石峁遗址皇城台东护墙北段出土陶器的成分与岩相分析*

刘娜妮 刘思然 陈坤龙 孙周勇 邵 晶 邸 楠 邵安定

（1.北京科技大学冶金与材料史研究所；2.陕西省考古研究院）

石峁遗址位于陕西省神木市高家堡镇，地处黄土高原北部、毛乌素沙地南缘，黄河一级支流——秃尾河在此与其支流洞川沟交汇。2011年以来系统的考古工作表明，石峁遗址是北方地区龙山时代晚期至二里头文化早期的一处超大型中心聚落。石峁遗址主体内涵为面积逾400万平方米的石砌城址，位于城址内城的偏西居中部的皇城台是其最核心的区域。

2016年5～12月，石峁考古队对皇城台东护墙北段上部（小地名“獾子畔”，曾称“地牢壕墩”）进行了试掘。在护墙外第3层倒塌堆积下发现了自内而外倾斜的第4层堆积，其下直接叠压护坡石墙。据阶段性发掘资料及测年结果，其性质被判断为皇城台使用期间的“弃置堆积”，绝对年代为公元前2000年左右。该层堆积较厚、内涵丰富，出土陶器、骨器、石器、玉器等大量遗物。其中陶器主要包括敞口盆、喇叭口折肩罐、三足瓮、高领鬲、甗、豆、盉等类型，多为石峁遗址稍晚阶段的常见器类，在外城东门址和内城韩家圪旦等地点亦有发现。

图一 典型陶器残件样品

在考古学研究尤其是史前考古学研究中，陶器可谓是最丰富、最重要的遗物之一。近年来，在类型学分析的基础上，开展包括制作技术在内的综合研究，以完整把握由生产、流通、使用、废弃等环节构成的陶器“生命过程”的研究理论在国内逐渐得到重视。2017年初，我们启动了对石峁及相关遗址发掘和调查所得陶器资料的制作技术研究，以期在多层面获取陶器技术信息的基础上，进而探讨与之相关的资源利用、生产组织、流通分配等社会经济层面的问题。本文报告了皇城台东护墙北段出土陶器的分析结果及初步认识，以资相关研究参考。

一、材料与方法

1.样品概况

本文分析的陶器样品均为2016年度皇城台东护墙北段上部弃置堆积发掘所得，计61件。经初步观察，包括鬲17件、罐23件、豆13件、盆8件等器类，泥质陶为主，夹砂陶次之；陶色多为灰色，亦见部分红褐、褐陶及少量磨光黑陶；陶鬲均饰绳纹，盆、罐以篮纹为主，豆则均为素面（图一）。

2.岩相分析方法

本文对所有样品进行了岩相分析。将陶器残片制成30μm厚度的岩相薄片后通过偏光显微镜观察其岩相组成。陶器的岩相组成包括黏土基质、包含物与孔洞三部分。根据泥质陶细颗粒物的含量及粒径分布特点，本文将粒径小于200μm的细砂粒、粉粒及黏粒组成的陶质基体称为“黏土基质”，包含物则指制陶黏土中携带或人为加入的颗粒物或有机质，孔洞是由原料制备或烧制过程而产生的裂隙以及夹杂物之间的通道等。使用Leica DM2700P型偏光显微镜进行岩相观察及照相，后期使用图像处理软件ImageJ进行点计数，测量夹杂物的粒径，每件样品至少计数300点。

3.元素成分分析方法

选取34件样品（鬲9、豆7、盆7、罐11件）进行元素成分分析。将待测陶片清洗干净，烘干后击碎去除大颗粒（粒径约>0.2mm）；使用振动磨研磨成粉末，称取5g制成压片。元素分析所用仪器为Bruker PUMA S2型能量色散X射线荧光分析仪。测试条件为：Ag靶，管电压40～50kV，电流2mA，光斑直径28mm，Ceramic模式。测试元素包括：钠（Na）、镁（Mg）、铝（Al）、硅（Si）、钾（K）、钙（Ca）、钛（Ti）、铁（Fe），均以氧化物形式表示，用标准曲线进行定量。通过中国科学院上海硅酸盐研究所研制的古陶瓷分析用烧结标准物质（10种）建立标准曲线，并使用C-7号标准物质作为参考样品验证定量精度。由表一可知，该分析条件下，除Mg外其他元素的测量相对误差均在10%以下。

表一 C-7 号标准物质的标定值及测试值

二、分析结果

1.岩相分析结果

经岩相观察，本次分析的61件样品中有59件样品的黏土基质显微特征较为接近。其中泥质陶样品胎体内孔隙较少，以较细的伸长型孔隙为主，具平行特征，显示陶胎成形时曾经历拍打等修整过程。黏土基质中包含物以石英、长石的粉粒及细砂粒为主，粒径较为均匀，部分可观察到少量云母颗粒（图二，a、b）。夹砂陶中孔隙多见，以较大的裂隙为主，黏土基质与泥质陶相似，存在较多非塑性与塑性包含物，多具棱角或次棱角特征（图二，c、d）。通过点计数对黏土基质中的砂屑和夹杂物粒径进行统计，可知泥质陶与少量夹砂陶粒径分布呈单峰模式，而绝大多数夹砂陶则呈双峰模式。同时，细颗粒的粒径分布特征显示夹砂陶主要使用的黏土与泥质陶相近（图三）。需要指出的是，经点计数法分析，淘洗可将黄土含砂量由36%降至20%（笔者统计了淘洗前后的黄土模拟样品），上述样品粘土基质中的细砂粒/粉粒含量存在一定差异（图四），可能反映了淘洗、沉降等处理过程有所区别。

图二 典型陶器样品的显微结构

图三 典型陶器样品中包含物的粒径分布特征

图四 样品粘土中含细粉砂量分布直方图

除上述样品外，有两件陶器样品的岩相结构与其他样品存在明显差异。罐DLHD1-36在单偏光下可观察到流纹状构造，矿物颗粒中粒径较大的长石颗粒（图五，a）。鬲DLHD1-10含较多斜辉石、方解石、云母和长石颗粒，总砂量明显大于其他样品（图五，b）。

夹砂陶中存在多种羼合料，其尺寸一般在200～300μm以上，在粒度统计中与黏土基质中的粉砂形成明显的双峰分布（图三），显示其是在制陶过程中人为添加的。根据羼和料来源可分为沉积岩碎屑（7件）、熟料（1件）、砂质（17件）、铁镁矿物岩屑（3件）四大类。沉积岩碎屑包括泥岩碎屑、碳酸盐岩碎屑（图六，b）和砂岩碎屑等，泥岩碎屑也存在差别，部分泥岩碎屑含砂量较高，且包含丰富铁质微矿物（图六，a），部分泥岩碎屑含砂量较低（图六，d）；熟料为粉碎的陶器残片（图六，c），并时常伴有泥岩碎屑；砂质羼和料主要为分散状态的石英、长石颗粒，并可见少量花岗岩碎屑（图六，f）、砂岩碎屑、碳酸盐岩、斜辉石等；铁镁矿物岩屑（图六，e）常存在于细腻粘土、无或少见其他夹杂物的陶器残片中。从夹杂物形状、粒径尺寸及分布来看，棱角明显尖锐，粒径大且分选度差的沉积岩型和铁镁矿物岩屑型羼和料可能主要通过粉碎岩石获得。而分选度较好，有一定磨圆度，且多为矿物单晶颗粒的砂质羼和料可能取自当地河流冲击砂。

图五 两件异常陶器的岩相显微结构

图六 典型夹砂陶器羼合料岩相显微结构

就器物类型而言，鬲样品所见羼和料类型多样，覆盖了以上所有种类，最为常见的是砂质羼和料。盆样品中常见砂质、泥岩和碳酸盐岩碎屑等羼和料，其中碳酸盐岩仅见于盆样品，其中一样品可见碳酸盐岩碎屑与泥岩碎屑。少数罐样品中可见砂质羼和料（图七）。此外，不同器物类型羼合料粒径分布也有所差异，其中陶鬲羼合料粒径较大，平均粒径约0.6mm，最大者可达5mm；陶罐与陶盆样品中的羼合料粒径相对较小，平均粒径约为0.4mm，最大可达2mm。

2.成分分析结果

3 4 件样品的元素成分分析结果显示，本次分析的陶器样品的AlO在14.41～26.12%之间（质量百分比，下同）、MgO在0.75～4.64%之间、KO在0.48～1.41%之间、CaO在0.61～9.68%之间、FeO在5.47～11.98%之间、TiO在0.65～1.05%之间。绝大多数样品AlO低于20%且相差不大，SiO含量则较为离散（图八，a），均属于普通易熔黏土。仅样品DLHD1-36具高铝特征（AlO含量为26.12%），而助熔剂含量较低。CaO含量方面，多数样品（27件）的CaO含量在3%以下，部分样品（7件）含量较高（4.6～9%），在SiO-CaO散点图上区分为明显的两组（图八，b）。

图七 不同类型夹砂陶的羼合料种类对比图

结合岩相分析结果可以发现，6件高钙样品的显微结构中可见不同种类的高钙物相。DLHD1-10富含斜方辉石、方解石和白云母颗粒，并可见较大尺寸的黑云母颗粒（图五，b），DLHD1-58可见石灰石羼和料（图六，b）。这两件样品的高CaO含量可能主要来自羼和料的贡献，其黏土基质仍属低钙类型。DLHD1-1、27、34、51、55则应使用了高钙含量的黏土原料，其岩相结构中的钙质聚集团应为烧制过程中黏土内的钙质结核发生化学变化所导致（图六，b）。

三、相关问题讨论

根据成分和岩相分析结果，我们对本文所及陶器样品的原料选择及制作技术等方面的特点进行初步讨论。首先，就陶器的黏土原料而言，本次分析的多数样品黏土基质的粉粒及细砂粒含量较低，且少见植物孔洞（图二，a），表明陶工对黏土原料经过了淘洗、筛分等处理。至于其制陶黏土的来源，周仁等早年提出的红黏土、古土壤和沉积土的三种选择，至今仍具有重要的指导意义。红黏土是覆盖于黄土—古土壤序列之下的晚第三纪红色粉砂质黏土沉积，广泛分布于黄土高原地带。有研究显示，红黏土的化学组成以富含碳酸盐为特征，钙含量通常高于第四纪黄土和古土壤。冲积土发育于河流冲积物上，常含较多砂粒径大小的颗粒，而粉砂含量则明显低于原生黄土。

石峁遗址地处黄土高原北部、毛乌素南缘，区域内第三纪红黏土分布广泛，多见于沟脑及冲沟中上游各坡处；第四纪各阶段黄土中均夹有古土壤层，尤其是离石黄土下部夹棕红色古土壤厚30～70米，最多可达20余层。如前文所述，根据CaO的不同，本次分析的陶器样品可明显分为两组，70%以上样品的CaO含量在3%以下，其他样品则呈现高CaO和高MgO的特点。此外黏土基质粉砂含量统计表明个别样品的粉砂量极低（如鬲DLHD1-6、14低于10%，罐1、31在10%～15%之间），其来源可能与高粉砂样品存在差异。综合考虑前述判别因素，低粉砂黏土可能取自河流冲积土，但也不能排除古土壤和第三纪红黏土经反复淘洗后亦可获得类似的低粉砂原料的可能。剩余样品中低钙黏土可能取自古土壤层，而高钙组陶器可能大部分使用了第三纪红黏土作为原料生产。

图八 不同类型陶器的硅—铝（a）与硅—钙（b）散点图

羼合料方面，不同类型的陶器样品表现出较大差异。经分析的陶鬲样品均为夹砂陶，其羼合料种类涵盖了本研究所见的沉积岩、铁镁质岩屑、熟料和砂质四种主要类型。不同器类之间夹砂陶比例和羼合料类型的区别，表明其生产者显然可根据器物的类型与功能选择是否使用羼合料。如鬲作为炊煮用具需要好的导热性与抗热震性，添加一定量的羼合料可显著增强这些性能。从羼合料的种类来看，使用最广泛的砂质羼合料很可能是取自河流中的冲砂，而沉积岩类羼合料则可通过粉碎岩石获得。值得注意的是，不同种类的羼和料几乎不见混用现象，如陶鬲的羼和料可以明显分为砂质、熟料及沉积岩三组，这种情况似显示了其来源上的明确差异。此外，石峁城址内大量用于砌筑城墙的砂岩却极少见于陶器的羼合料中，似乎也暗示这种差异并非偶然。考虑到这批陶器出土地点相对较为集中，使用年代应也比较接近，羼合料类型上的显著差异或许反映了它们出自不同的制陶作坊或工匠群体。

这批样品中还出现了两件特殊样品，DLHD1-36使用了高铝黏土，其岩相特征具有流纹状构造，黏土基质明显不同于其他样品。DLHD1-10为高钙黏土，但与一般含大量钙结核的高钙黏土不同，其黏土基质中含有大量斜辉石、方解石、白云母。这两件样品与其他陶器原料黏土基质存在较大差异，其具体来源目前尚不清楚。从器型观察，这两件样品分别为鬲和罐，未显示明显的外来文化因素，可能为陶工制陶时一类较为小众的黏土选择，其是否与陶器的特定功能或来源有关仍需进一步分析研究。

上述结果显示，虽然这批陶器的出土地点和使用年代相对集中，但在选料和工艺上表现出较为明显的差异，显示它们可能来源于石峁遗址内外多个不同的陶器生产作坊。

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