拜城克孜尔墓地出土铜器的冶金学研究

　　克孜尔水库墓地位于新疆拜城县克孜尔乡的克孜尔河两岸台地，1990—1992年，为配合克孜尔水库建设工程，做好文物保护工作，新疆文物考古研究所先后四次对此墓地进行了抢救性发掘，共发掘墓葬160座，出土文物千余件。其中铜器有60多件，器型主要有铜斧、镜、簪、刀、勺、纺轮、扣饰、项圈、项坠、耳环等。出土铜器的墓葬约占总数的1／3。墓地使用时间从公元前1000—前600年。1999年北京科技大学冶金与材料史研究所对其中出土的19件铜器进行了分析检验。所取样品编号及表面状况、取样部位如表4—1所示。
　　一、成分分析
　　铜器的成分分析采用扫描电镜能谱(SEM-EDS)无标样定量分析法(ZAF)进行。实验设备为剑桥S-250MK3扫描电镜及LinkAN10000能谱仪，激发电压为20kV。由于样品中的C、O等原子序数小于11的轻元素不能检测，因此对锈蚀、夹杂物来说，只能定性分析，而不能判定具体的氧化物种类情况等，这方面情况需要借助于其他技术，如矿相显微镜、X射线衍射等进行进一步判定。平均成分采用面扫描方法进行，为了尽可能准确地反映金属样品成分，在样品的不同部位分别进行两次面扫描。表4—2示出了经过检验的19件铜器的平均成分。
　　经过检验的19件铜器中，有4件为红铜材质(XJ17、XJ26、XJ190、XJ199)，一件为铅锡青铜(XJ191)，其余14件都为锡青铜材质。红铜材质中有铜刀、铜耳环和残铜块，铅锡青铜是铜勺，锡青铜有残铜饰、铜耳环、铜刀、铜项圈、铜镜、铜扣、铜纺轮等。此外，还有4件铜器含有不足2％的铋元素，2件含有微量的铁元素，1件含有微量的碲元素。
　　二、组织检验
　　样品经过镶嵌、磨光、抛光后，经三氧化铁酒精溶液侵蚀，在金相显微镜下进行观察，配合使用扫描电镜进行微区组织观察和成分分析。锈蚀样品主要是通过金相和矿相配合进行组织的检验。19件样品的检验结果见表4—3。
　　经过检验的19件铜器中，有6件是锻造，有8件是铸造，有1件是铸造后局部冷加工，还有4件的加工工艺不明确。从总体上来看，加工工艺有铸造、有锻造，铜簪、项圈、耳环、锥是锻造加工而得来的，铜纺轮、扣、勺、铆扣、镜等是铸造加工而得来的，铜刀的加工方法有铸造、锻造、铸造后局部冷加工三种情况。多数铜器的金相组织显示有缩孔或疏松等铸造缺陷，有的经过锻造以后还有所保留。微区成分分析表明，还有许多微量元素的存在，如铋、碲、锑、磷、铁等，在平均成分分析中表现不明显，但在局部微区成分中却不容忽视。
　　三、分析讨论
　　(一)以锡青铜为主的铜器群
　　经过检验的19件克孜尔水库墓地出土的铜器中，有14件为锡青铜，约占74％，这说明墓地的铜器主要以锡青铜材质为主。
　　锡青铜的使用，在中亚地区具有很长的历史，大约在公元前2000年，在东哈萨克斯坦发现有大量锡石矿，到公元前第二千纪下半叶的安德罗诺沃文化时期，这些矿山的开发达到顶峰，有的矿山有上百万吨的石头和矿石被搬动，满足了大部分中亚地区锡青铜冶炼的需求。安德罗诺沃文化的势力向西进入伏尔加河与顿河流域，并且使高加索地区的砷铜技术崩溃。①与此同时，锡青铜的传统也进入到中亚的费尔干纳盆地，公元前1000年左右的楚斯特文化出土的铜器经过鉴定是以锡青铜为主。②克孜尔水库墓地东边的位于焉耆盆地的和静察吾乎沟墓地(年代在公元前第一千纪上半叶)，经检验的出土铜器也都是锡青铜。③此外，同属于察吾乎文化的位于和静县境内的另外几处墓地，巴仑台沟、哈布其罕、拜勒其尔的铜器经过检验也是锡青铜。可以说，克孜尔水库墓地的铜器从总体上来看，材质没有脱离其周边文化的锡青铜系列。
　　从成分上来看，克孜尔水库墓地没有发现含有砷元素的铜器，这与新疆东部哈密地区的天山北路、焉布拉克、南湾、黑沟梁、拜契尔等墓地的铜器是非常不同的。由此可见，在米努辛斯克盆地—阿尔泰山西蒙古高原—巴里坤草原—哈密盆地—河西走廊一线活跃的砷铜势力，并没有达到天山西段的焉耆—库车地区。
　　(二)多种元素并存的特点
　　铅元素：克孜尔水库墓地有1把铜勺(XJ191)，经过成分分析是铅锡青铜材质，并且从金相组织可以观察到大量的铅颗粒存在，这在墓地出土的其他铜器中是没有发现的。尽管其他铜器在检验过程中也发现有少量的铅颗粒，但平均成分分析中没有1件超过1％的铅含量，因此，从总体上来看还没有形成一种铅合金的工艺，仅有1件铅锡青铜是特例。而比较与其年代相近的周边文化，费尔干纳盆地与焉耆盆地都没有发现含铅很高的铜器，而对新疆东部的几处公元前1000年左右的墓地出土铜器的检测表明含有少量的铅元素，西边的阿富汗—伊朗地区青铜时代晚期的铜器经过检验，主要的合金元素则是锡、铅两种元素。④这件铅锡青铜的铜勺来源究竟是何处，还有待于进一步的研究。
　　铋元素和碲元素：在本研究中发现铋元素含量超过1％的铜器有4件，约占全部分析样品的21％，并且其中有1件(XJ16)还含有少量的碲元素，这在新疆地区已经分析的样品中是不多见的。铋元素在铜器中的存在显示出较强的地域特点，可能与铜矿或锡矿伴生的矿物有关系。碲元素更是为中原地区的铜器所不多见，但在西亚的早期少数铜器的检测中有过报道。目前可以与此相提并论的，是在新疆塔里木盆地腹地的克里雅河流域圆沙古城采集的部分铜器，经分析也含有少量铋元素和碲元素，二者很可能存在某种交流。⑤另外，焉耆盆地的哈布其罕墓地也有几件铜器含有少量铋元素，这暗示着其铜器冶炼的矿产来源也与库车的铜矿有某种联系。
　　铁元素：铁元素的出现是这批铜器的另一重要特征。在XJ196和XJ199两件铜器样品中，有1％左右的铁含量，并且在扫描电镜微区分析中可以发现富铁相，它不是以硫化物的形式存在，而是以氧化物的形式存在。这有可能是在冶炼含铁的铜矿时，温度高到一定程度时将铁还原出来，在使用过程或埋藏环境中由于接触氧气又重新变成了铁的氧化物，这说明当时的冶金技术是比较发达的，很可能铁器也是本地生产的。这为新疆出现大量早期时代的铁器提供了技术上的有力证据。
　　(三)加工工艺的问题
　　克孜尔水库墓地出土的铜器经过组织检验，加工工艺有铸造、锻造、铸造后局部冷加工三种，其中铸造、锻造的比例大体相当，加工工艺与具体的铜器类型有关。
　　多数经过检验的铜器，发现有缩孔、疏松等铸造缺陷，有些经过锻造也不能去除，这是克孜尔水库墓地出土铜器的重要特点。造成这一现象的原因有几个：一是铸造工艺的温度和冷却条件并不合适，温度过高且冷却速度过快；二是铜器中普遍含铅量低，铅元素在铸造过程中的填充作用无法发挥出来；三可能是由于采用石质的模范，冷却速度快且铸模没有充分考虑到排气的问题，这些都说明了克孜尔水库墓地虽然冶炼技术比较先进，但青铜器铸造的技术显得并不很先进。
　　(四)矿产和冶炼的问题
　　克孜尔水库墓地附近蕴藏着丰富的矿产资源，并且已经为古人所应用。《汉书·西域传》有姑墨国“出铜、铁、雌黄……龟兹国……能铸冶，有铅”的记载，其中的姑墨国是现在拜城县西南地，龟兹国是现在库车县地。本研究表明，铜矿资源已经为克孜尔水库墓地的主人所利用，但铅和雌黄却还没有被利用。库车和拜城两县境内的铜矿资源十分丰富，主要有库车县铜厂河流域的库兰康铜矿、恰克玛克铜矿、依里木扎尔得铜矿等，拜城县确勒塔格山麓的滴水洞铜矿、温巴什铜矿等，其中不少都是极易开采并冶炼的孔雀石矿，即使是在古代的条件下也是很容易辨认的，这是这个地区的铜冶炼技术能够得到发展的重要物资基础。
　　此外，在墓地的西部发现有炼铜遗址，散露着破碎的陶器、石磨盘、石斧、石锤、残坩埚、炼渣、炭灰堆积，以及丰富的矿料堆积等与冶炼活动有关的文化遗物。通过对这些遗物的陶器质地和器型观察，文化形制与墓葬一致。⑥这些都有力地说明了早在公元前第一千纪的上半叶，这里就已经开始冶炼和铸造的生产实践了。
　　四、结语
　　通过对克孜尔水库墓地出土铜器的冶金学研究，我们可知在公元前1000—前600年活动于新疆的天山西段南麓的这支民族，具有以锡青铜为主的铜冶金技术，这与周边地区时代接近的文化是相一致的。铅元素仅在个别铜器中有所表现，铋和碲元素的存在是这批铜器的一个特点，铁元素以氧化物而不是硫化物的形式存在说明冶炼技术的高超。
　　墓地出土铜器的加工工艺，既有铸造的，又有锻造的。铜器中普遍含有较多的孔洞和疏松，这说明当时的铸造技术并不是十分发达，这与其缺乏铅元素的填充作用有关，也可能与石质模范有关。
　　库车和拜城两县境内有相当数量的氧化铜矿，墓地附近还有冶炼遗址。进一步对这些矿冶遗址进行考察和研究，有助于更全面地展示古代龟兹和姑墨国的铜冶炼技术，这将是下一步研究中要解决的重要问题。
　　(与伊弟利斯·阿不都热苏勒、潜伟合撰，原载《新疆文物》2002年第1—2期)
　　① Cf.Karl Jettmar:Metallurgy in the early steppes,Artibus Asiae,Switzerland,Vol.XXXIII,1/2,1969.
　　② Cf.E.N.Chemykh:Ancient Metallurgy in the USSR,translated by S.Wright,241-252,Cambridge University Press,1992.
　　③ Cf.Jianjun Mei: Copper and Bronze in Late Prehistoric Xinjiang,the Disserta-tion for the Ph.D.degree,137-177,the University of Cambridge,1999.
　　④ CF.E．N．Chemykh：Ancient Metallurgy in the USSR，translated by S．Wright，271-275．
　　⑤ 参见北京科技大学冶金与材料史研究所、新疆文物考古研究所：《新疆克里雅河流域出土金属遗物的冶金学研究》，载《西域研究》，待刊。
　　⑥ 参见张平：《从克孜尔遗址和墓葬看龟兹青铜时代的文化》，载《新疆文物》，1999(2)，59～65页。