二、讨论
1.马家窑青铜刀和“铜碎渣”的意义
甘肃东乡林家马家窑文化遗址出土的含锡6%～10%的青铜刀是目前我国发现的最早一件青铜器，它的年代（前2740年）与世界范围内最早出现青铜的时代相当。世界上最早的含锡8%～10%的锡青铜器是发现于乌尔罗亚尔墓中的斧和短剑，年代约公元前2800年[22]。马家窑青铜刀由于仅出土1件、材质不是红铜，容易引起人们对其出土准确性的怀疑。本文研究的灰坑（H54）中出土的“铜碎渣”，使青铜刀已不再是孤证。
“铜碎渣”的岩相鉴定表明渣中有铁橄榄石和金属铜存在。铁橄榄石是在冶炼时矿石中的氧化铁（Fe2O3）被还原成氧化亚铁（FeO）后与石英（SiO2）结合生成的产物（Fe2SiO4）。“铜碎渣”心部的少量金属铜以不规则形状分布于赤铁矿、褐铁矿和石英中，也应是冶炼还原的产物。一般正常冶炼铜矿的炉渣中包含的金属铜以圆球颗粒存在，“铜碎渣”中金属铜的不规则形状表明它未充分熔化。同时，“铜碎渣”中赤铁矿（Fe2O3）和石英颗粒呈圆角形，说明此“铜碎渣”是铜铁氧化共生矿石经过冶炼，但尚未完全熔化，未被充分还原和造渣。由于冶炼温度不高，共生矿石中的氧化铜虽已被还原成金属，但尚未达到铜的熔点（1083℃），故呈不规则形状存在。矿石中的氧化铁（Fe2O3）只有少部分被还原为氧化亚铁（Feo）与石英（SiO2）形成渣，生成铁橄榄石（Fe2Si04），一些被还原成的氧化亚铁（FeO）又进一步被外界环境氧化，生成赤铁矿（Fe2 03）、褐铁矿（Fe2 03·nH2 0）。“铜碎渣”外部和裂隙中的孔雀石也系在外界环境中长期风化的产物，是由金属铜或氧化亚铜（Cu2 o）氧化生成的。部分孔雀石粉碎，形成小块“铜碎渣”。因此，此“铜碎渣”是一次冶炼铜铁氧化共生矿失败的遗物。
利用共生铜矿冶炼铜合金的实例还有山东胶县三里河出土的龙山文化黄铜锥。笔者曾进行过模拟实验及研究，对古代利用共生铜矿及混合矿冶炼黄铜进行了探索[23]。陕西临潼仰韶文化遗址曾发现黄铜片[24]，笔者最近对陕西渭南仰韶文化晚期遗址出土的铜笄进行了检测，表明它也是黄铜，具有锻造组织。以上说明公元前3000年左右在黄河中、上游地区已开始冶铜技术的探索。铜锌共生矿较易还原，在当时冶炼条件下可以得到黄铜器。含锡的铜矿也较易熔炼，R.F.Tylecote指出：“19世纪在南维尔士熔炼来自康沃尔的铜矿，冶炼得到的铜中含有0.7%的锡。该矿中有一种含锡0.94%，含铜12.3%的矿石，用它炼出的铜中，铜和锡的比例为93∶7，因此有可能炼出含锡7%的青铜来。”[25]因此，马家窑文化含锡6%～10%的青铜刀有可能由铜锡共生矿冶炼制成。而铜铁共生矿的冶炼较困难，故马家窑文化先民采用这种矿石炼铜，结果失败了。“铜碎渣”的发现进一步证明在公元前3000年的黄河流域已经开始冶金实践，冶金技术处于利用铜的氧化共生矿还原熔炼阶段，产品种类取决于当时人们所采集到的铜矿石种类。早期黄铜器、青铜器的出现并不是冶金技术已达先进水平的标志，只能认为当时的冶金技术正处于初始阶段。
2.冶炼红铜技术渐趋成熟
甘肃齐家文化时期出土的铜器与马家窑、马厂时期铜器相比，有4点明显不同：（1）齐家文化遗址出土铜器的数量有较大增加；（2）齐家文化有出土铜器集中的遗址存在，如武威皇娘娘台一处遗址，就出土30余件铜器；（3）齐家文化晚期开始出现装饰品及斧、镰等工具；（4）铜器的材质以红铜为主，不仅小件刀、锥由红铜制成（锻制为主），工具中的斧也由红铜制作（铸造）。以上反映齐家文化时期红铜的冶炼与制作技术渐趋成熟，但对铜的合金化的认识尚不充分。
齐家文化脱离原始铜合金阶段而发展到冶炼和制作红铜阶段是技术上进步的表现。随着人们选择矿石和冶金经验的不断积累，使用较纯净的氧化铜矿冶炼红铜是必然的结果。在黄河流域的下游地区也发生着同样的变化，冶炼和制作红铜器在龙山文化时期发展和成熟起来。如河南临汝县煤山河南龙山文化遗址（前2290—前1900年）灰坑中发现有炉壁，炉壁内层存在6层铜液附着物[26]。又如山西襄汾陶寺龙山文化墓葬出土1件红铜铃形器含铜量达97.86%[27]。
此时期中原地区有青铜器出现，与甘肃齐家文化晚期情况类似，如河南郑州牛砦村河南龙山文化探方发现的炉壁内附着物为含铅5%的青铜[28]。河南登封王城岗龙山文化四期出土的铜容器残片系铅锡青铜铸件[29]。均反映了龙山文化与齐家文化晚期中国已开始进入青铜时代。
3.甘肃早期青铜时代铜器的特点(https://www.daowen.com)
甘肃自齐家文化晚期开始出现青铜器，到四坝文化时期青铜器的数量增加，不仅用于装饰品，还用作工具，特别是用作消耗性武器（见表二、表四），并有铸镞石范出土，说明青铜的生产量较大。青铜不仅有锡青铜，还有铅青铜和铅锡青铜，已开始应用复合陶范分铸法铸造器物，反映了四坝文化已属青铜时代文化，并与中原地区同时代青铜铸造技术相同。但甘肃四坝文化铜器也有其不相同的地方：（1）红铜器仍占较大比例，如火烧沟经检验的铜器中红铜占50%。其中工具和兵器类使用红铜制作的比例大于青铜，而装饰品和用具类却相反，青铜比例大于红铜。（2）器物多为小件工具、装饰品，尚未出现青铜容器。（3）于骨崖和东灰山遗址砷铜器较多。砷铜器在中亚和近东地区早于青铜使用[30]，而在中国的中原地区早期遗址中尚未发现砷铜器。（4）四坝文化铜器中有一些形态上具有北方草原文化的风格。这些反映了四坝文化尚处于青铜时代早期，其特点产生的原因应与其所处的地理位置是在东西方交流的通道——河西走廊有密切的关系。
4.三个四坝文化遗址铜器的特点比较
四坝文化的三个主要遗址出土铜器在材质和制作工艺上存在一定差异。东灰山出土的15件铜器全部含砷且全部热锻成形；干骨崖出土的铜器经分析的46件中有16件含砷，其余为红铜和青铜，工艺有铸、有锻；而火烧沟经光谱分析是否含砷的29件铜器中仅5件含少量砷，经金相鉴定的65件铜器中仅4件为锻制，其余均为铸件。
技术上的差异一般是由时代、人种、资源、社会和经济等因素决定的。三个四坝文化遗址年代相近，且均分布在祁连山北麓，矿产资源亦相同。人种学研究表明甘肃河西地区自新石器时代至青铜时代为东亚蒙古人种的分布，至今尚未见到典型的白色人种分布[31]。说明四坝文化三个遗址居民在人种上没有明显区别。
考古学研究[32]表明三个墓地在墓葬形制、风俗习惯多方面有许多不同是造成铜器在技术上不同的重要原因。从存在砷铜器的情况分析，东灰山和千骨崖与中亚和近东可能有着一定的交往。从青铜的铸造技术上看，火烧沟更加先进，与中原地区的技术似更接近些。
5.甘肃早期冶金产生和发展的资源条件
甘肃省是我国有色金属矿产蕴藏丰富的省份之一。图一一标出围绕出土铜器遗址的矿产分布情况，在这些古代遗址周围分布有铜矿、锡矿、铅矿以及包括铜砷矿在内的多金属共生矿。丰富的矿产资源为冶金技术的产生和早期发展提供了重要的物质条件。
图一一 甘肃地区古代遗址周围的有色金属矿产分布示意图