熱電公司Noran System six能譜儀對(duì)樣品進(jìn)行觀測(cè)及拍照。分別對(duì)爐渣基體和爐渣中金屬顆粒的成分進(jìn)行能譜分析。工作加速電壓為20 kV，能譜分析的駐留時(shí)間為60 s。基體成分經(jīng)能譜分析結(jié)果見表1。在其中9個(gè)樣品中找到19個(gè)較大金屬顆粒，經(jīng)能譜儀分析的各金屬顆粒成分見表2及圖6～11。

表1 爐渣基體成分SEM－EDS分析Table 1 SEM－EDS analysis on the slag matrix (%)

表2 爐渣中金屬顆粒成分SEM－EDS分析Table 2 SEM－EDS analysis on prills in the slag (%)

1.2 礦石分析

對(duì)遺址西區(qū)采集到的6塊礦石進(jìn)行了掃描電鏡觀測(cè)(設(shè)備型號(hào)與觀測(cè)條件同前文)，分別觀測(cè)到以銅、錫、砷、鉛、銀為主的物相，據(jù)此推斷遺址使用的是銅錫砷鉛并含有銀的共生礦石，典型礦石物相參見圖12～15。為方便起見，各圖中直接標(biāo)出了各主要物相的位置和主成分或相應(yīng)礦物。

1.3 鉛同位素分析

目前所知的夏家店上層文化銅礦遺址只有林西大井古銅礦遺址［1］，且該遺址冶煉遺跡規(guī)模與采礦遺跡規(guī)模不匹配，必有大量礦石外運(yùn)它處冶煉，巴林右旗塔布敖包冶煉遺址的研究已顯示其礦石來源于大井古銅礦遺址［2］。大營(yíng)子遺址的礦石也很可能來源于大井古銅礦遺址。為證實(shí)此點(diǎn)，選取了大營(yíng)子遺址4個(gè)爐渣(來自東區(qū))和1個(gè)礦石(來自西區(qū))樣品，以及大井古銅礦遺址爐渣、礦石各6個(gè)樣品委托核工業(yè)地質(zhì)研究院測(cè)試中心進(jìn)行鉛同位素比值和微量元素分析。使用設(shè)備為ISOPROBE－T熱電離質(zhì)譜儀，依據(jù)GB/T 17672—1999《巖石中鉛鍶釹同位素測(cè)定方法》進(jìn)行，礦石和爐渣中的鉛富集是通過離子交換樹脂來實(shí)現(xiàn)的。鉛同位素比值分析結(jié)果見表3。

表3 大井古銅礦遺址與大營(yíng)子遺址礦石、爐渣鉛同位素比值表Table 3 Lead isotopic analysis on the ores and slag from the Dajing and Dayingzi Sites

(續(xù)表3)

大營(yíng)子遺址的4個(gè)爐渣樣品的鉛同位素比值數(shù)據(jù)中，206Pb/204Pb最大值(爐渣DYZ18)為18.367，最小值(爐渣DYZ19)為18.317，算術(shù)平均值為18.339;207Pb/204Pb最大值(爐渣 DYZ18)為15.604，最小值(爐渣 DYZ19)為 15.543，算術(shù)平均值為 15.572;

1.4 微量元素分析

微量元素的分析委托核工業(yè)地質(zhì)研究院測(cè)試中心分析微量元素測(cè)試使用Finnigan MAT制造的高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(HR－ICPMS)，依據(jù)DZ/T 0223—2001電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP－MS)方法通則進(jìn)行。大營(yíng)子遺址微量元素測(cè)定使用了與鉛同位素比值分析共同樣品。本208Pb/204Pb最大值(爐渣 DYZ18)為38.336，最小值(爐渣DYZ19)為38.140，算術(shù)平均值為38.232。

把大營(yíng)子遺址與大井古銅礦遺址的爐渣和礦石的鉛同位素比值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分別作鈾鉛圖和釷鉛－鈾鉛圖(圖16～17)。研究?jī)H給出了特征明顯的Zn、Mo、Pb的測(cè)定結(jié)果，見表4。

1.5 碳十四年代測(cè)定

為獲得大營(yíng)子遺址東西兩區(qū)冶煉遺存的絕對(duì)年代，對(duì)東區(qū)爐渣中發(fā)現(xiàn)的2個(gè)木炭樣品及西區(qū)與爐渣共存的1個(gè)木炭樣品在北京大學(xué)使用AMS法進(jìn)行了年代測(cè)定，結(jié)果見表5。

表4 大井古銅礦遺址與大營(yíng)子遺址礦石、爐渣微量元素分析Table 4 Trace element(Zn，Mo and Pb)analysis on the ores and slag from the Daying and Dayingzi Sites (μg/g)

(續(xù)表4)

表5 大營(yíng)子遺址年代測(cè)定結(jié)果Table 5 Carbon dating results of the Dayingzi Site

2 討論

2.1 大營(yíng)子遺址冶煉產(chǎn)品

大營(yíng)子遺址爐渣基體成分以SiO2－FeO為主。爐渣中含Cu量比較低，11個(gè)樣品中有8個(gè)樣品的Cu含量低于2%。爐渣中大多數(shù)金屬顆粒含As和Sn，但含量高低不均。19個(gè)顆粒中11個(gè)含As，最高的含量為11.36%，平均含量為6.21%。有13個(gè)顆粒中含 Sn，最高含量為 26.64%，平均含量為10.02%。其中有5個(gè)顆粒同時(shí)含有As和Sn。這些大小不一的合金顆粒處于形成過程之中，未及沉降到爐底而殘留于爐渣中，無數(shù)個(gè)上述顆粒匯集到一起就會(huì)形成最終產(chǎn)品，因此可以判定大營(yíng)子遺址東西兩區(qū)的冶煉產(chǎn)品是銅錫砷三元合金，不同爐次的具體產(chǎn)品在砷錫含量上可能有波動(dòng)。

2.2 大營(yíng)子遺址礦石來源

從圖12～15觀測(cè)結(jié)果看，大營(yíng)子遺址礦石含有銅氧化礦物、銅砷氧化鉛礦物、砷氧化礦物、錫石及少量鉛氧化礦物等，與多種文獻(xiàn)報(bào)道的大井銅礦所含礦物種類吻合。

從圖16和圖17中可以看出，大營(yíng)子遺址的礦石、爐渣的鉛同位素比值數(shù)據(jù)都落在大井古銅礦遺址的礦石和爐渣數(shù)據(jù)分布的范圍內(nèi)。

大營(yíng)子遺址礦石樣品的206Pb/204Pb值比大井遺址礦石的均值低0.010，這個(gè)差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大井遺址6個(gè)礦石樣品206Pb/204Pb數(shù)值的極差(0.043);207Pb/204Pb值比大井礦石均值高0.005，這個(gè)差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大井遺址6個(gè)礦石樣品207Pb/204Pb數(shù)值的極差(0.036);208Pb/204Pb值比大井遺址數(shù)據(jù)的均值低0.030，這個(gè)差值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大井遺址礦石樣品數(shù)值的極差(0.126)。

大營(yíng)子遺址4個(gè)爐渣樣品的206Pb/204Pb的均值比大井遺址爐渣的均值低0.016，這個(gè)差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大井遺址6個(gè)爐渣樣品206Pb/204Pb數(shù)值的極差(0.071);207Pb/204Pb均值比大井爐渣均值低0.023，這個(gè)差值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大井遺址6個(gè)爐渣樣品207Pb/204Pb數(shù)值的極差(0.096);208Pb/204Pb值比大井遺址數(shù)據(jù)的均值低0.081，這個(gè)差值也遠(yuǎn)低于大井遺址爐渣樣品數(shù)值的極差(0.307)。

地質(zhì)文獻(xiàn)顯示大井銅礦具有高鋅、低鉬的特征［3，4］，魏國鋒［5］的分析及本研究的分析也都顯示大井遺址礦石和爐渣確有高鋅、低鉬，本研究對(duì)大井大營(yíng)子遺址礦石的微量元素呈現(xiàn)出高鋅、低鉬的特點(diǎn)，與大井古銅礦礦石非常吻合。大營(yíng)子遺址爐渣含鉛量較大井古銅礦遺址爐渣低很多，表明其冶煉或因時(shí)間較長(zhǎng)、或因溫度較高，致使鉛得以充分沉降進(jìn)入了產(chǎn)品合金中。

綜上，從鉛同位素、微量元素分布看，大營(yíng)子遺址的礦石來自于大井古銅礦遺址無疑。

2.3 大營(yíng)子遺址的年代

大營(yíng)子遺址東西兩區(qū)所出帶有爐壁的爐渣、陶片等在類型學(xué)上與大井古銅礦遺址、塔布敖包遺址所出者完全相同，因此可以肯定大營(yíng)子遺址所有冶煉遺物屬于夏家店上層文化無疑。

大營(yíng)子遺址東區(qū)獲得的爐渣中經(jīng)破碎獲得的兩個(gè)木炭標(biāo)本測(cè)定的年代(表5)分別為1 511—1 388 BC(置信度92.9%)、1233—1011BC(置信度94.0%)，表明其最早年代為1 500 BC，最晚年代也達(dá)到1 000 BC。

赤峰北部有關(guān)夏家店上層文化的年代測(cè)定主要來自林西大井古銅礦和克什克騰旗龍頭山遺址。大井古銅礦碳十四年代測(cè)定數(shù)據(jù)共有4個(gè)［6］，分別為BK77024的距今2 720±90年(樹輪校正為896—788 BC)，BK77028的距今2 970±115年(樹輪校正為1 260—920 BC)，ZK－0411的2 780±100年(樹輪校正為976—800 BC)，ZK－0412的距今2 795±85年(樹輪校正為981—808 BC)。被認(rèn)為是夏家店上層文化典型遺址的克什克騰旗龍頭山遺址碳十四數(shù)據(jù)有3個(gè)［7］，第一期遺存中的Ml棺木測(cè)定結(jié)果樹輪校正為距今3 240±150年(1 290±150 BC即1 440—1 140 BC)，第二期H21木炭測(cè)定結(jié)果樹輪校正為距今2 650±135年(700±135 BC即835—565 BC)，第四期祭坑測(cè)定結(jié)果樹輪校正為距今2 455±80年(505±80 BC即585—425 BC)。這其中最早的是龍頭山遺址第一期遺存中的M1棺木測(cè)定結(jié)果，為1 440—1 140 BC。

冶煉所使用的木炭系以當(dāng)?shù)貥淠緹贫桑湓蠟橹睆捷^小(約10 cm)枝干，其本身生存年代僅數(shù)年，不可能造成很大的年代誤差，因此使用爐渣中殘留木炭測(cè)得的年代應(yīng)能準(zhǔn)確代表冶煉活動(dòng)的年代。大營(yíng)子遺址東區(qū)的上述年代測(cè)定結(jié)果是目前所測(cè)定的夏家店上層文化中最早的，表明大井古銅礦早在1 500—1 400 BC就得到了開發(fā)，其礦石外運(yùn)到了大營(yíng)子遺址進(jìn)行冶煉，在該遺址的東區(qū)的冶煉活動(dòng)持續(xù)了約四五百年，因而留下較多的冶煉遺存。

與近年發(fā)掘的克什克騰旗喜鵲溝采礦遺址年代測(cè)定結(jié)果［8］相比較，大營(yíng)子?xùn)|區(qū)的前述測(cè)年結(jié)果還表明遼西青銅時(shí)代早期(夏家店下層文化及其后續(xù)文化)與晚期(夏家店上層文化)之間是有部分時(shí)段是重疊的。

大營(yíng)子西區(qū)灰坑中與爐渣共存的木炭測(cè)定年代為902—801 BC(置信度95.4%)，表明其所代表的冶煉活動(dòng)比東區(qū)晚，應(yīng)是東區(qū)冶煉場(chǎng)所廢棄并被作為墓地后另開辟的冶煉場(chǎng)所，兩區(qū)之間的冶煉活動(dòng)在年代上可能是接續(xù)的。

3 結(jié)論

大營(yíng)子遺址冶煉遺跡分為東西兩區(qū)，兩區(qū)遺存皆屬夏家店上層文化，東區(qū)的冶煉活動(dòng)早于西區(qū)的冶煉活動(dòng)。

大營(yíng)子遺址東西兩區(qū)冶煉遺存皆使用從大井古銅礦遺址開采的多金屬共生礦石，直接冶煉銅錫砷三元合金。

大營(yíng)子遺址東區(qū)冶煉遺存的年代測(cè)定結(jié)果對(duì)揭示遼西地區(qū)青銅時(shí)代早晚文化演變有重要意義。