昌寧出土銅鐲的工藝及合金成分分析

王曉婷，馬仁杰，閔 銳，崔劍鋒，羅武干

(1.中國科學院古脊椎動物與古人類研究所，北京 100044；2.中國科學院大學人文學院考古學與人類學系，北京 100049；3.北京大學考古文博學院，北京 100871；4.云南省文物考古研究所，云南昆明 650118)

0 引 言

“西南夷”是《史記》《漢書》等古籍中對今天分布于云南、貴州、四川西南部和甘肅南部等地少數民族的泛稱。其集中分布在今天的云南省，包括滇、昆明、雟、哀牢、勞浸、靡莫等眾多部落。云南青銅文化面貌具有鮮明的民族特色，其中銅鐲是整個地區較為特殊的青銅器物，分布范圍廣且數量眾多，極具獨特的地域風格。文獻中對西南夷的描述涉及許多方面，而西南夷的外貌和形象是其中一項重要內容，對裝飾品的考察能夠為古史和考古的關系理解提供方法上的啟示[1]。

目前，對該地區銅鐲的研究主要是對考古材料進行類型學分類，總結各區域銅鐲形制和組合上的異同，并討論其所具有的社會涵義[2]。此外一些學者在探究云南地區青銅時代金屬技術特征時，也對少部分銅鐲做過分析[3-5]。

相較于銅鼓、銅兵器等主要銅器類型，利用科技手段對銅鐲展開的專題研究較少，所以目前對云南各地域銅鐲的合金成分與制作技術特征缺乏整體性認識。與此同時，銅鐲這種常見的青銅器所反映的不同文化人群對金屬資源的掌控、青銅技術的選擇等問題仍需解決。

以云南西部昌寧地區出土銅鐲為研究對象，開展金相組織觀察與合金成分分析，考察該地區銅鐲的制作技術特點，并在此基礎上，結合前人的研究成果，從冶金考古學、類型學等多個方面來探討，以期更加全面地了解云南不同地區銅鐲的青銅技術、西南夷對資源的控制以及其他文化信息。

1 樣品描述

對昌寧地區出土的6件銅鐲進行了取樣分析，其中4件取自白沙坡遺址，另外2件取自大甸山遺址。所有銅鐲均為細條形圓環狀，斷面呈長方形，素面無紋飾(圖1)。白沙坡遺址位于云南省保山市昌寧縣西北約57 km的大田壩鄉，大甸山遺址位于昌寧縣城東南約3 km處。兩個遺址均出土了靴形鉞、大彎刀、銅盒、花形飾等其他地方未見或罕見的造型奇特的青銅器物。目前學術界普遍認為昌寧青銅文化應屬于文獻中記載的哀牢文化，其年代大致為春秋晚期至西漢[6-7]。

圖1 昌寧銅鐲

2 方法和結果

2.1 分析方法

將6件銅鐲樣品使用樹脂鑲嵌后，逐級打磨并拋光至無劃痕，再用浸蝕劑(3%的三氯化鐵-鹽酸-乙醇溶液)進行浸蝕處理。利用Nikon ECLIPSE LV100N POL型偏光顯微鏡進行金相組織觀察并拍攝照片。觀察后的樣品經再次拋光后，使用日立(Hitachi)TM3030超景深臺式電子顯微鏡及EDS能譜儀進行顯微觀察和元素成分無標樣定量分析。掃描電鏡測試模式選用低真空模式，加速電壓為15 kV，測試時間控制在90～120 s。為盡量避免腐蝕、成分偏析等對樣品測試結果造成影響，在儀器低倍視場下選取樣品銹蝕較少的區域進行區域面掃并使掃描面積最大，多次掃描測定平均成分，以減少測試誤差。銅鐲樣品的SEM-EDS成分分析結果見表1。

表1 昌寧銅鐲合金成分分析結果

2.2 實驗結果

2.2.1合金成分 根據表1可知，此批銅鐲的材質類型均為銅錫二元合金，含錫量范圍為9%～19%；含鉛量范圍為0～1.4%，低于2%；此外還含有少量鐵、砷、硫、銻等雜質元素。

2.2.2金相組織 金相組織觀察結果(表2和圖2)顯示，這些銅鐲的制作工藝比較復雜，包括鑄造、鑄后受熱、熱鍛和熱鍛后冷加工。

圖2 銅鐲金相組織圖

表2 昌寧銅鐲金相組織觀察結果

樣品18011、18044的基體為α固溶體樹枝晶，偏析明顯，枝晶間分布有大量(α+δ)共析體。含錫量的不同導致共析體的形態有所差異，大致分為樹枝晶較小的(α+δ)共析體和大量連成網狀的粗大多角花斑狀(α+δ)共析體兩種組織結構。樣品中含有數量不等的顆粒狀或不規則形藍灰色硫化物分布在晶內或晶間。18045出現受熱均勻化組織，鑄造枝晶偏析消失，銅錫α固溶體等軸晶被拉長，個別晶內存在滑移帶。

18004、18003和18005這3件銅鐲可能反映了昌寧地區的古代工匠對器物實施了不同程度的鍛打工藝。18004基體為銅錫α再結晶等軸晶及孿晶，表明該銅鐲是在澆注成型后被加熱到紅熱狀態再鍛打而成。18003的金相組織表現為在銅錫α再結晶等軸晶及孿晶的基礎上，部分晶內還存在滑移帶，可能是器物錘鍛成型后工匠繼續修整器物或在使用時留下的痕跡。而18005多數晶粒孿晶界彎曲，出現大量滑移線，應是熱鍛后經過大量冷加工而成。需要說明的是，除了古代工匠有意對銅鐲進行冷加工外，也不應排除取樣時形成滑移線的可能性。

3 討 論

3.1 昌寧銅鐲的技術特征

本次檢測分析的6件銅鐲，材質均為銅錫二元合金，其中含有少量鉛、鐵、砷、銻等元素；其加工工藝鑄造與熱鍛并重，部分存在鑄后受熱和熱鍛后冷加工的現象。

云南省文物考古研究所[6]曾對昌寧墳嶺崗遺址出土的一件銅鐲(編號M48：1)進行了成分分析，結果表明其材質是含錫量為16.2%的錫青銅。巢云霞[8]曾對墳嶺崗出土的3件戰國中后期至西漢前期的銅鐲(編號9714、9733、9734)進行過科技分析，發現所有樣品都是錫青銅，含錫量12%～26%，另外還有少量硫和接近2%的銻(表3)。銻應是由礦料引入的雜質元素，因此將這3件銅器仍歸為錫青銅。總體上大甸山、白沙坡和墳嶺崗三個遺址出土的銅鐲合金成分近似。昌寧銅鐲的材質以銅錫合金為主。其鉛含量均低于2%，且50%的銅鐲樣品的錫含量集中分布在(15±3)%之間。這表明哀牢先民對于錫能夠降低合金熔點已經有了一定的認識，掌握了較為穩定的合金配比，并將其運用到手鐲制作中。

表3 云南各地銅鐲的成分和制作工藝

Scott根據含錫量的多少，將古代錫青銅分為含錫量高于17%的高錫青銅和低于17%的低錫青銅[9]。基于此，目前昌寧銅鐲可以分為低錫和高錫兩組。其中低錫銅鐲采用了鑄造、熱鍛或熱鍛后冷加工等多樣的加工成型工藝，而高錫銅鐲幾乎都為鑄造而成。一般認為，當青銅器中錫含量增加時，銅和錫形成高錫的δ相(Cu31Sn8)，熔點降低，強度硬度升高，但δ相是脆性相，因此合金的脆性增加[10]。高錫青銅的脆性過高，鍛打容易開裂，所以古代常用鑄造的方式制作含錫量高的銅器。但樣品9734較為特殊，錫含量非常高，達到19.7%，卻采用了熱鍛的制作方法。Richard曾對含錫量為5%～30%的青銅進行鍛造試驗后指出，銅錫二元合金有兩個韌性鍛區：含錫量18%以下的青銅在200～300 ℃范圍內；含錫20%～30%的青銅在500～700 ℃，在這一韌性鍛區內，高錫青銅有一定的延展性，可以承受適當的熱加工[11-12]。因此，這件特殊的銅鐲反映了哀牢工匠可能曾嘗試以熱鍛的方式制作高錫銅鐲。

3.2 云南西南夷銅鐲的技術特征

據《史記·西南夷列傳》等文獻記載，云南曾是西南夷分布的主要位置[13-14]，其中，昆明和巂分布在洱海周邊，重要的考古發現包括劍川海門口[15]、沙溪鰲鳳山[16]、彌渡苴力[17]以及洱源北山[18]等遺址。哀牢的活動范圍以保山為中心，昌寧白沙坡、墳嶺崗[6]、大甸山[7]三個遺址出土了典型的哀牢青銅文化遺物。滇分布在滇池及周邊地區，主要有楚雄萬家壩[19]、晉寧石寨山[20]、江川李家山[21]和呈貢天子廟[22]等遺址。勞浸、靡莫的中心地帶在曲靖盆地，遺存在陸良薛官堡[23]和曲靖八塔臺[24]等地有所發現。白狼、槃木、樓薄、唐菆等部落在云南西北的德欽[25]也有分布。為了對云南青銅時代不同地域出土銅鐲的技術特征有更為全面的認識，將已發表的各地銅鐲背景信息及分析數據進行統計(表3)。大部分銅鐲樣品采用SEM-EDS分析元素含量，另有兩件銅鐲樣品使用XRF進行成分測定。何堂坤先生[26]指出在SEM-EDS分析時，“只要分析點處于未曾受蝕的金屬基體內，分析光斑稍大，便可在較大程度上反映器物合金成分的原貌，并最大限度地減少分析誤差”，其在冶金考古中得到了廣泛的應用；而經過標準樣品校準后的XRF分析方法，其測量青銅中銅錫鉛等主量元素含量的精確度能夠達到1%[27-34]。因此，對于絕大多數SEM-EDS所測得的云南銅鐲合金成分，相互之間應該是完全可比的；而個別采用XRF分析所得的銅鐲合金成分，其精確度不低于SEM-EDS分析。可見，本研究所收集的數據具有可比性。

3.2.1云南西南夷銅鐲合金成分 根據主要元素質量分數是否高于2%的標準[35]判定西南夷銅鐲的合金類型，并將之繪制為餅狀圖(圖3)。用箱線圖(圖4)展示其鉛錫的質量分數。

圖3 云南地區西南夷銅鐲材質餅狀圖

圖3表明，云南地區西南夷銅鐲的材質均以錫青銅最為常見，但不同族屬之間又有區別。比如白狼、槃木等部落使用錫青銅、紅銅作為銅鐲的主要材質；而昆明和巂的銅鐲合金類型多樣，除錫青銅外還有較多的鉛錫青銅，甚至還出現了砷銅和鉛青銅；哀牢銅鐲全部為錫青銅，其中含銻的現象可能是銅礦或錫礦的伴生礦物混入導致；滇和勞浸、靡莫的銅鐲中有含鉛的現象，但即便被認為是鉛錫青銅的銅鐲，絕大多數鉛的質量分數都低于5%。Stosgale等[36]提出在銅礦中銅鉛共生很常見，使用類似的銅礦，最高可以得到含鉛4%的鉛青銅。因而，這些銅鐲中的低含量鉛極可能來自銅礦石本身。

鉛錫質量分數箱線圖表明(圖4)，不同地域銅鐲的鉛、錫質量分數有著明顯的差異。在白狼、槃木等部落分布范圍內的德欽納古遺址出土的三件銅鐲基體銹蝕嚴重，僅能將之定性為錫青銅，因此下面不把該地區納入討論范圍。昆明夷銅鐲合金配比不穩定，錫含量的平均水平最低，范圍最為離散，在0～21%之間；鉛質量分數范圍差異最大，既有無鉛的銅鐲，同時又有含鉛量高達14%的銅鐲。哀牢夷銅鐲合金配比最穩定，鉛質量分數均低于2%，含錫量基本分布在12%～17%之間，還有部分高錫銅鐲。滇的銅鐲含錫量平均水平最高，但同時波動范圍亦最大，為6%～27%；鉛質量分數的均值最高，含鉛銅鐲的鉛質量分數范圍約為2%～5%。勞浸、靡莫的銅鐲材質多為低錫青銅，錫含量4%～15%，鉛含量較少并且波動范圍不大，均低于6%。

圖4 云南出土銅鐲鉛錫質量分數箱線圖

綜合上述可知，云南地區的銅鐲主要為錫青銅，鉛錫青銅的比例很低。這和此時中原以及南方地區的青銅器相比，在合金成分上有著顯著的區別。從春秋戰國至兩漢時期，中原及南方地區的銅器多為鉛錫青銅，含鉛量在10%左右，甚至更高，而錫青銅數量較少[37-39]。

3.2.2云南西南夷銅鐲制作工藝 由于部分銅鐲樣品沒有進行金相分析，并不清楚其加工方式。但為了盡量全面地展現云南出土銅鐲錫含量及制作工藝，在匯總數據時將這部分樣品的制作方法用“無”表示。由圖5可知，云南地區西南夷通常采用鑄造與熱鍛并重的制作方式。哀牢夷多采用鍛打工藝制作低錫銅鐲，用鑄造方式生產高錫銅鐲。昆明、勞浸、靡莫、白狼等少數民族也均掌握熱鍛技術，并施加在含錫量較低的銅鐲上。目前分析表明，滇的銅鐲均為鑄造而成，暫未發現熱鍛銅鐲。熱鍛器物在滇文化并不少見，如一些臂甲、銅矛、劍等經分析證實為鍛制成型，以此提高材料的強度和密度，增強護衛與削殺能力[31]。由此推測，滇地少熱鍛銅鐲可能和分析的銅鐲樣品數量少有關。綜合目前的研究成果，從制作技術看，西南夷鍛造工藝比例顯著比中原高，這很可能是此時云南地區的青銅制作工藝特征之一。

圖5 云南出土銅鐲錫含量及制作工藝直方圖

3.2.3西南夷銅鐲青銅技術特點形成原因試析 云南不同地域出土銅鐲的成分與制作技藝兼有共性和個性，究其原因可能和銅鐲造型、自然資源的分布、西南夷對資源的控制能力以及人群的審美喜好等多方面因素有關。

先民選擇何種方式制作銅鐲，應與器物造型有著相當密切的聯系。將本研究所討論的云南地區銅鐲，與呂紅亮運用類型學對銅鐲劃分的四型[1]相對應，總結為圖6。

圖6 云南銅鐲類型圖(據遺址發掘簡報和呂紅亮論文整理)

A型銅鐲在云南分布普遍，形制簡單，缺乏區域特點，并且這種造型的銅鐲縱使表面光滑平整也有鑄造和鍛打的雙重可能性[40]，僅從外觀上判斷制作方法容易產生誤判，所以在此不作進一步討論。昆明、白狼等族群分布區除出土A型銅鐲外，還有兩端唇部外卷的C型Ⅱ式圓筒狀銅鐲以及用寬銅片彎曲成扁平狀的C型Ⅲ式束腰銅鐲。這兩式銅鐲器身無銜接處[15]，并且唇部與腰部的彎曲狀態也暗示銅鐲可能是熱鍛而成。哀牢地區多出方形斷面的圓環鐲[6]，應屬于A型Ⅱ式。其余還有少數飾有凸棱的C型Ⅰ式鐲和飾有凹弦紋的C型Ⅳ式鐲，從造型上推測應鑄鍛均有。滇文化區銅鐲的樣式較為復雜，不論是C型Ⅳ式還是附加外乳突的D型銅鐲，都符合鑄造成型的外觀特點。勞浸、靡莫地區的銅鐲除A型、C型Ⅱ式外，還有截面呈T形環的B型鐲。T形環鐲器型規整，鍛制難度大，可能采用鑄造的方式制成。

銅器的制作和持續發展必須要有足夠的金屬資源作為支撐。地質勘探表明，云南省境內蘊藏著豐富的銅錫礦。其中銅礦在各地均有分布，而錫礦則可劃分為川滇錫礦帶、個舊-都龍錫礦帶、瀾滄江錫礦帶和騰沖-梁河錫礦帶[41]，集中分布在東南部的個舊、文山和西部的保山地區[42]。歷史文獻對云南的礦產也進行了相應記載，如《華陽國志˙南中志》中提及“永昌郡，宜五谷，出銅錫”。永昌郡位于今天保山、昌寧一帶。由此可知，昌寧地區有著得天獨厚的錫礦資源優勢。昌寧出土哀牢銅鐲的錫含量較高，且波動范圍小，很可能與此有關。

除了礦藏分布的影響以外，族群政治權力對資源的掌控能力亦能夠體現在銅器上。以昆明夷為例，其距離哀牢富錫地區并不遙遠，從地理交通的角度看似乎能夠較容易地獲得錫料。但是目前對昆明夷青銅器的分析顯示[43]，昆明夷采用的是低錫合金配比傳統，各類銅器均以紅銅和錫青銅為主，錫青銅的錫質量分數較低，介于5%～10%之間，由此可推測其獲取的錫資源較少。這不僅和當地貧錫有關，還應該與周邊其他富錫部族對錫礦的嚴格控制以及民族之間的關系密切相關。滇的情況則與昆明夷相反。滇國的青銅文化非常發達，高錫成為當地青銅合金最為重要的特點。但是滇池附近的錫資源較少，通常認為滇文化從云南東南部的個舊獲得大量的錫料，以滿足禮樂器、兵器、裝飾品等青銅器的制造需求[32]。從銅鐲的合金成分看，勢力強盛的滇所做器物的含錫水平甚至在云南幾個地區中最高。但也正因為依賴其他地方的礦料，滇文化的銅鐲和具有本地資源優勢的哀牢銅鐲在錫含量波動范圍上呈現出截然不同的情況，滇文化銅鐲的錫含量波動較大，而哀牢銅鐲的錫含量更穩定。

西南夷銅鐲的共性是多采用錫青銅，而非中原地區青銅器常用的鉛錫青銅，這一定程度上也反映了少數民族的審美偏好。錫的添加不僅能夠降低銅的熔點，還有助于改善器物表面的色澤，使之具有銀白色外觀。在云南地區還發現了鍍錫銅杖首、鍍錫銅矛等禮儀性器物，顯然錫所呈現出的銀白色光澤是西南夷所喜愛和追求的。銅鐲作為常用的人體裝飾品，西南夷可能通過提高錫的比例以改善銅鐲金屬光澤，從而滿足審美需求。

4 結 論

對昌寧白沙坡和大甸山墓地出土的6件銅鐲進行成分與金相分析的結果表明，所有樣品全部為錫青銅，且錫含量穩定。但成型工藝多樣，有鑄造、熱鍛及鍛后冷加工等工藝，其中低錫銅鐲采用鑄造、熱鍛或熱鍛后冷加工的制作工藝，高錫銅鐲均為鑄造而成。說明此時哀牢工匠已能就不同錫含量青銅器有針對性地選擇不同的加工工藝。

輯錄已發表銅鐲的科學分析數據可知，云南地區西南夷銅鐲的制造技術特征大體相同，略有差異。在合金配比方面，各地銅鐲均以錫青銅作為主要材質，表現出和中原以及南方地區迥異的合金特征。云南西北部的少數民族含錫量最少，并用其他合金類型作補充；哀牢夷的含錫量較高，且最為穩定；滇文化銅鐲的含錫量最高，但波動范圍亦最大。滇和勞浸、靡莫地區還有部分含鉛青銅鐲。在成型工藝方面，鑄造是采用較多的成型方式，鍛造亦常用。經過分析，上述共性與差異性和器物造型、資源分配等方面息息相關。

總之，銅鐲作為云南地區常見的人體裝飾品，不僅展現了不同區域少數民族對銅鐲這一器型采用的合金配比與青銅制作工藝，還從非實用器的角度反映了西南夷對資源的利用與掌控、審美思想等方面的信息。需要說明的是，本工作就目前已有的銅鐲數據進行了匯總，樣品相對全面地覆蓋了云南各青銅文化，并由此對云南地區西南夷銅鐲的制造技術特征作出討論，但是也同樣認識到對這一問題的討論還有待于對更多的樣品展開檢測來更深入地論證。

致 謝：衷心感謝云南省文物考古研究所劉旭所長、楊帆研究員，在取樣過程中提供的便利。同時，對匿名審稿人提出的非常中肯而富有建設性的意見和建議也表示誠摯的謝意！