云南古滇人李家山墓地出土金屬器的初步研究

云南古滇人李家山墓地出土金屬器的初步研究

一、金屬器的采集品種類江川縣李家山墓是戰(zhàn)國時(shí)期云南省池塘地區(qū)的古云南墓。20世紀(jì)70年代和90年代兩次對(duì)其進(jìn)行了發(fā)掘,出土了金屬器數(shù)千件。本課題對(duì)江川李家山出土的55件金屬器進(jìn)行了取樣,其中39件是1991年第二次發(fā)掘出土遺物,第二次發(fā)掘的墓葬絕大多數(shù)時(shí)代為西漢中晚期。由于西漢中晚期的M68出土金屬器的制作技術(shù)具有代表性,故所取樣品以M68出土金屬器為主,同時(shí)包括其他的少數(shù)墓葬。為進(jìn)行比較,有16件樣品是第一次發(fā)掘出土的金屬器,第一次發(fā)掘墓葬的時(shí)代多數(shù)為戰(zhàn)國至西漢前期。樣品中還有8件為采集品。取樣的樣品中,有銅器45件,包括鼓和貯貝器11件、兵器14件、生產(chǎn)工具4件、生活用具9件、裝飾品7件。其中,1523～1538號(hào)樣品(共10個(gè))為江川李家山第一次發(fā)掘的出土遺物,9343、9344、9345號(hào)樣品也是第一次發(fā)掘的出土遺物。另有其他金屬器10件。首先對(duì)樣品進(jìn)行鑲樣、磨樣、拋光等制樣工作,然后把銅器樣品用三氯化鐵鹽酸酒精溶液浸蝕,鐵器樣品用4%硝酸酒精溶液浸蝕,金和銀的合金樣品用王水、重鉻酸鉀浸蝕液浸蝕。樣品制備好后,在德國生產(chǎn)的NEOPHOT21型臥式金相顯微鏡下進(jìn)行金相組織的觀察并照相。用同一樣品在配有LinkAN10000能譜儀的劍橋S-250MK3掃描電子顯微鏡進(jìn)行了成分分析和形貌觀察。二、能力測(cè)量:及其所占比例的青銅器和貯貝器,多見相失。以錫青銅為代表的產(chǎn)品品種,設(shè)計(jì)了一個(gè)國通過掃描電鏡能譜分析,得到各個(gè)銅器樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù),用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)樣品進(jìn)行顯微組織檢驗(yàn),得到樣品的金相組織和顯微組織信息。45件銅器的金相鑒定分析數(shù)據(jù)見表一。江川李家山出土的8件銅器曾發(fā)表過化學(xué)成分,為比較,列于表二。本課題對(duì)45件銅器進(jìn)行成分分析,有數(shù)據(jù)分析結(jié)果的銅器38件,另有7件為定性分析結(jié)果。其中第一次發(fā)掘出土銅器樣品16件,第二次發(fā)掘出土銅器樣品29件。8件前人分析的銅器樣品未列入以下比較之列。經(jīng)過化學(xué)成分鑒定,有26件樣品為銅錫合金,占器物總數(shù)的57.8%,以兵器和生產(chǎn)工具最多。有14件為銅錫鉛合金,即鉛錫青銅,占器物總數(shù)的31.1%,所占比例超過古滇地區(qū)其他墓葬出土器物的銅錫鉛合金的比例,其中有12件樣品的含鉛量超過10%。銅錫鉛合金主要集中于鼓、貯貝器和壺等,這些器物在工藝上對(duì)鑄液的流動(dòng)性有一定的要求,鉛的增加,增大了銅液的流動(dòng)性,易于鑄造這一類薄壁空心器物,反映了江川李家山鑄造技術(shù)的成熟。有2件為銅鉛合金,為9075鼓(M24:60)和1526缶(采381)。紅銅樣品有3件,為鼓(M47:22,2個(gè)樣品)和1件箭頭(采160)。從時(shí)代來看,戰(zhàn)國時(shí)期的銅器有7件樣品,其中2件為銅錫鉛合金的鼓,4件銅錫合金器物為鼓、銅柄鐵劍、傘蓋和杯各1件,1件銅鉛合金的鼓(M24:60)。西漢時(shí)期的銅器共32件樣品,有9件是銅錫鉛合金,21件是銅錫合金,2件是紅銅。東漢時(shí)期的銅器有3件樣品,都是銅錫鉛合金,有鋤、碗和鎏金銅卮。第一次發(fā)掘出土的青銅器樣品,有8件為銅錫鉛合金,占該次發(fā)掘出土青銅器樣品的50%。第二次發(fā)掘出土的青銅器樣品,有6件為銅錫鉛合金,占該次發(fā)掘出土青銅器樣品的20.7%。第一次發(fā)掘出土青銅器樣品中,銅錫鉛三元合金所占比例較高,這是值得注意的現(xiàn)象。從青銅器成分看,鼓和貯貝器共11件樣品。其中5件為銅錫鉛合金,1件為銅(錫)鉛合金,占54.5%,是高鉛合金比重最大的一類器物。有4件樣品鉛成分達(dá)14%以上,含銅量均較低,有4件的銅成分在71%以下。有3件鼓和貯貝器樣品為銅錫合金,銅的成分均在83%以上。說明制造銅鼓和貯貝器時(shí),有兩種差別大的合金配比。錫的平均成分為6.93%,與各類器物相比,錫含量少,且變化較大。另有2件貯貝器樣品為紅銅組織(為1件貯貝器的不同部位),在滇池地區(qū)的銅鼓中少見。發(fā)掘報(bào)告將M24定為早期Ⅰ類墓,時(shí)代初步定為戰(zhàn)國中晚期。此墓已出現(xiàn)了銅錫鉛合金的銅鼓。兵器共14件樣品,有12件是銅錫合金,1件是銅錫鉛合金(劍柄),1件是紅銅(箭頭)。有4件樣品因銹蝕,為定性分析結(jié)果。對(duì)15件兵器樣品進(jìn)行了定量分析,錫的平均含量為14.7%,這對(duì)兵器類是合適的。分析表明,兵器中的銅成分含量差別不大,均在80～90%。說明兵器制作技術(shù)比較穩(wěn)定。兵器以錫青銅為主,含錫量高的兵器有4件,如M68出土的2件矛(9134、9135)的含錫量大于18%。這2件矛均進(jìn)行了表面鍍錫,應(yīng)不是實(shí)用器。M68出土甲片(9138)的含錫量為17.3%。而M21出土戰(zhàn)國時(shí)期的銅柄鐵劍(9343)柄部含錫量高達(dá)24.2%。有5件兵器的含錫量小于17%,高于7%,有較高的硬度。如M68出土戈(9105)和劍身(9101、9113、9133)的錫含量為8～12%,M68出土1件劍(9112)的錫含量為16.4%,錫的含量在這個(gè)范圍內(nèi)表明劍有較高的硬度和強(qiáng)度。生產(chǎn)工具共3件,為9131號(hào)斧(采016)、9132號(hào)斧(采017)和1541號(hào)镢(采199)。其中镢為銅錫鉛合金。2件斧雖形制相似,但銅、錫含量差別較大。銅的成分分別為96%和86%,錫的成分分別為3%和13%。1541號(hào)镢(采199)的鉛含量高達(dá)29%,這是很少見的。由于是采集品,結(jié)果供參考。生活用具共9件,有跪俑、甑、壺、五銖錢、缶等。有5件為銅錫合金(跪俑、杯、壺、五銖錢、傘蓋),3件為銅錫鉛合金(壺、甑、碗),1件為銅鉛合金(缶)。壺、甑、碗為薄壁容器,加入鉛可增加流動(dòng)性,便于鑄造。五銖錢為銅錫合金,有別于中原地區(qū)五銖錢多為銅錫鉛三元合金的配比,值得注意。裝飾品為4件扣飾,1件圓片形器。有2件扣飾為銅錫鉛合金。3件為銅錫合金,其中1件扣飾為定性分析。扣飾屬形制復(fù)雜器物,含錫量均很高,超過11%。對(duì)裝飾品來說,多加入錫,可達(dá)到熔點(diǎn)低、鑄造方便的目的。2件銅錫鉛合金的扣飾含鉛8～12%。總的來看,在戰(zhàn)國和西漢時(shí)期,已根據(jù)器物的性能和使用目的,對(duì)銅鼓、兵器和生產(chǎn)工具加入了適量的錫和鉛,進(jìn)行較合理的成分配比,說明當(dāng)時(shí)的工匠已有對(duì)不同的器物加入不同的錫和鉛的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。而到東漢時(shí)期,合金成分全部是銅錫鉛合金,成分配比技術(shù)變化明顯。三、銅薄荷(一)金相組織及成分三騎馬武士銅鼓的鼓耳(9274,M51:262)與馬腿(9275,M51:262)分別進(jìn)行了取樣。結(jié)果顯示,它們的金相組織及成分有較大的區(qū)別,鼓耳為銅錫鉛合金,鑄造組織,鉛呈顆粒狀(圖七)。馬腿為銅錫合金,含鉛少,有(α+δ)共析組織(圖八),表明三騎馬武士銅鼓與馬腿所用合金不同,不是一次鑄造的。(二)滿足材料中金相組織的修飾鑒定的樣品共有5件顯示為鑄后冷加工組織,有跪俑的手臂、貯貝器、劍刃、傘蓋和圓片器。9270跪俑手臂(M47:25)金相組織中顯示樹枝狀偏析及晶內(nèi)局部有滑移帶(圖九),是鑄造后再進(jìn)行局部冷加工形成的,說明在跪俑的手臂接口處曾進(jìn)行修飾,貯貝器(M47:22)、劍刃(M68:13)和傘蓋(M23:28)的樣品金相組織均顯示,在鑄成器后也進(jìn)行過修飾加工。(三)雕塑鑒定的樣品中,只有M68出土的1件銅甲片金相組織為有α等軸晶和孿晶(圖一〇),是熱鍛制成。(四)混合材料掃描電鏡能譜分析表明,鑒定的銅器樣品中都檢測(cè)有銅的硫化物夾雜,有的夾雜物中硫、鐵含量小于1%,是所用氧化礦帶入的。四、騎馬士族的青銅器對(duì)江川李家山出土三騎馬武士銅鼓(M51:262)的鼓耳與騎馬武士分別進(jìn)行了取樣。結(jié)果表明,三騎馬武士銅鼓鼓耳和馬腿的成分完全不同,鼓耳是銅錫鉛三元合金,鉛含量為18.0%,馬腿是銅錫二元合金,它們?cè)诮鹣嘟M織上也有較大區(qū)別(見圖七,圖八)。說明騎馬武士與銅鼓為分別鑄造而成。江川李家山出土銅鼓的形制分為兩類,一類是直腰、直筒式。三騎馬武士銅鼓、銅鼓型貯貝器(M69:157)、M69出土的四舞人銅鼓都屬于這類,這類銅鼓和越南的銅鼓形制相近。另一類腰呈梯形,逐漸向上收,與石寨山型銅鼓相近。在越南出土的銅鼓中,至今未發(fā)現(xiàn)有騎馬武士。而在滇文化中,騎馬武士較多,三騎馬武士也與晉寧石寨山騎馬武士形制相近。說明三騎馬武士應(yīng)為滇文化遺物,是在當(dāng)?shù)刂谱鞯?而銅鼓則可能是外地輸入的。仔細(xì)觀察,三騎馬武士銅鼓的鼓面上插馬腿的孔不是鑄造而成的,而是在鑄好的鼓面上鑿孔,再將騎馬武士插入,說明銅鼓制作在先,武士制作在后。應(yīng)是獲得銅鼓后再進(jìn)行加工改制成三騎馬武士銅鼓。有學(xué)者指出:“越南東山文化的銅鼓,含鉛量都很高。據(jù)黑格爾對(duì)第Ⅰ類型銅鼓的分析,其成分為銅占60.82～71.71%,鉛占14.25～26.69%,錫占4.90-10.88%”。所以,“長(zhǎng)期以來,國際上某些學(xué)者都以含鉛量高作為東山文化(也包括其他銅器)的一個(gè)特點(diǎn),并認(rèn)為這是越南的獨(dú)特創(chuàng)造”。云南有豐富的錫資源,出土的青銅器中幾乎都富含錫。越南出土的青銅器中,有些鉛含量很高,錫含量卻較低。美國學(xué)者慕容捷(Murowchick)的博士論文中,列舉的眾多越南青銅文化的銅器分析數(shù)據(jù)可作為參考,其中屬于早期(1500BC～1000BC)的都是銅錫二元合金;1000BC～600BC的銅器幾乎都是銅錫鉛三元合金,并且鉛含量極高。越南南部遺址出土銅器是銅錫二元合金和銅錫鉛三元合金,各占一半左右,含鉛量很高,有些幾乎不含錫。所以,含鉛量很高可看成是公元前1000年以后越南青銅文化的一種現(xiàn)象。滇池區(qū)域也有一部分腰呈梯形的銅鼓含鉛量高,因此認(rèn)為含鉛量高只是越南青銅文化特點(diǎn)的說法還有待商榷。江川李家山的三騎馬武士銅鼓鼓身為直腰,與其他被分析的銅鼓明顯不同,是否來自于越南青銅文化,尚待進(jìn)一步研究,但其上的三騎馬武士則應(yīng)是由滇人在當(dāng)?shù)罔T造后加上去的。另外1件銅鼓(9075,M24:60)的鉛含量很高,錫含量卻很少。在分析的200多件滇文化遺物中,這種銅鉛合金遺物僅有2件。這件銅鼓是否與越南青銅文化有關(guān),有待進(jìn)一步研究。李家山的部分貯貝器為銅鼓改造而成,如M68:287和M47:22的貯貝器,都是銅鼓經(jīng)過改裝加上貯貝器蓋再加銷釘進(jìn)行固定。說明李家山的部分銅鼓可能從其他地方獲得,被滇人改造為生活用具,也說明銅鼓的功能在當(dāng)?shù)赜辛俗兓?改制成貯貝器也有多種方法,將另文論述。五、劍柄和銀屬片的材質(zhì)有10件遺物的樣品是金銀器,經(jīng)過掃描電鏡成分分析和用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察,結(jié)果見表三。在10件樣品中,5件金片或劍柄的樣品為金銀合金(4件是金多銀少,1件是銀多金少)。3件樣品是金銀銅合金(1件金片為金多銀少,2件白色金屬片是銀多金少),銅含量均小于8.2%。1件金腰帶上的小金粒是金銀汞合金,1件劍柄是銀銅合金,銀含量達(dá)96%。未發(fā)現(xiàn)純金器和純銀器。金銀合金和金銀銅合金的遺物如此之多,在中國古代墓葬中是少見的。江川李家山出土多件做工精美的劍柄,它們色澤白黃發(fā)亮,在不同的部位鑲有不同成色的材質(zhì),用掃描電子顯微鏡對(duì)劍柄(M68:358)進(jìn)行無損成分分析,發(fā)現(xiàn)其材質(zhì)為金銀合金,一部分的材質(zhì)是金多銀少(金81.99%,銀16.4%,銅1.63%),另一部分是銀多金少(金12.44%,銀85.80%,銅1.78%),都含少量銅。顯微組織觀察表明,有1件劍柄(銀銅合金)為鑄造(圖一一),2件白色金屬片(銀金銅合金)為鑄后冷加工(圖一二)。5件金片和金腰帶上顆粒為熱鍛加工而成,均為很薄的金屬片(圖一三,圖一四)。這些金銀器有鑄造、熱鍛、冷加工等加工工藝,說明對(duì)貴金屬的加工也具有多種方法。9109劍柄(M68:9)銀銅合金的組織中有少量亮球狀顆粒(見圖一一),是金銅相,應(yīng)是礦物中帶入形成的。六、組織及金相分析對(duì)江川李家山出土的4件鐵器進(jìn)行了取樣,并用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相觀察。M68出土鐵劍(實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為9128)樣品的金相顯示,一部分是珠光體和鐵素體,另一部分為鐵素體,有氧化亞鐵和硅酸鹽夾雜,鐵素體晶粒稍有變形,晶粒大小差別大,在大晶粒和小晶粒間可見浮凸組織(圖一五,圖一六),這是由于磷偏析引起的。刃部為單相硅酸鹽夾雜,含碳量高,邊部滲碳。樣品含碳0.1～0.2%,最高約為0.4%。表四中部位1～4為鐵素體組織中的夾雜物,部位5～7為含碳量高處的夾雜物。兩種組織中的夾雜物錳、鈦含量不同,表明兩處選用了不同的材料,該件樣品為貼鋼制品。在中原地區(qū),貼鋼技術(shù)最早見于西漢時(shí)期,云南在西漢中晚期出現(xiàn)這種工藝。該項(xiàng)技術(shù)是否來自于中原地區(qū)目前尚難以判斷。M68出土鐵劍(實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為9143)的金相分析顯示,基體為鐵素體和珠光體,碳含量在0.4%左右,組織很均勻,為單相硅酸鹽夾雜(圖一七),該器物以炒鋼為原料制成的。炒鋼工藝是以生鐵為原料,在空氣中有控制地氧化脫碳,然后反復(fù)加熱鍛打成鋼,或?qū)⑸F在半熔融狀態(tài)下炒成熟鐵,然后加熱滲碳,鍛打成鋼。目前國內(nèi)發(fā)現(xiàn)最早的炒鋼制品出土于徐州獅子山西漢楚王陵,年代為公元前2世紀(jì)。李家山M68出土的這件鐵劍的年代為西漢中晚期,所以至遲于公元前1世紀(jì),炒鋼技術(shù)也出現(xiàn)于古滇地區(qū)。M68出土鐵劍(實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為9144)以氧化亞鐵夾雜為主,也有少量硅酸鹽夾雜,沿加工方向變形,基體可見板條狀馬氏體,并殘留奧氏體,說明該器物經(jīng)過淬火處理,提高了刃部的硬度。淬火是為提高鋼制品的硬度和耐磨性進(jìn)行的一項(xiàng)措施,中原在戰(zhàn)國晚期已發(fā)明淬火技術(shù)。經(jīng)過淬火處理的鋼制品最遲于公元前1世紀(jì)已出現(xiàn)于云南。M26出土馬銜(M26:10,實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為9341)的金相觀察顯示,其基體組織為冷鍛變形鐵素體,這件樣品的含碳量極少,晶粒粗大。夾雜物為氧化亞鐵和硅酸鹽鐵橄覽石共晶夾雜,屬于塊煉鐵的夾雜,其組織與其他鐵器的組織有明顯的不同。這件馬銜的外形有中國西北文化的特點(diǎn)。江川李家山出土鐵器的制作具有多樣化的特點(diǎn),有炒鋼、貼鋼,有的鐵器還經(jīng)過淬火,但都是鍛打制作而成,反映了西漢中晚期制鐵技術(shù)和鐵器的使用在古滇地區(qū)已得到較快的發(fā)展。七、挖掘金屬器表面處理技術(shù)(一)金、汞金屬元素的結(jié)果本次實(shí)驗(yàn)選取了4件鎏金器物,外表均呈金黃色。金相組織顯示有鎏金層,十分平整(圖一八,圖一九)。掃描電鏡分析表明,鎏金層成分中均含有金和汞的成分,說明是汞鎏金技術(shù)。鎏金層厚4～10微米,相差約3倍(表五),與晉寧石寨山鎏金銅器鎏金層厚度相差達(dá)10倍。另外,晉寧石寨山銅器鎏金層中含銀極少,江川李家山銅器鎏金層中含一定量的銀、銅成分,應(yīng)是來自金礦。M68出土壺的鎏金層中銀含量為27～30%,應(yīng)為有意加入。(二)李家山出土青銅器的鍍層古滇地區(qū)金屬器的表面呈現(xiàn)有銀白色光澤,曾引起科技史界的爭(zhēng)議,但過去沒有充分的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)分析曾首次發(fā)現(xiàn)晉寧石寨山出土銅器表面進(jìn)行了鍍錫,江川李家山也有很多青銅器表面有銀白色光澤,有兵器、生產(chǎn)工具、銅鼓、跪俑等,數(shù)量近百件。本次檢測(cè)的樣品中,有11件銅器表面呈銀白色。在金相顯微鏡和掃描電鏡下均可見鍍錫層,鍍錫層與基體有明顯的分界(圖二〇,圖二一)。其中8件是雙面鍍,3件是單面鍍?；w含錫較少,一般少于30%,而表面的錫含量則大于50%,最高達(dá)86.8%。鍍錫層厚1～9微米,最薄僅1微米,如此薄的鍍層很罕見(表六)。另外,表面鍍錫的銅器主要出自大墓,在當(dāng)時(shí)可能屬較貴重的器物,是墓主人身份的象征。鍍錫銅器的基體為樹枝狀偏析的α固溶體,并有(α+δ)共析組織。在基體與鍍層之間,有的有滑移帶,有的有等軸晶和孿晶組織,說明在鍍錫前器物表面曾經(jīng)過預(yù)處理,留下了組織的痕跡。為進(jìn)一步研究鍍錫層的結(jié)構(gòu),對(duì)李家山2個(gè)樣品鍍錫層的不同部位進(jìn)一步分析鑒定,所得結(jié)果列于表七。圖二二是扣飾(M68:4,實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為9104)掃描電鏡背反射照片,在鍍錫層中顯示有內(nèi)外層。鍍錫層有亞結(jié)構(gòu),外層含錫量高,A點(diǎn)銅含量為43.6%,錫含量為56.4%。內(nèi)層中B位置銅含量為63.98%,錫含量為36.0%,這說明鍍錫層中有分層現(xiàn)象。圖二三中對(duì)矛(M68:34,實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為9134)的鍍錫層與基體的接觸處不同位置進(jìn)行了成分分析。A、B、C三點(diǎn)的銅含量為66.6～63.8%,錫含量在33.4～36.2%之間,變化很小,是在鍍錫時(shí)熱擴(kuò)散形成的銅錫合金。鍍錫層內(nèi)部錫的分布有分層現(xiàn)象,基體和鍍層的成分互相有擴(kuò)散。因此,可確定此2件樣品應(yīng)是熱鍍錫工藝,與晉寧石寨山的鍍錫工藝相同。李家山M47出土的1件鏢形器,表面為有光澤的綠漆古,掃描電鏡成分分析表明,器物的表面銅成分為16.4%,錫成分為81.5%,表面的錫含量很高。但掃描電鏡背反射像顯示,表面和基體沒有形成明顯的分界,不是表面鍍錫工藝形成的,應(yīng)是器物表面銹蝕使錫的成分增加后的產(chǎn)物。在東漢初期的M69中,也發(fā)現(xiàn)有鍍錫的貯貝器,說明東漢時(shí)期這種工藝在此地區(qū)仍然還在使用。另外,研究發(fā)現(xiàn),江川李家山出土銅器的鍍錫層與晉寧石寨山銅器的鍍錫層厚度有差別,江川李家山的鍍層均小于9微米。這兩個(gè)墓地的表面鍍錫層都比鄂爾多斯文化出土器物的鍍錫層(20～50微米)要薄得多。金屬器的組織通過對(duì)江川李家山出土金屬器的分析和鑒定,可得到如下認(rèn)識(shí)。在鑒定的45件銅器樣品中,共有33件顯示采用鑄造方法,占總數(shù)的69%,說明鑄造是最主要的制作方法。有3件為紅銅組織(圖一),大多數(shù)樣品的基體是α固溶體樹枝狀晶(圖二),并隨含錫量的增多,α+δ)共析組織也增多(圖三),包括兵器(劍、矛)、生產(chǎn)工具(斧)、生活用具(貯貝器)、裝飾品(扣飾)以及銅鼓