及时章 绪 论

1.1 冶金考古的研究内容

石、铜、铁三种材质工具的创造和使用，把人类社会不断推向新的时期，这些材料成为人类社会和历史发展的重要物质基础。丹麦考古学家C. J. 汤姆逊根据不同材料对人类社会的不同作用，将古代社会发展进程分成石器时代、青铜时代和铁器时代，"三期说"的提出推动了考古学的深入发展。当前，人类社会正迈向以硅材料为基础的信息时代，但金属材料依然是当今社会发展的物质基础。冶金技术涉及原材料供应处理、化学反应和物质改性等多方面因素，代表着人类对自然界认识和利用水平的提高，反映了多方面知识、技艺及生产管理方式的进步，冶金技术成为文明的重要标志之一。因此，冶金技术史的系统研究，可为正确认识人类历史提供新的视角。

金属在世界各地文化中均有重要地位。五行理论是中国古代关于世界物质组成的学说之一，金、木、水、火、土构成世上的万事万物，其中金即指各种金属。罗马神话中用太阳、月亮、金星、木星、水星、火星和土星分别代表金、银、铜、锡、汞、铁和铅。众多文化都敬奉司掌金属冶炼的神，如中国的太上老君、希腊神话中的赫淮斯托斯等。不同社会或不同历史时期，金属生产有不同的生产组织和管理模式。研究金属的使用情况，是研究社会发展的重要组成部分。

然而，关于古代冶金技术的文字记载较少，考古发掘所揭示的技术信息比较有限，在面对诸如"冶金术是如何起源的？起源于何时、何地？""某地区的冶金术是独立发展起来的，还是从外传来的？它们的交流模式、传播路线和范围如何？""冶金技术在不同文化中的特点和作用是什么？""冶金技术在人类文明中的地位如何"等一系列问题时，仅通过文献和传统考古学很难解决，因而引入多种现代科技对出土冶金遗物进行分析研究具有重要意义，冶金考古(archaeometallurgy)正是在这一过程中逐步发展起来的。

欧美发达国家在基本实现对本国考古发掘的早期铜器、铁器进行科学检测的同时，在环地中海地区、东南亚及南美洲等地开展了大量铜、锡等矿冶遗址的调查和发掘，探讨了各地区文明的起源和早期发展面貌情况。对非洲、西亚、南亚及北欧地区冶铁遗址的调查、发掘和研究，为揭示钢铁技术的起源与传播及其对各地区文明进程的影响提供了科学依据。自1928年殷墟的科学发掘至今，中国考古界已调查和发掘了较多矿冶遗址，掌握了大量的金属文物标本，提供了充足的实验研究对象。考古学家和冶金史专家密切合作，开展了大量与金属矿冶技术研究有关的文献梳理、田野考古调查与发掘、实验室分析、保护以及展示工作，提取、揭示了金属文物及矿冶遗址的内在价值，取得了令人瞩目的成果。这些工作使冶金考古成为研究古代文明史的重要基础性学科之一。

冶金考古的"金"主要包括"金、银、铜、铁、铅、锡、锌、汞"这八种常见的金属。根据已有的考古发现，古人最早使用和冶炼这八种金属的年代有所不同。一般而言，采集、使用自然金属(如自然铜、陨铁和金)的年代较早，从矿石中提取金属的冶炼技术年代较晚，由于不同金属的化学性质不同，冶炼有难有易，所以化学性质越活泼的金属被冶炼出的时间越晚。铁比铜活泼，冶炼难度大，所以冶铁术的产生比较晚，这也是首先开始的是铜器时代，然后才是铁器时代的原因。

冶金考古研究中，需对采矿、冶炼、精炼、铸造、锻造等不同性质的矿冶遗址进行多学科结合的调查、发掘与整理，利用现代分析技术对冶铸遗物进行检测，研究采矿、冶炼及金属器制作方面的技术特点，对组织结构、生产工艺进行判断和复原，了解其产品特征和数量，探索产品的社会功能，在更广泛的范围内讨论冶金技术的发展及交流情况，更深层次地研究冶金技术在人类文明发展中的作用，并将研究成果应用于文物保护与公众展示。简言之，冶金考古是对古代金属制造业遗存及冶金技术在文明发展中的作用开展研究的一门学科，其涵盖的研究内容如图1.1所示。

图1.1 冶金考古研究内容示意图①

① Rehren Th, Pernicka E. Coins, Artefacts and Isotopes: Archaeometallurgy and Archaeometry. Archaeometry, 2008, 50(2): 232-248.

1.2 中国冶金考古研究概况

早在20世纪20年代，代考古学家对殷墟发掘时就开始了冶金考古研究，如殷墟铸铜遗物的分析、青铜器铸造工艺的研究和金属文物合金组成的研究。50年代，河北承德寿王坟战国至东汉时期的古铜矿、山西运城东汉古铜矿都得到了初步考察和研究。60～70年代，关于金属的检测分析工作也不断开展起来。随后山西侯马铸铜遗址的发掘，以及河南郑州、南阳、温县、鲁山以及晋南地区的冶铁遗址调查与发掘工

作，为揭示中国古代冶金技术提供了重要的科学资料。而通过对这些矿冶遗址出土冶铸遗物的检测分析，以及其他遗址和墓葬出土金属文物的检测分析，对中国古代金属技术体系有了系统认识。70～90年代，以湖北大冶铜绿山矿冶遗址群的发掘、研究和保护为开端，把中国冶金考古的研究推向了新的阶段，带动了各地区矿冶遗址的调查与发掘等工作。这一时期，关于中国冶金技术起源、商周青铜器的铸造工艺、生铁冶炼和生铁制钢技术体系的研究取得了重大成果，冶金考古引起了学术界的重视。

21世纪以来，冶金考古的工作模式有所转变，冶金考古研究方法也有较大发展。西方20世纪60～70年代对阿拉伯谷地提姆纳遗址的研究、中国20世纪70～80年代对大冶铜绿山遗址的研究都是以大规模发掘为主。现在则转变为对矿冶遗址进行详细考察和研究，即充分利用自然科学在年代测定和检测分析方面的优势，获得对遗址属性、技术类型和生产水平的判断，进而揭示其考古学、历史学和遗产学价值，为遗址保护、开发和利用提供基础资料和指南。这种转变是与我国发展中国家的地位、众多矿冶遗址难以进行发掘研究等现实情况相符合的。适应这种转变，可发挥多学科优势，以有限的经费和时间开展尽可能多的工作，为考古研究提供更多的科学证据，同时也是对矿冶遗址进行价值评估、实施重点保护的方式。这种转变的结果是，文物考古研究者与冶金史学者合作更加紧密，在若干地区主动、系统地开展矿冶遗址调查与发掘，深入、细致地研究中国冶金史上存在的难点问题，从矿冶遗址的调查、考古发掘及金属文物的检测分析各方面取得了新的突破。

矿冶遗址是研究古代金属技术发展最直接的实物证据。经过多年探索，冶金考古研究在矿冶遗址的调查、发掘和冶铸遗物的检测方面，成果颇为显著。运用各种科技手段和现场分析装备对数量巨大、分布广泛的古矿冶遗址进行普查，对其中具有重要价值的遗址进行发掘和综合研究，可弥补文献研究之不足，也可为阐明古代冶金技术提供实物证据和展示标本。从这个意义上来讲，矿冶遗址调查与发掘是冶金考古研究的基础。得益于根据矿冶遗址内大量存在的炉渣的检测分析建立起的古炉渣学及矿冶遗址田野调查方法，对各地矿冶遗物的年代和文化属性有了正确认识，揭示了其冶金技术内涵、规模和特征，为探讨冶金技术对中华文明诞生与发展的作用提供了一系列新的科学依据；通过对冶铁遗址出土冶铸遗物的检测分析，初步建立起中国古代钢铁技术体系。迄今，经过系统研究的大冶铜绿山等30余处古矿冶遗址(群)已被列为全国重点文物保护单位，其中包括铜矿冶遗址、铁矿冶遗址、汞矿冶遗址、金银矿冶遗址和炼锌遗址等。而冶金考古研究也成为"中华文明探源工程"和"指南针计划"等国家重大课题的重要组成部分。

对冶金遗物的实验分析是开展冶金考古研究的必要手段。年代判定是构建冶金技术发展历程的前提。矿冶遗址调查和发掘获取的冶铸遗物及遗址或墓葬出土的金属文物制品，可用多种方法测定其年代，如14C测年、热释光和古地磁法等，但每种测年方法各有其优缺点和使用范围，需要在实际工作中加以注意。尽管可根据冶铸遗物的宏观形态进行类型学的描述，但冶铸遗物成分和结构的检测是正确揭示冶铸技术的途径。如炉渣、耐火材料、陶范和金属制品在不同的条件下具有不同的制作工艺，在成分和显微结

构上也有明显差异，为正确揭示这些冶金遗物的技术信息，必须进行实验室的检测分析。

但是，相比国内矿冶遗址数量庞大、出土文物众多等现实情况，目前开展的田野和实验室工作明显不足。迄今仅对一些重要的铜矿冶炼遗址进行了系统研究，金、银、

锡、铅、锌、汞等有色金属冶炼遗址的研究工作仍处于起步阶段。对钢铁冶金技术的研究大多通过铁质文物的检测进行，大量冶铁遗址有待深入的调查和研究；对宋代以后用煤炼铁引起的钢铁技术的变化及其对社会的影响研究仍很薄弱。只有把金属文物研究与采矿、冶炼、铸造等遗址的研究结合起来，才能揭示古代各项冶金技术的细节及其对当时社会的影响。

在中国铜冶金技术研究方面，关于冶铜技术起源和青铜器铸造技术等方面的研究虽然较多，但仍有许多关键问题需要进一步解决。例如，以块范法铸造为特点的商周青铜器铸造技术是中国古代冶金技术的重要发明之一，但对于系统了解青铜器陶范铸造技术来说，目前的研究无论在深度和广度上均有欠缺。如目前尚未对铸造流程各环节进行系统研究，因而对"造型材料的选择与制备"、"铸型的设计与制作"、"干燥和焙烧的工艺"以及"铸后清理与加工"等问题的认识尚不充分；"铸造工场的组织、分工与协作"、"青铜器区域风格的形成与制作技术的关系"、"中国古代陶范铸造青铜器传统的形成机制和对相关工艺(如金属范铸造、失蜡法、锻造等)的影响"等都需要进一步研究，才能更、地揭示中国古代陶范铸造技术的特征。

生铁冶炼及生铁制钢技术体系是中国古代冶金技术的另一大创造，尽管从铁器入手的对"中国生铁冶炼和生铁制钢技术"的研究已经较为充分，但对"中国冶铁技术起源的时间和机制"、"大规模使用生铁的意义"、"炒钢技术的发明动因"、"灌钢技术所体现的思想"以及"炒钢、灌钢制品的判定标准"等问题仍需深入研究。关于中国冶铁技术起源的问题，应从矿石、鼓风、炉型结构、操作流程等多方面考古学证据，放在更广阔的考古学背景中加以讨论。炒钢技术在中国钢铁技术发展史上具有重要地位，但是由于缺乏考古背景明确的有关炒钢冶炼遗物的检测分析，目前得出的相关结论说服力不够，没有得到国际冶金史界的广泛认同。另外，关于"生铁及生铁制钢技术对社会进步的作用"的研究也值得重视。为此，应在充分调研国内外文献的基础上，将冶铁制钢遗址的调查工作与炉渣分析结合起来综合研究。将铁器和冶铁技术交流的问题放在整个物质文化交流史的框架下，对东西方以及中国与周边国家的交流与传播问题进行整体分析，以期有所突破。

相对铜铁研究而言，有关中国古代其他有色金属及其合金工艺的研究还很不系统，有些方面研究较为深入，有些才刚刚开始。总体来说，这方面研究以铜和铜合金的冶炼与制作工艺最为重要，其次是有关炼锌技术的研究(近期因在重庆等地发现明清时期的炼锌遗址而使相关研究得到了极大推动)，关于金、银、铅、锡和汞及其合金的冶炼、制作工艺研究也有不少，但突破性的研究成果不多。

文物工作的生命力在于其研究成果一定要与群众共享。但在矿冶遗址及金属文物的研究、保护与展示方面，国内的工作还有不少需要提高的地方。如目前常以静态实物、模型和图片为主展示金属文物，形式比较单一，成果推广力度不强。同时，随着全国城乡建设的展开，大批古代金属文物出土，很多古代采矿、冶铸的生产遗址相继被发现，这些遗物、遗迹都面临着艰巨的保护任务，也亟待开展相关研究揭示其历史、艺术和科学价值，但限于各种条件，这一工作仍有较大空白。

另外，以往的冶金考古以个案研究居多，并多从配合考古和历史研究的角度开展，考古工作者更关心某遗址出土物的分析研究，科技工作者则更偏重金属器物和冶铸遗物科技内涵的提取，虽然各自取得了一些成果，但缺乏总体把握和系统考虑。近年来，国内冶金考古工作内容发生了较大变化，已从早期被动接受考古学家送样检测，发展到现在调查之前考古学家即与冶金史学家开始合作，共同制定调查、发掘、保护和展示方案，开展田野和实验室工作，对实验结果进行解析，进行展陈设计等。在一定程度上做到了考古学研究与冶金史研究的双赢，标志着冶金考古逐渐走向成熟。

1.3 本书的研究目的与内容

为研究中国冶金技术起源及早期发展，及与其他地区的交流与传播问题，近年来，