PDF《冶金实验考古研究初探》

128 中国国家博物馆馆刊JOURNAL OF NATIONAL MUSEUM OF CHINA 文物科技刘海峰/北京科技大学冶金与材料史研究所?北京?100083 陈建立/北京大学中国考古学研究中心?北京?100871 潜伟/北京科技大学冶金与材料史研究所?北京?100083 铁付德/中国国家博物馆?北京?100006 A Preliminary Study on Experimental Archaemetallurgy 内容提要: 新考古学的诞生为现代实验考古的产生和发展提供了理论基础.

20世纪50年代以来, 国内外冶金考古学者在 矿石的开采和加工、 金属冶炼和铸造、 金属制品的加工和使用等领域进行了大量的实验考古研究, 为解决古代 冶金技术、 复原古代冶金活动及其组织形式、 探讨冶金活动与环境的关系等问题提供了有效途径. 本文以国 内外四个铜和铁的冶炼实验考古案例为例, 对冶金实验考古的发展历程进行初步讨论, 认为国外学者在青铜 冶炼、 块炼铁冶炼和特殊钢铁制品模拟等领域开展了大量的工作, 国内学者在青铜铸造和黄铜冶炼等领域的 工作亦具有重要作用. 研究表明, 国内工作在研究方法、 研究内容、 参与对象、 学科参与度等方面都存在局限 性, 需要进一步开展更多的工作. 关键词: 冶金考古 实验考古 模拟实验 Abstract:The new archaeology has provided theoretical framework for modern experimental archaeology. Since the 1950s, archaeologists abroad have done a lot of researches on mining, smelting, casting, metal working and application and the resul ts help to understand the metallurgical technologies in ancient world as well as the influences of metallurgical activities on society and environment. By reviewing four cases of experimental archaeometallurgy, the current authors find that foreign researches focus on bronze smelting, bloomery iron smelting and special iron ob jects techniques and Chinese scholars mostly focus on bronze casting and brass smelting;

for the Chinese scholars, there is much room for improvement in the future, especially in methodology, subjects of study, participation of archaeologists and inter-disciplinary involvement. Key Words: Archaemetallurgy;

experimental archaeology;

simulation experiment 一引言作为考古学重要组成部分的实验考古学,以详尽和客观的考古材料和数据为基础,复原考古 材料的生产、使用、废弃和埋藏过程,可帮助考古学家重建某项技术或某一个社会形态,对于提 高田野考古操作方法以及深化对古人行为的认识,推动考古学理论研究等方面均具有重要作用.金 属是古人利用自然材料通过化学反应而获得的,是推动古代社会发展乃至当今社会进步的物质基础 之一,它涉及采矿、冶炼、熔炼、铸造、加工、使用、废弃和埋藏等一系列活动,而学界对这一过 程虽开展了大量研究,但仍不充分,因此开展冶金实验考古研究与操作是正确了解古人关于冶金活 冶金实验考古研究初探 刘海峰 陈建立 潜伟铁付德 Liu Haifeng, Chen Jianli, Qian Wei, Tie Fude

129 中国国家博物馆馆刊JOURNAL OF NATIONAL MUSEUM OF CHINA 文物科技二一二年第九期总第110 期 动所必需的一种手段. 冶金实验考古是将古代与冶金有关的事物复原出来的过程,在这个过程中可以模拟 和探讨古代冶金的生产信息,包括技术、生产组织管理、产品流通和使用、工匠的社会 生活和文化等,因此冶金实验考古的复原对象包括冶金场所、设施、工具、矿石、燃料、 生产过程、产品和工匠的生活等.一般来说,冶金实验考古可分为室内研究和室外研究 两种,前者着重验证古代冶金生产的物理化学反应过程和器物的使用状况,以解释其技 术上的问题,大部分模拟实验便属于此类 ;

后者是在室外对冶金生产过程进行全方位的 模拟,除了技术本身还要还原生产过程、环境和人类的活动等.由此可见,冶金实验考 古的过程一般包括以下几个步骤 : 一是对古代冶金遗址和遗物进行研究,提供复原的参 数和依据 ;

二是对古代冶金生产的各个环节进行理论研究,为之后的复原工作提供文本 和假设 ;

三是实验考古的操作过程,具体来说就是寻找与假设和考古材料相对应的环境、 材料、设施和工具等,利用它们还原古代冶金过程 ;

最后是将实验考古的产物与古代冶 金遗物进行比较研究,以验证该实验是否成功,或所建立的假设是否成立. 所知较早的冶金实验考古始于

20 世纪

50 年代末 Wynne E. J. 和Tylecote R. F. 对冶铁炉 (low shaft furnace)的复原 [1] .60 年代,H. Straube、H. Hagfeldt 和W. Schuster 等也对这种冶铁炉和鼓风管进行了复原研究 [2] .70 年代以后,冶金实验考 古工作大量开展起来.目前,国内外有几个研究团队比较活跃,开展了较多的冶金实验 考古工作.国外方面有英国冶金史协会、 德国波鸿古矿业博物馆和日本古代冶铁研究会等, 国内方面有北京科技大学冶金与材料史研究所、中国社会科学院考古研究所、中国科学 院自然科学史研究所、上海博物馆、鄂州博物馆、中国科技大学、中国科学院研究生院 和中国钱币博物馆等. 在采矿领域,Peter Crew[3] 和Lewis A.[4] 于1989 分别在 Rhiw Goch 和Great Orme 地区实验了火爆法采矿 ,使用工具模拟了当地考古遗址出土的工具.同年,Simon Timberlake 在Cwmystwyt 地区也对火爆法进行了研究,他采用的工具包括了鹿角工 具[5] .此外,Craddock B. 模拟了石锤采矿 [6] .国内方面,邹友宽、卢本珊等人在湖北 铜绿山 [7] 和江西铜岭 [8] 对商周选矿技术特别是溜槽选矿法进行了模拟实验研究,认为当 时处理贫矿带中的矿石多采用重物选矿法,西周开始对次生富集带中的矿石采用先进的 溜槽选矿法选矿 ,达到了较高的水平. 在金属冶铸领域, 国外 有Tylecote R. F.[9] 、Peter Crew[10] 、Gill Juleff[11] 、 Killick D.[12] 、J.D. Verhoeven[13] 等对古代冶铁生产过程和相关工艺的研究以及 Tylecote R. F.[14] 、Merkel J. F.[15] 、Simon Timberlake[16] 、Günther Woelk[17] 等 在冶铜工艺上的研究.在国内,北京科技大学、中国科学院对早期黄铜冶炼工艺进行 了模拟实验,中国社会科学院考古研究所铜绿山工作队在铜绿山遗址开展了古代炼铜 技术的模拟实验,此外较多学者还对古代的青铜铸造工艺进行了大量的复原研究.前 人还在银冶金、铅冶金、锡冶金等有色金属冶炼领域开展了相关工作,如Susan E. Kruse 对银锭的铸造进行了实验考古研究 [18] ,Marie -Pierre Guirado 等人对

16 世 纪灰吹炉炼银进行了研究 [19] ,Lorna Anguilano 等人对欧洲中世纪使用 bole hearth 炼铅进行实验考古研究 [20] ,Simon Timberlake 在Flag Fen 进行了炼锡的实验 [21] 等. 在金属制品加工工艺和使用性能方面,早在现代实验考古诞生之前就有西方学者进 行了大量的复制工作.1955 年李约瑟对灌钢的模拟实验为研究灌钢、大马士革钢等古代

130 中国国家博物馆馆刊JOURNAL OF NATIONAL MUSEUM OF CHINA 文物科技钢铁制品提供了重要的依据 [22] ,此外 Greenfield H. J.[23] 和Mathieu J. R.[24] 等还对 不同质地 (青铜、铁和石器)工具的使用性能进行了研究.此类研究是国外开展较为充 分的一个领域,分析其原因可能是因为此类模拟实验可以在实验室内进行,对实验考古 场地和工作条件要求较为简单. 由于冶金实验考古研究对象的众多,本文拟以铜和铁的冶炼实验考古研究为例进行 简单讨论,并对上世纪

70 年代以来几个重要的具有代表性的案例进行论述,以期对国 内冶金实验考古起到抛砖引玉的作用. 二 铜冶金实验考古 古代铜冶金的实验考古研究较为充分,较早的工作开始于 Tylecote R. F. 等人 对Timna 遗址炼铜技术的研究 [25] ,他们认为当地的铜矿石不经过焙烧,只需一次 还原熔炼即可获得金属铜.实验过程中使用了冶炼炉进行冶炼,同时采用了鼓风技 术,添加了铁矿石和石灰石作为造渣剂,冶炼完毕采用的是毁炉取物法,在Timna 的实验考古工作对冶金实验考古的发展起到了极大的推动作用.此后,Merkel J. F.[26] 、Simon Timberlake[27] 、Günther Woelk[28] 、M. Bamberger[29] 等都采用筑 炉冶炼的方法对青铜时代的炼铜技术进行了实验考古研究.此外,Cushing F. H. 对 原始炼铜技术 [30] 、Pollard A. M. 等人对砷铜冶炼技术 [31] 、W.G.J. Bunk 对罗马 时期炼铜技术 [32] 、Emilien Burger 等人对西欧早期硫化铜矿冶炼技术 [33] 、Olover Pryce 等人对爱琴海地区青铜时代炼铜技术 [34] 等领域的实验考古研究也先后开展起 来.Marco Cavalieri 等人还复原了公元

7 世纪意大利中部的一处作坊,这个作坊同 时存在生产铜器、陶器、玻璃器和金器的技术 [35] . 在黄铜冶炼方面,北京科技大学 [36] 和中国科学院科技史与科技考古系 [37] 先后进行 了黄铜的模拟实验.前者分别采用木炭还原混合的氧化亚铜和氧化锌以及还原混合的 孔雀石和菱锌矿的方法获得了黄铜,结果表明古代在 950℃-1200℃的温度下用碳还原 铜锌混合矿或共生矿是可以得到黄铜的.后者分别实验了不同温度和不同配比下木炭还 原红铜片和菱锌矿 (炉甘石)的方法,认为在

900 摄氏度以上可以产生黄铜.法国博物 馆研究和修复中心的 David Bourgarit 也利用冶炼坩埚对不同的 Zn/Cu 比例下进行的 ZnO 的还原过程进行了热力学和温度上的系统测量 [38] . 在铜器铸造方面,国内学者开展了大量的工作.最早的工作始于

20 世纪

60 年代初, 李济、万家保对

1928 年到

1937 年殷墟出土青铜器的模拟实验研究 [39] .70 年代,华觉明、 冯富根、王振江和白金荣复原了妇好墓出土的青铜器 [40] .90 年代,谭德睿等人研制出 与古陶范性能相当的范料,模拟铸造了具有典型技术特征的古代青铜器 [41] .廉海萍在此 基础上,模拟铸造了吴越细绳纹类青铜礼器 [42] .此外,董亚巍、周卫荣、王昌燧等近年 来也对青铜范铸技术 [43] 进行了复原研究,华觉明、谭德睿、黄金洲等对中国古代失蜡法 工艺也进行了复制 [44] .在石范铸造技术 [45] 、铸钱工艺 [46] 、铜镜铸造 [47] 和相关的计算机 模拟 [48] 等方面,学者也做了大量的工作. 本文选择国内在铜绿山遗址进行的炼铜模拟实验和国外 Günther Woelk 等对欧洲 古代青铜冶炼技术的实验考古为案例进行分析,选择 Günther Woelk 的工作关键在于 其实验考古过程详尽、所遇情况复杂以及解决方案详细.

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