ISSN：1005-1538 CN：31-1652
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山东济南刘家庄遗址商代青铜器科学分析研究

  • 蔡友振1

    机 构：

    1. 山东省文物保护修复中心,山东济南 250102

    ×
  • ， 龙莎莎2

    机 构：

    2. 山东大学文化遗产研究院,山东青岛 266237

    ×
  • ， 王庆铸3

    机 构：

    3. 哥伦比亚大学东亚系,美国纽约 10027

    ×
  • ， 郭俊峰4

    机 构：

    4. 济南市考古研究院,山东济南 250014

    ×

1. 山东省文物保护修复中心,山东济南 250102；
2. 山东大学文化遗产研究院,山东青岛 266237；
3. 哥伦比亚大学东亚系,美国纽约 10027；
4. 济南市考古研究院,山东济南 250014；

Scientific analysis of Shang Dynasty bronze wares unearthed from Liujiazhuang site in Jinan, Shandong

  • CAI Youzhen1

    Affiliation：

    1. Shandong Cultural Relics Conservation and Restoration Center, Jinan 250102 , China

    ×
  • ， LONG Shasha2

    Affiliation：

    2. Institute of Cultural Heritage, Shandong University, Qingdao 266237 , China

    ×
  • ， WANG Qingzhu3

    Affiliation：

    3. Department of East Asian Languages and Cultures, Columbia University, New York 10027, USA

    ×
  • ， GUO Junfeng4

    Affiliation：

    4. The Archaeology Institute of Jinan City, Jinan 250014 , China

    ×

1. Shandong Cultural Relics Conservation and Restoration Center, Jinan 250102 , China；
2. Institute of Cultural Heritage, Shandong University, Qingdao 266237 , China；
3. Department of East Asian Languages and Cultures, Columbia University, New York 10027, USA；
4. The Archaeology Institute of Jinan City, Jinan 250014 , China；

作者简介:

蔡友振(1982—),男,2006年毕业于西北大学考古系文物保护技术专业,副研究馆员,研究方向为文物技术保护,E-mail:171167572@qq.com

中图分类号:K876.41

文献标识码:A

文章编号:1005-1538(2022)03-0055-15

DOI:10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20210102017

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目录contents

    摘要

    山东济南刘家庄遗址发掘出土一批带有铭文族徽的商代青铜器,其形制多与殷墟同类器物极为相似,表明晚商时期刘家庄地区居住着一支与商都殷墟有密切关系的氏族。针对该遗址出土动植物遗存、铜器铅同位素等方面已有学者开展了相关研究,取得了一定的研究成果。但总体上看,针对这批青铜器制作工艺、合金技术及矿料特征等科技分析数据偏少,与商都殷墟遗存的关系尚待进一步讨论分析。

    本研究选取该遗址三座墓葬中29件青铜器(56个样品)为研究对象,利用扫描电镜及能谱仪、金相显微镜、VG Elemental型多接收电感耦合等离子体质谱仪和利曼Prodigy电感耦合等离子体原子发射光谱仪,从青铜器合金组成、金相组织、铅同位素比值及特征微量元素等方面采集数据加以分析,再结合器物形制等考古学资料进行综合研究。

    结果表明,刘家庄青铜器主要为铸造成型,合金组成为铅锡青铜、锡青铜、铅青铜、纯铜及铅砷青铜。大部分青铜器金相组织以α固溶体为基体,呈树枝状偏析,枝晶间分布(α+δ)共析体,部分共析体完全腐蚀,Pb相呈颗粒状零散分布或者完全腐蚀,局部区域如孔洞、枝干与缝隙间析出不规则形状铜晶粒。少数器物金相组织内部存在滑移线,推测器物可能经过铸后冷加工。铅同位素比值显示,此批青铜器高放射成因铅占比较高,与殷墟二、三期含高放射成因铅器物数据分布范围相对吻合,与殷墟一期、殷墟四期分布范围稍有差异。微量元素总体趋势以高含量Bi、As、Ag元素为特征,结果与殷墟青铜器微量元素分布模式相较接近。综合对比发现,刘家庄青铜器似乎与殷墟青铜器的主体原料相同。从器型上看,刘家庄青铜鼎、簋、觚形制与纹饰风格等,多与安阳殷墟青铜器尤其是与殷墟二期、三期保持较高的相关性。

    本研究表明晚商时期海岱地区与殷墟中原地区交流密切,为商晚期青铜器生产来源与流通关系提供了新的证据。同时,该研究深化了对刘家庄商代青铜器本身的认识,补充完善了济南刘家庄青铜器科技分析内容及考古学研究信息,为深入了解商代时期海岱地区与殷墟之间的关系提供一个新的视角。

    Abstract

       A batch of Shang Dynasty bronze wares unearthed from Liujiazhuang site in Jinan was investigated in this study. Archaeological evidence shows that most of the bronze wares with inscriptions and national emblems are quite similar to those from Yin Ruins, indicating that in Liujiazhuang area lived a clan closely related to the Shang capital in the late Shang Dynasty. According to existing information, there have been achievements in the remnants of animals and plants, as well as lead isotopes of bronzes unearthed at the site. However, in general, scientific analysis data on the production process, alloy techniques and mineral material characteristics of these bronze wares are limited, and the relationship with the remains of Yin Ruins needs to be further discussed and analyzed.

       In this study, 29 bronze wares (56 samples) from three tombs at the site were selected as the research objects to analyze their microstructures, chemical compositions, lead isotope ratios, trace elements, in order to conduct comprehensive research in combination with archaeological data such as utensil shapes. A variety of analytical methods used included metallographic microscopy, scanning electron microscopy-energy dispersive spectrometry (SEM-EDS), VG Elemental multi-receiving inductively coupled plasma mass spectrometry and Liman Prodigy inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

       The results show that the majority of the bronze wares were tin bronze, lead bronze, pure copper, and lead-arsenic bronze. We propose that most of the objects were cast bronzes, with a couple showing signs of cold working after casting. Furthermore, the metallographic structure of most of the bronze wares is based on α solid solution with dendritic segregation and inter-dendritic distribution of (α+δ) eutectoids, some of which are totally corroded. Another obvious phenomenon was that Pb phase was granular and scattered or completely corroded, and irregular-shaped copper grains were precipitated between holes, branches and gaps. What is unusual about a handful of the utensils is that they feature slip lines in their metallographic structure, implying that they were cold-worked after casting. Moreover, the lead isotope ratio presents that this batch of bronze wares contains a relatively high proportion of lead of high radiogenic origin, which is consistent with the data distribution range of Phase Ⅱ and Ⅲ of Yin Ruins containing high radioactive lead artifacts but differs slightly from the distribution range of PhaseⅠand Ⅳ of Yin Ruins. Furthermore, their trace elements are characterized by high contents of Bi, As and Ag. These results are similar to the trace element distribution pattern of the bronzes from Yin Ruins. Last but not least, a thorough examination reveals that the primary raw materials of Liujiazhuang bronze wares and those from Yin Ruins seem to be the same. The shape and decoration style of Liujiazhuang bronze Ding, Gui and Gu are primarily related to the bronzes from Yin Ruins, notably PhaseⅡand Ⅲ of Yin Ruins, from the perspective of vessel type. As a result, we argue that the bronze wares unearthed from Liujiazhuang site resemble the ones dating back to PhaseⅡand Ⅲ of Yin Ruins.

       This study provides thorough scientific analysis of Shang Dynasty bronze wares from Liujiazhuang site and allows a further investigation of resource exchange between the Central Plains and Shandong during the late Shang Dynasty. According to the study, in the late Shang Dynasty, the Haidai area had significant ties to the Central Plains area where Yin Ruins are located, offering new evidence for the relationship between manufacturing and circulation of bronze wares in the late Shang Dynasty. Also, the study enriches our comprehension of Shang Dynasty bronze wares from Liujiazhuang site by supplementing and improving their scientific analysis content as well as archaeological research information, and provides a new perspective for an in-depth understanding of the relationship between the Haidai area and Yin Ruins during the Shang Dynasty.

  • 0 引言

  • 2010年6月至2011年2月,为配合济南市刘家庄棚户区改造工程,济南市考古研究所对其进行了抢救性考古发掘,共发现商代墓77座。其中主要随葬青铜礼器墓6座,出土了大量的青铜器,且大多有铭文族徽,是济南市区内首次发现并发掘的商代遗址,表明晚商时期刘家庄区域居住着至少一支与商都殷墟有密切关系的氏族[1],这自然也引起了学者们的关注。刘宇林[2]、蒋尚武[3]、宫玮[4]等对该遗址的动植物遗存研究,取得了丰富资料。王庆铸等(下文简称王文)比较分析了刘家庄遗址39件青铜器铅同位素比值与其他商代数据的关系[5]。本研究则针对该遗址出土青铜器合金成分、金相组织、铅同位素比值及微量元素等内容,综合开展分析研究。

  • 青铜器科学分析有利于了解青铜器铸造工艺,铅同位素比值和微量元素特征,为科学认知古代青铜器成分和产地提供信息。济南刘家庄遗址地处华北地区,与安阳殷墟相距约250km(图1),二者可能存在密切关系[6]。本研究结合笔者主持的“济南刘家庄遗址出土青铜器保护修复项目”,取样分析青铜器合金成分、观察金相组织及铅同位素比值与微量元素特征分析,补充晚商时期济南地区铜器科学分析数据,探讨其制作技术特征及与商都殷墟遗存的关系,以期能丰富山东济南地区商代铜器研究信息。

  • 图1 济南刘家庄遗址与安阳殷墟位置示意图 (来源:全国地理信息资源目录服务系统)

  • Fig.1 Locations of Liujiazhuang site in Jinan and Yin Ruins in Anyang

  • 1 文物样品

  • 济南刘家庄遗址发掘出土青铜礼器墓共6座,其中M109、M121、M122三座墓葬年代推断为殷墟三期,铜器年代多为殷墟二期晚段至三期早段[1]。这批铜器破损十分严重,存在矿化、瘤状物及变形等多种病害,有些器物呈碎片状,虽然为考古发掘出土,但少数器物墓葬号及出土编号不甚明确。为了便于分析及讨论,每件铜器均以实验号为准。本研究选取三座墓葬中56个铜器样品(29件器物)为研究对象,第一批样品30个用于合金分析与金相观察;第二批样品26个用于铅同位素比值和微量元素分析。

  • 2 仪器与分析方法

  • 2.1 合金技术

  • 1)合金成分。仪器:山东省文物保护修护中心,飞纳(荷兰)Phenom XL能谱版扫描电镜,美国EDAX公司Genesis 2000XMS型X-射线能谱仪。

  • 方法:文物制样后经打磨抛光,镀碳后使用扫描电子显微镜能谱仪进行无标样半定量分析。高真空模式6×10-4Pa,15kV加速电压和配套电流条,分辨率:≤15nm;能谱探测器能量分辨率:＜137eV。分析结果中去除碳、氧。每个样品选取多个区域面扫描,取平均值作为该样品的成分。

  • 2)金相组织。仪器:山东省文物保护修护中心,徕卡DM4P显微镜。

  • 方法:样品用环氧树脂包埋,经打磨和抛光,用3%H2O2、25%氨水溶液1∶1混合后浸蚀,再用纯净水清洗样品,最后用滤纸吸干水分放在金相显微镜下观察。在徕卡DM4P显微镜下,以标准放大倍数为50~1 000,摄像头为8.8mm×6.6mm CCD芯片,1 394卡采集,500万物理像素,位深12bit,观察拍照。

  • 2.2 铅同位素比值

  • 仪器:北京大学地球与空间学院,VG Elemental型多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),分析精度:207Pb/206Pb、208Pb/206Pb和206Pb/204Pb的相对误差分别小于0.01%、0.01%和0.1%。

  • 方法:根据测得Pb含量数值,加去离子水将Pb含量稀释到2.5×10-7~1×10-6左右。之后取5mL待测溶液加入1mL 1×10-6的国际标准铊(Tl)溶液作为内标。为保证仪器的稳定性和精确度,在测量过程中每间隔8个样测量一次国际铅标准SRM981进行仪器校正。国际铅标准SRM981的测定值分别是207Pb/206Pb=0.914 585,208Pb/206Pb=2.167 01,206Pb/204Pb=16.935 6,207Pb/204Pb=15.489 1。

  • 2.3 微量元素分析

  • 仪器:北京大学考古文博学院,利曼Prodigy电感耦合等离子体原子发射光谱法开展铜器样品科技分析。工作条件如下:射频功率1.1kW;氩气流速为20L/min,喷雾器气体流速为20MPa。本实验共测量了12种可能对青铜研究有用的元素,包括锡、铅、砷、锑、银、镍、铁、锌、硒、碲、金和铋。

  • 方法:去除金属样品表面锈蚀和污染,使用超声波洗净、烘干、称重,得到大约5mg左右样品。然后将样品放入王水中,用电热板(LabTech EG37B)加热溶解。完全溶解后,溶液用去离子水稀释至100mL。根据前述铜器合金成分,选取Au、Ag、Se、Te、As、Sb、Bi、Ni、Co等微量元素数据比对分析。

  • 3 结果与讨论

  • 3.1 合金技术分析

  • 本工作采用冶金史界常用的标准对青铜合金划分,当合金中某一种元素含量达到或者超过2%时,即认为其为合金元素,视为古代工匠有意添加,称此类合金为某青铜。按照此标准,本次分析30个样品(29件器物)中有容器20件、兵器9件,其中4件完全锈蚀难以分辨合金材质(表1)。结果表明,1件戈(M122:30-LJZ153)为铜铅合金,1件斝(M121:62-LJZ63)分裆处本体为纯铜,分裆处补铸材料为铜砷铅合金,1件容器与2件兵器为铜锡合金,其余20件器物为铜锡铅三元合金(图2)。

  • 金相组织显示,30个样品中(4件器物未做金相分析),26个样品为铸造成型,包括鼎、簋、觚、爵等容器和兵器戈、刀。1件鼎(M109-LJZ146)和1件戈((M122:37-LJZ70))金相组织内部存在滑移线。大部分青铜器金相组织为以α固溶体为基体,呈树枝状偏析,枝晶间分布(α+δ)共析体,部分共析体完全腐蚀,Pb相呈颗粒状零散分布或者完全腐蚀,局部区域有析出铜晶粒。个别器物完全腐蚀。部分器物金相组织详述如图3。

  • 图2 刘家庄青铜器合金材质分类直方图

  • Fig.2 Alloy material classification histogram of the bronzes from Liujiazhuang site

  • 表1 济南刘家庄遗址商代青铜器合金成分分析

  • Table1 Analysis of the compositions of alloys of the Shang bronzes from Liujiazhuang site in Jinan

  • 注:*表示该样品因缺少SEM-EDS数据,数值选用ICP-AES测量结果(已归一化处理)。

  • 图3 刘家庄青铜器金相显微观察照片

  • Fig.3 Photos of metallographic observation of the bronzes from Liujiazhuang site

  • 1)铸后冷加工。当器物在再结晶温度以下加工处理后,其金相组织内部晶粒或枝晶沿一定方向排列[7],并形成滑移线或滑移带,判断其经过铸后冷加工处理。

  • 兵器戈(M122:37-LJZ70)后缘边沿处样品基体金相组织表现为树枝晶结构,晶粒沿一定方向规则排列,基体内部遍布滑移线(图3a、3b),推测铸造后应经过冷加工锻打处理。

  • 鼎(M109-LJZ146)腹下部基体金相组织为树枝晶结构,样品表层0.5mm区域范围内滑移线均匀分布,而基体内部基本无滑移线(图3c、3d)。推测器物表面经过冷加工处理,因腐蚀易优先在青铜器受应力区域发生,故滑移线区域可以看到明显的腐蚀现象。

  • 2)铅的形态与分布。在固态下铅与铜互溶十分有限,一般以孤立的相存在于铜基α固溶体上,铅的形态随铅的含量和铸件冷却速度的不同而有差异[8]。金相分析显示,大多铜器铅含量相对较少,铅的形态或呈细颗粒状弥散分布于铸造枝晶间;抑或呈球状、条状沿铸造枝晶不均匀分布。

  • 3)硫化物夹杂分布。觚(M109-LJZ94)口沿下方样品、戈(M121:24-LJZ41)前端碎片金相组织内发现夹杂物零散分布,经扫描电子显微镜与能谱仪检测,其硫元素含量分别约17.68%、13.15%,其中铜戈夹杂物检测出铁元素,含量为7.68%,故推测分别存在硫化物夹杂与含铁硫化物夹杂。

  • 4)铜晶粒分布。金相分析显示,铜晶粒呈球状、条状、块状、不规则形状沉淀于铅腐蚀后留下的孔洞、枝干中与缝隙间,如簋(M109:LJZ112)残片样品基体内裂缝与孔洞中沉积许多不规则形状铜晶粒(图3e)。

  • 5)铜砷固溶体。斝(M121:62-LJZ63)分裆处补铸为低铅低砷青铜,由于砷含量低,故固溶于铜,形成铜砷α固溶体枝晶,细小黑色铅颗粒弥散分布。纯铜相与腐蚀相网状交错,样品局部腐蚀,晶间腐蚀为主(图3f、3g,表2)。

  • 6)高锡区域。爵(M109:13-LJZ68)样品取自尾部断茬处,经金相显微镜与扫描电子显微镜观察,样品基本完全腐蚀,晶间处有少量δ相残留,经能谱仪面扫描分析,基本为铜、锡元素,含量分别为47.8%、48.2%(图3h,表2),其中锡元素含量过高,推测可能为铜优先于锡腐蚀且铜流失造成锡富集所致[9]。

  • 表2 部分器物样品扫描电镜能谱分析结果

  • Table2 SEM-EDS results of some bronze samples

  • 3.2 铅同位素比值

  • 刘家庄铜器样品中4件兵器完全腐蚀,但铜器在锈蚀过程中,铅同位素的分馏效应或埋藏环境中铅的污染对锈蚀产物的铅同位素组成的影响甚小,基本可以忽略不计[10],故其锈蚀物也可指征铅同位素来源。普通铅、特殊铅的区分以207Pb/206Pb值为0.82为界[11]。即这批铜器中20个样品均属高放射成因铅,206Pb/204Pb值集中于20.513~22.435,207Pb/206Pb值集中分布于0.724~0.772 3区间内。矛(M122-LJZ143)、斝(M121:62-LJZ63)(分裆处本体)207Pb/206Pb比值分别为0.848 4、0.823 5,隶属于普通铅范畴(表3,图4)。文献[5]报道了分析刘家庄遗址6座墓葬(M38、M112、M109、M121、M122和M56)的39件铜器结果,结果显示29件铜器属于所谓的高放射成因铅。刘家庄遗址出土高放射成因铅青铜器占据较高比例。

  • 表3 济南刘家庄遗址商代铜器的铅同位素比值分析结果

  • Table3 Results of lead isotope ratio of the Shang bronzes from Liujiazhuang site in Jinan

  • 注:部分样品未检测出结果,用“—”表示。

  • 图4 刘家庄青铜器铀铅-钍铅图

  • Fig.4 Uranium lead-thorium lead diagram of the bronzes from Liujiazhuang site

  • 3.3 微量元素分析结果及讨论

  • 3.3.1 微量元素分析结果

  • 选取青铜器中含量小于1%,且与冶炼所得金属铜矿可以保持较好相关性的Au、Ag、Se、Te、As、Sb、Bi等亲铜元素以及Ni、Co既亲铜又亲铁元素,以示踪铜矿料来源。在利用微量元素法探索铜矿料来源过程中,因铜料在青铜合金中比重远大于锡料与铅料,因此锡料和铅料带入的微量元素,相对铜料带入的微量元素影响较小,一般可予忽略[12]。刘家庄26个样品微量元素分析测试(表4),考虑样品锈蚀较严重,仅采用有效数据15个,并选取Au、Ag、Se、Te、As、Sb、Bi、Ni、Co等微量元素的测试结果比对分析。

  • 表4 济南刘家庄青铜器微量元素分析结果

  • Table4 Trace element analysis of the bronzes from Liujiazhuang site in Jinan

  • 注:部分样品因锈蚀严重不予采用,用“—”表示。

  • 3.3.2 微量元素特征分析

  • 将所得测试数据利用OriginPro软件绘制微量元素相关图(图5),因斝(M121:62-LJZ63)、箭镞(M121:10-LJZ151)砷含量大于1%,数据处理时未分析该元素。结果表明,刘家庄青铜器微量元素特征均具有高含量的Bi、As与Ag,但这三种元素变化范围较大。而Sb、Te、Ni、Au、Sn、Co等元素含量基本较低。异常数据方面,斝(M121:62-LJZ63)分档处本体与分档处补铸部位样品Ni元素均异常,含量相对较高,可能与铜斝合金组成相关,其分档处本体为纯铜质地,分档处补铸为铅砷铜三元合金。

  • 运用社会科学统计学软件SPSS对刘家庄青铜器微量元素进行因子分析(图6)。M109与M122青铜器样品基本集中在一个区域,说明这批器物的矿料来源可能一致,但M121中3件青铜器(斝、甑、觚)离其它样品远且各自分布较分散。其中斝(M121:62-LJZ63)分档处本体为纯铜,Ni元素含量高于其它样品,甑(M121:39-LJZ78)与觚(M121:18-LJZ87)样品Bi、As、Ag含量皆相对较高,但前者所含Co、Ni元素含量多,与后者相区分。对于上述Co、Ni含量特殊的青铜器样品,因Bi、As、Ag、Co、Ni皆是亲铜元素,都反映了母矿特征,暂不能判定其矿料来源。M121青铜器与其它墓葬青铜器的来源是否一致,由于数据有限还需分析更多样品。

  • 图5 刘家庄青铜器微量元素相关图

  • Fig.5 Correlation curves of trace elements of the bronzes from Liujiazhuang site

  • 图6 刘家庄青铜器因子分析散点图

  • Fig.6 Diagram of factor analysis of the bronze samples from Liujiazhuang site

  • 3.4 与殷墟青铜器的关系

  • 3.4.1 合金成分分析

  • 安阳殷墟二期铜兵器以锡青铜为主,铜容器材质主要有铜锡二元合金和铜锡铅三元合金两类,且高锡合金比例普遍较高,大多数器物的锡含量介于15%~20%之间,甚至有过度用锡的现象,而铅含量多在10%以下且变化幅度相对较大[13]。殷墟三期容器材质大部分为铜锡铅三元合金,可能由于锡矿资源的缺乏,铜锡合金被纯铜和铜铅合金代替。铜兵器以铅青铜与铅锡青铜占主导地位,高铅合金比例高[14]。由此,随文化分期不同,高锡青铜合金与高铅青铜合金数量出现明显变化[15]。刘家庄铜容器以铜锡铅三元合金材质为主,含锡量区间主要介于10.61%~31.4%,平均值为18.7%;铅含量主要介于3.8%~20.3%,平均值为8.1%(个别器物因腐蚀严重,铅锡含量异常)。铜兵器主要为铜锡二元合金、铜锡铅三元合金,兵器含锡量介于12.2%~16.3%,平均值为14.5%;铅含量介于5.7%~7.9%,平均值为6.4%。刘家遗址中墓葬年代定为殷墟三期,青铜器从类型学角度分析则殷墟二、三期均有[1]。由于本次对合金成分取样可能偏少,且部分样品腐蚀严重易导致锡、铅含量偏高,因此仅从合金分析结果难以判断这批器物与殷墟分期的关系。

  • 3.4.2 铅同位素比值分析

  • 古代遗址中,青铜器中含高放射成因铅的年代上限可溯至商早期,金正耀先生总结殷墟一二期含特殊铅器物占比80%左右,三期只有不到40%,殷墟四期即西周以后,此类含高放射成因铅的器物很少甚至于无。目前已知出土含高放射成因铅的铜器遗址地域分布广泛[16],主要有:郑州商城[11]、偃师商城[11]、湖北盘龙城[11]、安阳殷墟[11]、江西新干大洋洲[17]、四川三星堆[18]、金沙遗址[19]、汉中地区[20]、正阳闰楼[21]、炭河里[22]、高台山文化的湾柳遗址[23]等。本次所检测的三座墓葬的26件青铜器,含高放射成因铅的铜器占比高达90%。文献[5]报道刘家庄遗址殷墟第三期高放射性铅同位素铜器占比约为78.8%,与金正耀提出的晚商高放射成因铅资源的使用和消长过程不同。本研究样品总数相对文献[5]样品数量少一些,在铅资源比例上也与其略有差异。但总体来看,刘家庄青铜器的高放射成因铅比例是较高的,或许表明此批墓葬出土青铜器很多为殷墟二期特征,它们的铸造年代早至二期,但也如文献[5]所报道的,新资源分配独占性和铜器风格滞后性亦是造成这种差异的潜在因素。刘家庄遗址晚商墓葬含大量特殊铅的铜器群,探究其与殷墟文化的关系,为研究古代的经济贸易、物料交流、文化来往有重要价值。

  • 选用61个安阳殷墟青铜器样品铅同位素值[16]与刘家庄青铜器铅同位素值对比分析。图7、图8以207Pb/206Pb为X轴,208Pb/206Pb为Y轴,使用OriginPro绘制,分别显示了刘家庄青铜器与殷墟二期、殷墟三期以及与殷墟一期、四期青铜器铅同位素比值分布情况。刘家庄青铜器与殷墟二三期含高放射成因铅器物数据分布范围相对吻合,与殷墟一期、殷墟四期分布范围稍有差异。由此,从铅同位素比值也印证了考古发掘报告对这批青铜器年代上的测定。以往研究表明,某一特定矿体或矿区同位素比值在铅的演化图上的位置都接近一条直线[24]。刘家庄青铜器与殷墟二期、三期相似的线性拟合关系,以及相近的铅同位素比值,说明刘家庄高放射性成因铅青铜器与殷墟高放射成因铅青铜器其矿料来源具有较高的一致性,或为同一多金属矿源。

  • 图7 刘家庄青铜器与殷墟二期、三期青铜器铅同位素比值分布图

  • Fig.7 Distribution map of lead isotope ratios of bronzes from Liujiazhuang site and Phase Ⅱ and Ⅲ of Yin Ruins

  • 图8 刘家庄青铜器与殷墟一期、四期青铜器铅同位素比值分布图

  • Fig.8 Distribution map of lead isotope ratios of bronzes from Liujiazhuang site and Phase Ⅰ and Ⅳ of Yin Ruins

  • 图9、图10以207Pb/206Pb为X轴,208Pb/206Pb为Y轴,使用OriginPro绘制,分别显示了刘家庄青铜器与殷墟二期以及殷墟三期青铜器铅同位素比值分布情况。由图9知,殷墟二期青铜器207Pb/206Pb比值分布在0.70~0.86,主要为高放射成因铅,刘家庄青铜器207Pb/206Pb比值分布在0.72~0.84,两者在207Pb/206Pb值为0.72~0.74区间时,重合性较高。由图10知,殷墟三期青铜器207Pb/206Pb比值分布在0.72~0.87,殷墟三期含高放射成因铅与普通铅的青铜器几乎均量分布,刘家庄青铜器207Pb/206Pb比值分布在0.72~0.84,两者在207Pb/206Pb值为0.72~0.74区间时,重合性较高。

  • 图9 刘家庄铜器与殷墟二期青铜器铅同位素比值分布图

  • Fig.9 Distribution map of lead isotope ratios of bronzes from Liujiazhuang site and Phase Ⅱ of Yin Ruins

  • 图10 刘家庄铜器与殷墟三期青铜器铅同位素比值分布图

  • Fig.10 Distribution map of lead isotope ratios of bronzes from Liujiazhuang site and Phase Ⅲ of Yin Ruins

  • 为了再次研判刘家庄与殷墟二期、三期青铜器的关系,利用箱线图比对刘家庄与殷墟二期、三期青铜器铅同位素比值(图11)。殷墟三期青铜器铅同位素比值数据波动程度大,而殷墟二期与刘家庄铜器铅同位素比值数据波动程度相近。且比之殷墟三期,殷墟二期与刘家庄铜器箱子中间所代表样本数据平均水平的中位数线相近,表明刘家庄青铜器年代可能多处于殷墟二期。

  • 图11 刘家庄与殷墟二期、三期青铜器铅同位素比值箱线图

  • Fig.11 Box plots of lead isotope ratios of bronzes from Liujiazhuang site and Phase Ⅱ and Ⅲ of Yin Ruins

  • 3.4.3 微量元素分析

  • 选用经中科院地质与地球物理研究所ICP-AES检测分析的14个安阳殷墟青铜器样品微量元素数据[14],利用OriginPro绘制其与刘家庄青铜器微量元素相关图(图12)。

  • 图12 刘家庄青铜器与殷墟青铜器微量元素相关图

  • Fig.12 Correlation curves of trace elements of bronzes from Liujiazhuang site and Yin Ruins

  • 这批殷墟青铜器以高含量Ag、As、Bi微量元素为特征,Se、Te元素含量较少,与刘家庄青铜器微量元素特征相似,但前者Ag含量相对更高,而后者Bi与As含量高。采用社会科学统计学软件SPSS,以Co、Ni、As、Te、Ag、Au、Bi元素为基础变量,将安阳殷墟青铜器与刘家庄青铜器做多元统计分析(图13),发现二者样品相对集中于一处区域,分布模式相较接近。图中刘家庄青铜器异常值为斝(M121:62-LJZ63)(分档处本体),其材质为纯铜,隶属普通铅。结合上述铅同位素分析,微量元素结果辅助说明了刘家庄青铜器与殷墟青铜器的主体原料可能相同。

  • 图13 安阳殷墟与刘家庄遗址青铜器因子分析散点图

  • Fig.13 Diagram of factor analysis of bronzes from Yin Ruins and Liujiazhuang site

  • 3.4.4 器物类型分析

  • 刘家庄青铜器文化因素与殷墟文化因素相似性较大,在较多出土鼎、簋、觚的纹饰与形制上皆有体现(图14)。圆鼎(M121:16-LJZ102),腹部饰兽面纹,双角两端内卷,圆睛突出,以扉棱为鼻梁,尾部向下卷,躯干下有脚,分爪,以雷纹衬底。与之形制相似器物如戚家庄M269爰鼎[25]、殷墟西区第七墓区共鼎(GM907:3)[26],流行于殷墟三期。圆鼎(M121:40-LJZ85)腹部饰一周蝉纹,具有大眼,蝉吻突出,躯干饰四条波浪形体节,尾部饰竖线的特征,流行于殷墟中期至西周早期[27],如花园庄东地圆鼎(M48:1)[28]与之近同。簋(M122-LJZ103)敞口,圆唇较厚,上腹一周纹饰带,带内均匀分布三兽首,其两侧各两条朝向兽首的夔纹,腹中下部均为乳钉纹。类似纹饰与形制的铜簋在殷墟多有发现,如大司空M51:32[29]、范家庄M4:5[30]及新安庄M225:2[31]等铜簋。从形制来看,刘家庄铜簋(M122-LJZ103)与新安庄出土铜簋更为接近,年代应当相当,约在殷墟三期。

  • 本次分析样品中觚数量最多(图15),其中觚(M122:10-LJZ114)与觚(M121:18-LJZ87)分别为殷墟二期早段、晚段[1]。觚(M109-LJZ94)器体较矮略粗,略鼓腹,圈足较高,且有粗“十”字形镂孔。鼓腹饰兽面纹与连珠纹且饰以扉棱,镂空下两周连珠纹之间似饰兽面纹。类似形制在殷墟时期均有发现,但有连珠纹的多见于殷墟四期,偶见于殷墟三期早段[32]。因此可推测刘家庄M109-LJZ94觚的年代应在殷墟三期早段。觚(M109-LJZ110)锈蚀严重难以分辨纹饰。觚(M121:2-LJZ91)形制及纹饰与觚(M121:18-LJZ87)较相似且同出一墓,可能也为殷墟二期晚段器。觚(M122-LJZ140)体高腹细,纹饰特征鲜明,可能属于殷墟三期,冉丁觚[33]与其近同。因此,在铜器纹饰风格和形制上,刘家庄青铜器与殷墟文化二、三期青铜器保持较高的一致性。

  • 图14 刘家庄青铜容器与殷墟青铜容器对比图

  • Fig.14 Comparison of bronze vessels from Liujiazhuang site and Yin Ruins

  • 图15 刘家庄铜觚

  • Fig.15 Bronze goblets from Liujiazhuang site

  • 4 结论

  • 本研究补充完善了济南刘家庄青铜器科技分析内容及考古学研究信息。铜器合金成分为铅锡青铜、锡青铜、铅青铜、纯铜及铅砷青铜。容器大多为铜锡铅三元合金,1件容器为铜锡二元合金,斝(M121:62-LJZ63)本体为纯铜,补铸材料为铅砷青铜。兵器中4件完全腐蚀,其余兵器戈(M121:34-LJZ46)和戈(M121:24-LJZ41)为铜锡铅三元合金,戈(M122:37-LJZ70)和刀(M121:64-03116)为铜锡二元合金,1件戈(M122:30-LJZ153)为铜铅合金。容器与兵器的合金成分中锡元素含量相对较高。器物成型工艺为铸造,其中戈(M122:37-LJZ70)与鼎(M109-LJZ146)存在铸后冷加工痕迹。

  • 考古资料显示,济南刘家庄青铜器墓葬的殷商文化因素非常突出。本研究发现刘家庄青铜器铅同位素比值结果中高放射成因铅占比高达90%,仅矛(M122-LJZ143)、斝(M121:62-LJZ63)(分裆处本体)为普通铅。铅同位素比值情况与殷墟二、三期关联性较强,似与殷墟二期相关性更紧密。虽然未对所有器物全部取样分析,可能存在数量的局限性,但从整体分析结果看,高放射成因铅的占比也相当高。刘家庄青铜器微量元素特征为具有较高含量的Bi、As、Ag元素,个别器物如斝(M121:62-LJZ63)(分裆处本体)Co、Ni元素含量相对偏高。整体上看,绝大多数青铜器的微量元素亦与殷墟青铜器微量元素分布特征较相似。另外在铜器纹饰风格和形制上,刘家庄青铜器与殷墟文化二、三期青铜器保持较高的一致性。这些特征表明,晚商时期山东地区与殷墟中原地区交流密切,为商晚期青铜器生产来源与流通关系提供了新的证据。

  • 致谢:本研究铜器样品铅同位素比值与微量元素测试结果由北京大学考古文博学院崔剑锋教授、马仁杰博士提供,铜器合金成分结果由山东省文物保护修复中心王云鹏、刘芳志同志提供。山东大学文化遗产研究院马清林教授对本文写作给予了悉心指导。山东省文物保护修复中心王传昌主任、济南市考古研究院李铭院长对该项目实施给予了大力支持,在此一并表示诚挚感谢!

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  • 基本信息

    中图分类号: K876.41
    文献标识码: A
    DOI: 10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20210102017
    文章编号: 1005-1538(2022)03-0055-15

    基金信息

    山东省人文社会科学课题资助(2021-JCLS-06)；

    引用信息

    稿件历史

    收稿日期: 2021-01-30

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