新疆宋元時期也木勒遺址出土玻璃的工藝與成分研究

溫 睿，曹詩媛，劉瑞俊，朱瑛培，3

(1.文化遺產研究與保護技術教育部重點實驗室(西北大學)，陜西西安 710069； 2.中國科學院大學考古與人類學系，北京 100049；3.陜西省考古研究院，陜西西安 710043)

0 引 言

也木勒遺址位于新疆塔城地區額敏縣也木勒牧場京什克阿克蘇村北，準噶爾盆地西北邊緣，塔城盆地中心，北邊的塔爾巴哈臺山即中國與哈薩克斯坦的界山，這里自古即是族群交流、文化交匯之地。12世紀上半葉，西遼的統治者耶律大石西遷，在此地建城[1]，之后成吉思汗西征歸來，定四子分地，葉密爾河邊之地分與三子窩闊臺，在此建立幹爾朵，即也迷離古城[2]。西北大學文化遺產學院自2013年起對也木勒遺址進行考古調查與發掘，根據考古地層、出土文物等特點，初步確定也木勒遺址的時代為宋元時期，具體應是西遼—蒙元時期，發掘區域屬于城址周邊的手工業作坊區，在其灰坑內出土了若干玻璃殘片與玻璃珠[3]，以其中玻璃器殘片作為對象，研究其制作工藝與產地來源，豐富了宋元時期新疆地區玻璃器研究資料，為學界提供更多的研究成果與對比依據，之后總結這一時期新疆的出土資料，揭示當地玻璃器的使用面貌與背后的文化因素。

分析古代玻璃的來源，主要通過研究其組成成分以及制作工藝，但由于樣品表面的風化層會影響組成成分的測試結果，且古代玻璃價值很高，所以運用激光剝蝕電感耦合等離子體原子發射光譜技術(LA-ICP-AES)可以在不影響文物自身價值的情況下，對未風化區域進行高精度的分析，排除了埋藏環境中雜質元素的干擾，且檢測元素全面，再結合超景深三維視頻顯微系統觀察加工工藝，共同說明來源問題。

1 樣品描述

這批玻璃殘片出土于手工業制造區的灰坑內，且能分辨器形者較少，多為藍色透明或綠色透明殘片。本實驗針對性地選取了9個樣品進行研究，從其弧度上看多為器壁較薄的瓶、碗、杯等器皿，表面無打磨刻花等裝飾技法，多數玻璃殘片的風化情況較為嚴重，存在風化層剝落的情況。結合上述出土地點以及樣品的保存狀態，推測其為廢棄的日用玻璃器殘片。樣品展示見圖1，樣品描述見表1。

表1 也木勒遺址出土玻璃殘片描述Table 1 Detailed description of the fragments of glass vessels excavated from Yemule site

2 實驗方法

2.1 超景深三維視頻顯微系統儀器及測試條件

利用超景深三維視頻顯微系統對玻璃進行微觀形貌的觀察，此項儀器具有低畸變、高分辨率、大景深、視場平坦、范圍大的特點，可以清晰地反映樣品的加工痕跡。實驗儀器型號：日本浩視公司生產KF-7700型。實驗條件：采用鹵素冷光源，MX-5040RZF鏡頭，201萬動態像素，在50～100倍下觀察。

2.2 X射線衍射分析

其次利用X射線衍射(XRD)分析法，對樣品進行物相組成的分析，以確定樣品質地。選取4個表面平整的樣品進行無損測試。實驗儀器型號：日本Rigaku公司生產的SmartLab(9)型。實驗條件：電壓45 kV，電流200 mA，探測器為D/teX Ultra。

2.3 激光剝蝕電感耦合等離子體發射光譜技術的儀器及測試條件

成分分析在北京大學考古文博學院LA-ICP-AES實驗室進行。分析儀器的各項設備以及測試條件：1)激光器。美國NEW-WAVE公司生產，儀器型號為UP266-MARCO，激光器分析條件為Nd-YAG，激光波長266 nm，激光光斑直徑610 μm，氦氣流速0.6 L/min。2)ICP-AES。美國LEEMAN-LABS公司生產，儀器型號為Prodigy，RF(高頻發生器)功率1.1 kW，氬氣流量20 L/min，霧化器壓力30 psig(英制單位，約20 MPa)，蠕動泵(樣品提升)速率1.2 mL/min，積分時間30 s/time。本次測試選擇康寧博物館標樣玻璃Corning-B、Corning-C、Corning-D作為標樣，分析樣品的主量元素、微量元素，保證測試結果的準確，根據Corning-B、Corning-C、Corning-D多次測量結果，可以確定含量超過1%的主量元素相對標準偏差基本小于1%，微量元素的相對標準偏差不超過5%。樣品YML-G-1、YML-G-4、YML-G-5、YML-G-6、YML-G-7、YML-G-8、YML-G-9保存情況尚可，表面有未風化區，故每個樣品剝蝕1次，厚度約100 μm，樣品YML-G-2與YML-G-3外表面風化較為嚴重，預先在超景深三維視頻顯微系統下觀察風化層的分布，在風化層薄處進行剝蝕，直徑40 μm，剝蝕2次，深度約200 μm，每個樣品測試2～4個不同的部位，最后對檢測部位的各元素氧化物進行歸一化處理。每個樣品分析了20種元素氧化物的百分比含量，9個樣品的測試結果如表2所示。

表2 樣品的化學組成Table 2 Chemical composition of samples from Yemule Site (%)

3 結果與討論

3.1 也木勒遺址玻璃片的熔制水平與成型工藝

結果顯示，樣品的XRD衍射圖譜都是非晶態的積分強度，幾乎無衍射峰，表明樣品確屬玻璃態物質可以確定這些器皿碎片都是玻璃，圖2是YML-G-5的XRD衍射圖譜。

玻璃由于內部成分的不均勻性，會有部分區域在物理性質上與玻璃主體不同，例如折射率、密度、黏度等等，溫度降低時小部分黏度大，結構應力較大，吹制拉伸易在玻璃器表面、內部產生細小的水平條紋，裸眼不易觀察[4-5]，這種條紋不同于有模吹制產生的水平條紋，后者只會在器物表面與模具接觸的地方產生了明顯的水平條紋。結合照片發現，樣品中沒有器底，觀察不到是否運用鐵棒工藝，但所有樣品的內外壁均光滑，YML-G-5、YML-G-6、YML-G-7內部發現有細小的水平條紋，如圖3所示，同時實驗樣品器壁薄厚不一，極薄處可達到1.1 mm，可以認為這批玻璃碎片是無模吹制。

除了樣品YML-G-8內的氣泡體積小，數量少，其他樣品中的氣泡含量較多，存在狹長氣泡，如圖4所示，說明可能是吹制時冷卻較快，內部氣泡不能克服玻璃液內壓力逸出，且沒有反復加熱調整外形，致使氣泡無法恢復到較大的比表面積。上述特征反映出也木勒遺址玻璃片的加工較為簡單，素面無裝飾紋樣，保存狀況不佳，有的樣品風化嚴重，出土地點為手工作坊區的灰坑內，應是普通階層使用的日常玻璃制品。

3.2 也木勒遺址玻璃片的成分特點

古代玻璃的成分主要包括石英砂、助熔劑、穩定劑，少數有色玻璃中還含有呈色劑，乳濁劑、澄清劑，不同地區結合自身地理環境、社會需求，所使用的原料與工藝不同，在過去的兩個世紀里，西方學者基于助熔劑成分的不同將古代各個地區生產的玻璃進行了劃分[6]，例如，鈉鈣玻璃體系流行于地中海沿岸與美索不達米亞地區，高鉀玻璃體系常見于南亞、東南亞、以及我國南方地區，鉛鋇玻璃則是我國獨有的成分體系，所以可以依此判斷玻璃產地。成分數據如表2所示，樣品間化學成分相近，變化范圍不大，均不含PbO，BaO含量低于0.1%，不是國產鉛鋇玻璃體系，屬于鈉鈣玻璃。

鈉鈣硅系玻璃可以進一步劃分。因為K2O、MgO是由助熔劑引入，若鈉鈣玻璃中這兩者含量均高于1.5%即可以認為助熔劑采用的雜質較多的草木灰，例如海篷子(Salicornia)、豬毛菜(Salsola)等生長在海岸邊、鹽堿地、沙漠的藜科鹽生植物[7-8]，反之則運用的是純凈的泡堿，除此之外，還有類混合堿，特征是Na2O/K2O較低，有時出現小于1的情況，這一概念由Henderson提出，推測是類似泡堿的礦物堿與植物燒灰的混合產物[9]，BRILL則認為可能有三種來源：(1)經過濾洗和再結晶處理的植物灰；(2)某種含較多雜質的特殊礦物堿；(3)芒硝[10]。

本次實驗中9個樣品的K2O、MgO含量均超過1.5%，6件樣品出現K2O含量接近或大于5%的現象，且含有P2O5，兩方面可佐證這批玻璃的助熔劑含有植物性堿，但是，K2O的含量高，Na2O/K2O比例較低，在1.57～3.01之間，所以樣品符合Henderson的假設，可能利用了含有植物灰的混合堿作為助熔劑。

至于澄清劑與呈色劑，古代玻璃生產中將廢舊玻璃回收重熔的現象很常見，不同窯址生產的玻璃成分上會有差異，這一過程中各類顏色的玻璃很少被分類重熔，所以Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Cu這類過渡金屬元素的濃度會累積升高[11]，為了消除雜質元素引起的顏色，會有意添加脫色劑和澄清劑MnO2，但是樣品中MnO2含量只有0.35%～0.05%，應該是原料中的雜質引入，而非有意添加，其他過渡金屬元素含量低，化學成分相近，說明它們應該是一個區域生產的初次加工而成的玻璃品。關于呈色劑，由于樣品中CuO低于0.2%，F2O3的含量在0.4%～1.3%之間，是文物樣品呈現不同程度綠色的主要原因。

3.3 也木勒遺址玻璃片的產地研究

雖然從唐代開始我國已經可以生產鈉鈣玻璃，但是直到宋元時期出土的國產玻璃器還是以鉛玻璃與鉛鉀玻璃為主[11-13]。宋遼時期國產玻璃器多出土于佛寺塔基的地宮中，主要類型有葫蘆瓶、細頸瓶、仿水果的玻璃觀賞品[14]。至于元代，山東省淄博市元末明初的玻璃作坊的生產和技術在當時發揮著一個十分重要的作用，出土了大量不透明的單色玻璃環、玻璃珠、玻璃簪以及玻璃料塊[15]，根據文獻記載，淄博市元末明初的玻璃作坊在其生產配方中會添加螢石(CaF2)作為乳濁劑[16]。綜上所述，也木勒遺址出土的玻璃器與中原地區的玻璃器在功能和外觀上都相去甚遠，排除中原生產的可能性。

為了更清晰地反映來源問題，本研究選取了不同地區玻璃的成分數據與之對比。為避免風化層對數據的影響，所選取的數據均是采用電子探針等微損檢測手段，直接測試玻璃本體進行定量分析。

首先是康寧博物館測試的35個9—10世紀生產中心尼沙布爾伊斯蘭玻璃的成分數據[17]，11個9—13世紀另一生產中心埃及福斯塔特的伊斯蘭玻璃[18-19]，因為從9世紀后期開始，草木灰玻璃成為了伊斯蘭玻璃生產的主要類型，這一情況持續了600多年[20-21]，故直到宋元時期，西亞地區伊斯蘭玻璃的主成分的變化范圍不大，可以與本實驗的樣品進行對比。其次是19個10—13世紀中亞烏茲別克斯坦的測試數據，5個7—13世紀阿富汗的成分數據[18-19，22]，代表中亞數據，最后宋元時期在新疆當地也有鈉鈣玻璃生產，目前已發表的成分中只有一組瓦石峽遺址玻璃片的成分數據[23]。

利用SPSS對數據進行主成分分析，篩選主成分，使具備分析的條件，使用第一和第二主成分因子繪圖，F1和F2代表6個主量成分，涵蓋綜合信息的68.34%，如圖5所示，實驗樣品的點穿插在尼沙布爾、中亞的數據中，雖然比較分散，但區別于埃及福斯塔特地區。

為了進一步了解細節特征，進行二元統計分析。Fe和Al主要是砂料引入的[24]，助熔劑中的Fe含量對玻璃體的影響非常微弱。按照地理學第一定律，空間上越靠近的兩個地理單元，其相似程度越高，所以相近地區石英砂的Al2O3/Fe2O3比值是近似的，可以形成相似的斜率帶，經線性擬合得出區域斜率均值。

但在地球化學研究中普遍存在數據因為刪失性、離群性、封閉性(歸一化處理)等情況偏離正態分布假設，且區域石英砂的化學成分特征不是一個固定的值，不能通過一個方程就鎖定[25-27]，所以成分擬合反映出二元正負相關趨勢即可，計算得到的區域斜率均值可以作為對比參考。圖6是樣品中Fe2O3、Al2O3的百分比含量散點圖，選取的對比樣品非強烈著色的玻璃。首先可以發現也木勒遺址以及新疆本地生產的玻璃中Al2O3含量明顯高于西亞地區玻璃中的鋁含量，與中亞地區玻璃的Al2O3含量相近。其次，進行擬合，R1代表也木勒遺址，斜率為3.452；R2代表中亞地區，斜率為1.736；R3代表尼沙布爾地區，斜率為1.279；R4代表福斯塔特地區，斜率為1.060，實驗樣品R1與中亞地區R2的玻璃砂料來源較為接近，值得注意的是瓦石峽遺址的樣品數據亦靠近也木勒遺址的擬合線。

根據BRILL的研究發現伊斯蘭玻璃從西亞開始越靠近中亞，K2O的含量越高，當玻璃中K2O含量高于3.4%～4.0%時，一般可以認為是由中亞地區生[28-30]。如圖7所示的是K2O、MgO的百分比含量散點圖，反映出也木勒遺址、瓦石峽遺址與中亞地區玻璃的K2O含量都高于3.5%，明顯區別于尼沙布爾的古代玻璃。

綜上所述，首先瓦石峽的玻璃與中亞地區的玻璃在成分特征上具亦有相似性，成分數據雖少但前人關于器型的研究亦符合這一結論，反映出新疆當地玻璃生產技術受到了中亞地區影響。其次，由于上述兩者主成分特征相似，所以也木勒遺址的玻璃可能來自蔥嶺以西的中亞，亦不排除新疆當地生產的可能。

3.4 與新疆其他宋元玻璃器的對比

目前新疆地區出土宋元玻璃器的地點共11處，已公布的資料中，較為完整的玻璃器有6件小口細頸瓶，4件罐型器(不包括玻璃珠)，其余都是玻璃殘片，分辨器型的較少，屬于器壁較薄的瓶、碗、杯、盤等器皿，多為白色、黃色以及綠色，質地為半透明、透明，基本出土在灰坑、城址房屋或玻璃作坊內，詳細情況總結至表3。其中瓦石峽的玻璃作坊內出土了一類小口細頸瓶，淺綠色透明，素面無紋飾，無模自由吹制成型，細長直頸，橄鼓腹，近圓肩部分向下收斂與凹底部相接，應是盛酒、水等液體的實用器皿，與西亞地區流行的小口細頸瓶相似[28]。綜上所述，新疆宋元時期均是等級一般，工藝簡單，熔鑄水平參差不齊的玻璃器，反映出當時新疆地區玻璃器已成為實用性器皿，進入了平民的日常生活之中。

表3 新疆宋元時期玻璃器出土情況[11,30,32-36]Table 3 Description of Song and Yuan glass vessels excavated in Xinjiang

這一點與國內其他地區有所不同，宋元時期中原的國產玻璃多是不透明的觀賞品、珠飾、發簪以及佩飾為主。進口玻璃基本上都屬于伊斯蘭玻璃，有磨刻貼塑等裝飾花紋，一般是舍利瓶、香料瓶，屬于高級伊斯蘭玻璃，佛教化現象明顯[31]，基本屬于宗教用品和貴族階級青睞的寶物。這種差異性也反映出在多元文化影響下新疆地區與中原文化與生活的不同。具體來講，玻璃制造業不是我國古代主要手工業之一，對于玻璃器主流的審美特點是仿玉，甚至從宋代開始玻璃的名稱就出現了“藥玉”、“假玉”、“罐子玉”等名稱，而陶瓷器則一直是主要的生活用具。西方則有所不同，玻璃自兩河流域誕生起，就一直是各等級生活用品的主要材質之一，從貴族到平民生活中都會頻繁使用到玻璃器，玻璃制品在社會生活中作為日常用品的習俗首先傳播到我國的新疆地區，形成了新疆與中原地區玻璃制品面貌、功能的差異很大的現象。

4 結 論

通過對也木勒遺址玻璃片的分析認為，這批玻璃是無模吹制的杯、碗等素面實用器，熔制水平較低，是普通階層使用的生活器皿。利用LA-ICP-AES分析得出這批玻璃屬于鈉鈣玻璃體系且K2O、MgO的含量很高，助熔劑應是混合堿，與中亞、新疆當地生產的玻璃十分相似。

結合同時期新疆出土的其他玻璃器可以發現，其工藝、用途與等級都與之十分相似，以實用性為主，且審美與生產技術皆有受到西方玻璃生產影響的跡象，反映出宋元時期新疆各個民族政權與中西亞交流密切，較中原地區先融合了其將玻璃器作為日常生活用具的文化，形成了與中原的差異之處。

在已有的研究中，中原地區進口中西亞伊斯蘭玻璃器的年代大都在11世紀中期之前，即北方絲綢之路關閉以前，多靠陸路運到我國，之后有關進口的蔥嶺以西中亞鈉鈣玻璃的研究幾乎沒有，所以本研究豐富了這一時期的研究成果，為新疆西遼至蒙元時期的物質文化交流提供資料。