西藏堆龙德庆县嘎冲村遗址冶炼遗物的发现与初步研究
西藏堆龙德庆县嘎冲村遗址冶炼遗物的发现与初步研究[1]
李映福1 哈比布2
（1．四川大学历史文化学院考古系；2．西藏自治区文物保护研究所）
2004年，西藏自治区博物馆考古队在青藏铁路西藏段的拉萨市郊堆龙德庆县古荣乡嘎冲村发现一处古遗址，并先后两次在遗址现场采集到陶片、石器和炼渣、陶质鼓风管等遗物。[1]虽然嘎冲村遗址没有经过正式的考古发掘，但调查发现的炼渣、陶质鼓风管等冶炼遗物仍然具有十分重要的学术意义，是认识西藏高原早期金属时代以及西藏高原冶金技术起源与传播的重要线索。
1 嘎冲村遗址与冶炼遗物的年代
遗址位于堆龙德庆县嘎冲村北约1000m处的山脚坡地。2004年，调查队在挖开的断层及附近发现有木炭、灰烬，并在现场采集到石器、陶片、“残铁块”、“铁渣”等遗物。2005年5月的第二次调查时，又在距地表深约1.5m处的断层剖面采集到夹砂红陶罐口沿、黑皮陶和褐红皮陶以及灰陶片等遗物，少数陶片上装饰有刻画纹。遗址北面坡地上还采集到一件赤铁矿粉涂成红色的砾石砍砸器。
嘎冲村遗址的石器有打制石器、敲砸器、细石器。打制石器加工较粗，但外形规整，多为石片石器，不少石片上保留局部砾石面，一般在局部需要的部分采用交互打击法修整刃部。石器有梯形铲、单刃刮削器、双边刮削器、尖状器、弧刃刮削器。细石器有石叶、细石片，似龟背三角形，边沿有剥落石片的痕迹，刃部锐利。
陶器制法为手制，个别陶片有慢轮修整痕迹。陶质有泥质陶和夹砂陶，泥质陶火候较高，陶胎细密、坚实。陶色有红色、灰褐色、黄褐色，还有泥质磨光黑皮陶。可辨器型有罐、盘和纺轮。纹饰有绳纹、锥刺纹、直线刻画纹、附加堆纹等。
嘎冲村遗址的泥质磨光黑皮陶和直线刻画纹加锥刺纹的陶片与拉萨曲贡、邦嘎、昌果沟等遗址的磨光黑皮陶和纹饰相同，打制石器的器类与加工方法以及“涂红”石器也普遍见于拉萨河谷的曲贡、邦嘎、昌果沟等遗址。西藏的学者认为嘎冲村遗址属于“曲贡文化”，[2]其文化面貌基本与拉萨曲贡、邦嘎、昌果沟等遗址相近，年代大体在3000a B. P.左右。关于遗址的下限年代，更堆先生认为可能晚到吐蕃时期，其依据是遗址发现有“铁块”、“铁渣”。[3]但科技分析的结果显示遗址采集的“铁块”、“铁渣”均为青铜炼渣。陶片表面黏附的炼渣粒说明陶片与冶炼遗物可能为共存关系，再有，仔细观察采集的实物资料，也未见吐蕃时期的遗物，因此，推测冶炼遗物与陶片、石器的年代应是大体一致的，即3000a B. P.左右，约为中原地区的西周时期。
2 炼渣的金相观察与成分分析
2.1 炼渣形制与标本观察
嘎冲村遗址采集的冶炼遗物有漏斗状的陶件、铁块2件和铁渣残块8件等，笔者观察确认“漏斗状的陶件”为陶质冶炼鼓风管，“铁块”、“铁渣”均为青铜炼渣。为了解炼渣的冶金属性及冶炼技术，笔者获取两件炼渣样本做科技检测分析。虽然样品数量少，但科技分析获取的数据对西藏高原早期金属时代以及西藏高原冶金技术起源等问题的研究意义重大。两件炉渣样本按其紧密性、重量及表面玻璃质的不同分重渣与浮渣两类。重渣（2014XZLZ1）大小约为8cm×5cm×3cm，表面黑褐色，外观呈瘤状，有磁性，有少量点状绿锈，断口为暗黑色，重量大，致密，表面氧化较重，气孔少（图1）；浮渣（2014XZLZ2）大小约为4cm×3cm×2cm，表面灰黑色，重量轻，较疏松，玻璃化，气孔多（图2）。
图1 2014XZLZ1照片
图2 2014XZLZ2断面照片
2.2 炼渣的分析结果
利用台式吊磨机对样品2014XZLZ1进行截取，将标本清洁后，尽量取最大面积进行制样，用上海金相机械设备有限公司XQ-1金相试样镶样机将样品包埋在黑色胶木粉中，再利用上海金相机械设备有限公司生产的MP-2A型金相试样磨抛机手动对样品进行磨光与抛光处理。在Leica CTR6000型金相显微镜下对样品显微组织做了初步观察（图3、4）。
图3 2014XZLZ1金相组织照片（5倍）
图4 2014XZLZ1金相组织照片（50倍）
采用JEOL公司生产的JSM-7100F型扫描电镜及INCA大面积电制冷能谱仪（X-Max），对样品进行微观形貌观察和成分检测，选取加速电压为20kV，使用背散射探头。样品采用导电胶与样品座相连。微观形貌观察（图5、6）和成分检测结果如下（见表）。
图5 2014XZLZ1背散射电子像
图6 2014XZLZ1背散射电子像
表 电镜分析数据
注：①“-”表示未见此元素特征峰出现，以上数据为原始数据归一到100%后得到。②A、D为未反应完全的黄铜矿，B和C都属于玻璃态基体为铁橄榄石。
扫描电镜的检测分析结果表明，2014XZLZ1的基体为玻璃化的硅酸盐，可见大量铁橄榄石，并含有少量的铝、钙等元素。从A的棱角及裂痕推断，A是被包裹在渣中未反应完全的黄铜矿（图6）。电镜下未见金属颗粒。黄铜矿作为品位较低的硫化矿，不能直接还原为铜，需要先熔炼得到冰铜。推测该炉渣为冰铜渣，原料为硫化矿。由于受样本数量和观察设备的限制，初步研究所获取的信息有限，下一步拟收集更多炼渣样品及相关遗物开展分析研究。
2.3 冰铜冶炼工艺
冰铜也叫铜锍，主要由硫化亚铜和硫化亚铁互相熔解而成的，理论上，铜的质量分数为0～80%，硫的质量分数为20%～36%，铁的质量分数为0～64%。冶炼冰铜的原料是硫化矿。硫化矿主要可分为三类：黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）和辉铜矿（Cu2S）等。西藏是我国铜矿资源储量最大的省区，三类铜矿在西藏地区均有广泛的分布。
由于在熔炼条件下，铜对硫的亲和力大于铁对硫的亲和力，而铁对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，即铜的硫化物（Cu2S）比铁的硫化物（FeS）更稳定，铁的氧化物（FeO）比铜的氧化物（Cu2O）更稳定。所以焙烧硫化矿将产生2CuFeS2→Cu2S＋2FeS＋S的以下反应。此反应是冰铜熔炼的基础反应。
冰铜在炉中再经多次焙烧脱硫，熔炼浓缩成高品位的冰铜，最终将冰铜焙烧后再按以下反应冶炼成粗铜，称为“硫化矿—冰铜—铜”工艺。
2Cu2S＋3O2→2Cu2O＋2SO2
Cu2O＋FeS＝Cu2S＋FeO
Cu2S＋2Cu2O→6Cu＋SO2
相比“氧化矿—铜”的冶炼工艺，“硫化矿—冰铜—铜”的冶炼工艺更复杂、更先进。
2.4 结论
炼渣样品的检测分析结果表明，西藏高原最迟在3000a B. P.左右就已经形成了相对成熟的青铜冶炼技术。嘎冲村遗址的铜冶炼工艺是将硫化矿还原为冰铜，再将冰铜冶炼成粗铜。标本中未检测出砷元素，但由于标本数量有限，所获数据还难以判断西藏高原这一时期是否掌握了添加砷矿物冶炼砷铜合金的技术。
3 西藏高原冶金技术的起源与传播
1990年，中国社会科学院考古研究所等在拉萨市北郊娘热山沟曲贡村遗址的H12清理出一件铜镞，这是迄今为止西藏高原发现的年代最早的青铜器，年代在4000a B. P.左右。[4]铜镞为扁平叶片形，尖锋为弧圆形，边缘微弧，有短而尖的翼展和短而扁的铤。外形规整，左右对称，镞体中部略厚，边锋锐利，长3.55cm、宽1.34cm、厚0.13cm。铜镞以锡青铜铸造制成，铜锡比例分别为83.67%和12.51%。[5]
图7 嘎冲村遗址出土的鼓风管及使用示意图
西藏高原“曲贡文化”时期的青铜器目前仅发现一例，不能排除外地输入的可能性，但嘎冲村遗址冶炼遗物的发现说明西藏高原最迟在3000a B. P.左右就已经出现青铜冶炼。西藏高原青铜冶炼技术的起源显然与周边地区冶金技术的扩散有关，嘎冲村遗址采集的一件形制特殊的陶质鼓风管为认识这一问题提供了重要的线索。鼓风管为夹砂灰褐陶，内壁因高温呈浅红褐色，形制为喇叭状，一端粗一端细，中空。长11.5cm，大口外径5.8cm、内径5.2cm，小口外径4.5cm、内径2.3cm，壁厚0.5～1.4cm。小口一端的管壁有高温熔融的痕迹，呈黑褐色的玻璃质，伴有大小不等的蜂窝状圆孔（图7、8）。从鼓风管小口一端受热形成的熔融痕迹来看，鼓风管的设置应为小口朝炉内，大口朝炉外。根据小口顶端到鼓风管中部有3～3.5cm的熔融痕迹，推测炉壁与鼓风管中轴线的倾斜角为15°～20°，鼓风管伸入炉内长度有3～3.5cm，余下部分插在炉壁内，由此推测炉壁厚度不超过8cm，这也恰好是鼓风管未直接受高温的管体长度。
鼓风是金属冶炼的关键技术，鼓风管的形制是反映冶炼技术类型的重要遗物之一，具有明显的区域文化特点。北方地区从新石器时代晚期出现青铜冶炼至战国秦汉时期形成生铁冶炼的2000多a间，逐渐形成和完善了冶炼铜、铁的“中原式”皮囊鼓风技术体系，其中以带弯头的曲尺形鼓风管最具特征，为“中原式”冶炼鼓风管的典型形制。近年来，在内蒙古西拉木伦河上游地区发现了大井、喜鹊沟、代黄山、塔布敖包、头分地、龙头山、柳条沟等夏家店文化时期的青铜冶炼遗址，其中大井、塔布敖包（图9）、龙头山等遗址都出土或采集有陶质鼓风管。[6]龙头山遗址鼓风管长达30cm以上，内径约6cm，以弯头形与炉腔相接，弯头与炉腔相接处有明显的烧结痕迹（图10）。[7]
1975年，洛阳北窑西周铸铜遗址H276出土炉体残块，炉壁下缘残存鼓风口三处，其中一处鼓风口较完整，鼓风口直径13～14cm，与炉体呈90°的直角。[8]湖北大冶铜绿山遗址发现有保存完整的春秋时期的炼炉，其中最大一座炼炉为圆锥形，由炉基、炉缸、炉身三部分组成。炉体的近底部处开有左右对称的呈喇叭形的鼓风口，口径约5cm。[9]铜绿山的鼓风设备置于炉旁的工作台上，通过泥质鼓风管道以皮囊向炉内鼓送风力。
图8 嘎冲村遗址出土鼓风管
图9 塔布敖包遗址出土鼓风管
图10 龙头山遗址出土鼓风管
战国秦汉以后进入铜铁冶炼的并行发展时期，两类金属的冶炼鼓风技术和鼓风管的形制变化不大，只是鼓动风力的大小有别。笔者初步统计，全国有近20处战国秦汉时期的冶铸遗址发现有陶质鼓风管。鼓风管有曲尺形和直筒形两种类型，以带弯头的曲尺形鼓风管最常见。河南登封市告成镇战国铸铁遗址出土有化铁炉的鼓风管，虽然已残，但可以清楚地看出曲尺形的弯头部分。[10]鹤壁市鹿楼遗址出土的弯头鼓风管用草拌泥制成，分内外两层，每层厚8cm左右，外层多烧成黑灰色，局部已烧成琉璃状。[11]巩县铁生沟遗址的鼓风管呈圆筒形，残长0.16m，内径0.08m、外径0.2m。[12]郑州古荥镇遗址出土陶质鼓风管粗端内径达32cm、细端内径10cm，带弯头风管长度一般为17cm，口径19cm；最长的一件鼓风管残段长100cm，粗端直径达26cm。古荥镇遗址采集的一件鼓风管虽然管身残缺，但与炉腔相接的弯头部分保存完整（图11）。[13]南阳瓦房庄遗址出土鼓风管中以弯头鼓风管数量最多，粗端内径10cm、细端内径5cm，长约40cm；其中 Y27：22保存完整，可以看出鼓风管的完整形制（图12）。瓦房庄遗址还出土有25件陶质鼓风嘴，其中一件风嘴内径达8cm、外径13cm。[14]
新疆古龟兹地区的汉代冶铁遗址也发现有中原式的陶质冶炼鼓风管，其中库车县阿艾山冶铁遗址发现一件称为“陶瓴”的鼓风管，长26cm、内径4.5cm，与传世的汉代霸陵过氏瓴形制相同。[15]
图11 古荥镇遗址出土鼓风管
图12 南阳瓦房庄遗址出土鼓风管
图13 滕县宏道院东汉画像石墓冶炼图
图14 泰国班迪朗遗址出土鼓风管
图15 平南六陈镇遗址群出土鼓风管
除考古发现的鼓风管实物以外，山东省滕县宏道院东汉画像石墓的冶炼图像资料也可以清楚地看出鼓风管为弯头形，其形制与秦汉冶铁遗址出土鼓风管相同（图13）。[16]
嘎冲村遗址陶质鼓风管的形制与中原地区的鼓风管有明显的区别，但类似的鼓风管在印度中部的那格浦尔市（Nagpur）奈康德（Naikund）遗址、[17]泰国班迪朗（Ban Di Lung)遗址[18]（图14）和我国广西北流市铜石岭、容县西山汉代冶铜遗址，[19]平南六陈镇[20]（图15）、桂平市罗秀镇、[21]兴业县古绿鸦[22]等冶铁遗址有大量出土。与东南亚和广西等地区比较，印度的冶金历史更加悠久，青铜冶炼大体始于公元前3000年左右，[23]铁器的冶炼始于3000a B. P.左右。[24]根据这些考古发现，有学者认为东南亚和广西等地的冶金技术与南亚地区印度、斯里兰卡的冶金技术有密切联系。[25]
西藏高原在地理、文化方面与印度的联系更加密切，笔者在讨论四川甘孜州炉霍县呷拉宗遗址发现的吐蕃时期炼铁炉时曾论及两地之间的联系渠道。[26]嘎冲村遗址陶质鼓风管与南亚地区印度的冶炼鼓风管的相似性，说明西藏高原的早期冶金技术可能受到南亚地区印度冶金技术的影响，这一推测有待西藏高原冶金遗址的更多发现和深入研究。
附记：炼渣标本的检测分析得到四川大学博士研究生李玉牛、成都博物院杨盛、伦敦大学洪启燕博士的帮助，谨致谢意！
2014年9月
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Abstract
The melting remains are found with pottery and stone implements of Qugong Culture from Gragrong Village Site, suburb of Lhasa city, its age being around 3000 years B.P.. The technological analysis of the slag reveals that the smelting process is to extract matte from sulfide ores by reduction reaction, and then produce blister copper by smelting the matte. The gathered pottery blast pipes and tuyeres are small in diameter, and their shape and structure different from those of the Central Plains, but similar to those found in the smelting sites in South Asia. This shows that the formation of early bronze smelting technology on the Tibet Plateau might have related to the diffusion of metallurgy from South Asia.
【注释】
[1] 本项研究为四川大学学科前沿与交叉创新研究重大项目“西南地区先秦两汉铁器的考古学研究”（skqy201202）、国家社科基金项目“巴蜀地区秦汉铁器的考古学研究”（12BKG010）的阶段性成果。