云南古滇人李家山墓地出土金属器的初步研究

云南古滇人李家山墓地出土金属器的初步研究

一、金属器的采集品种类江川县李家山墓是战国时期云南省池塘地区的古云南墓。20世纪70年代和90年代两次对其进行了发掘,出土了金属器数千件。本课题对江川李家山出土的55件金属器进行了取样,其中39件是1991年第二次发掘出土遗物,第二次发掘的墓葬绝大多数时代为西汉中晚期。由于西汉中晚期的M68出土金属器的制作技术具有代表性,故所取样品以M68出土金属器为主,同时包括其他的少数墓葬。为进行比较,有16件样品是第一次发掘出土的金属器,第一次发掘墓葬的时代多数为战国至西汉前期。样品中还有8件为采集品。取样的样品中,有铜器45件,包括鼓和贮贝器11件、兵器14件、生产工具4件、生活用具9件、装饰品7件。其中,1523～1538号样品(共10个)为江川李家山第一次发掘的出土遗物,9343、9344、9345号样品也是第一次发掘的出土遗物。另有其他金属器10件。首先对样品进行镶样、磨样、抛光等制样工作,然后把铜器样品用三氯化铁盐酸酒精溶液浸蚀,铁器样品用4%硝酸酒精溶液浸蚀,金和银的合金样品用王水、重铬酸钾浸蚀液浸蚀。样品制备好后,在德国生产的NEOPHOT21型卧式金相显微镜下进行金相组织的观察并照相。用同一样品在配有LinkAN10000能谱仪的剑桥S-250MK3扫描电子显微镜进行了成分分析和形貌观察。二、能力测量:及其所占比例的青铜器和贮贝器,多见相失。以锡青铜为代表的产品品种,设计了一个国通过扫描电镜能谱分析,得到各个铜器样品的化学成分数据,用光学显微镜和扫描电镜对样品进行显微组织检验,得到样品的金相组织和显微组织信息。45件铜器的金相鉴定分析数据见表一。江川李家山出土的8件铜器曾发表过化学成分,为比较,列于表二。本课题对45件铜器进行成分分析,有数据分析结果的铜器38件,另有7件为定性分析结果。其中第一次发掘出土铜器样品16件,第二次发掘出土铜器样品29件。8件前人分析的铜器样品未列入以下比较之列。经过化学成分鉴定,有26件样品为铜锡合金,占器物总数的57.8%,以兵器和生产工具最多。有14件为铜锡铅合金,即铅锡青铜,占器物总数的31.1%,所占比例超过古滇地区其他墓葬出土器物的铜锡铅合金的比例,其中有12件样品的含铅量超过10%。铜锡铅合金主要集中于鼓、贮贝器和壶等,这些器物在工艺上对铸液的流动性有一定的要求,铅的增加,增大了铜液的流动性,易于铸造这一类薄壁空心器物,反映了江川李家山铸造技术的成熟。有2件为铜铅合金,为9075鼓(M24:60)和1526缶(采381)。红铜样品有3件,为鼓(M47:22,2个样品)和1件箭头(采160)。从时代来看,战国时期的铜器有7件样品,其中2件为铜锡铅合金的鼓,4件铜锡合金器物为鼓、铜柄铁剑、伞盖和杯各1件,1件铜铅合金的鼓(M24:60)。西汉时期的铜器共32件样品,有9件是铜锡铅合金,21件是铜锡合金,2件是红铜。东汉时期的铜器有3件样品,都是铜锡铅合金,有锄、碗和鎏金铜卮。第一次发掘出土的青铜器样品,有8件为铜锡铅合金,占该次发掘出土青铜器样品的50%。第二次发掘出土的青铜器样品,有6件为铜锡铅合金,占该次发掘出土青铜器样品的20.7%。第一次发掘出土青铜器样品中,铜锡铅三元合金所占比例较高,这是值得注意的现象。从青铜器成分看,鼓和贮贝器共11件样品。其中5件为铜锡铅合金,1件为铜(锡)铅合金,占54.5%,是高铅合金比重最大的一类器物。有4件样品铅成分达14%以上,含铜量均较低,有4件的铜成分在71%以下。有3件鼓和贮贝器样品为铜锡合金,铜的成分均在83%以上。说明制造铜鼓和贮贝器时,有两种差别大的合金配比。锡的平均成分为6.93%,与各类器物相比,锡含量少,且变化较大。另有2件贮贝器样品为红铜组织(为1件贮贝器的不同部位),在滇池地区的铜鼓中少见。发掘报告将M24定为早期Ⅰ类墓,时代初步定为战国中晚期。此墓已出现了铜锡铅合金的铜鼓。兵器共14件样品,有12件是铜锡合金,1件是铜锡铅合金(剑柄),1件是红铜(箭头)。有4件样品因锈蚀,为定性分析结果。对15件兵器样品进行了定量分析,锡的平均含量为14.7%,这对兵器类是合适的。分析表明,兵器中的铜成分含量差别不大,均在80～90%。说明兵器制作技术比较稳定。兵器以锡青铜为主,含锡量高的兵器有4件,如M68出土的2件矛(9134、9135)的含锡量大于18%。这2件矛均进行了表面镀锡,应不是实用器。M68出土甲片(9138)的含锡量为17.3%。而M21出土战国时期的铜柄铁剑(9343)柄部含锡量高达24.2%。有5件兵器的含锡量小于17%,高于7%,有较高的硬度。如M68出土戈(9105)和剑身(9101、9113、9133)的锡含量为8～12%,M68出土1件剑(9112)的锡含量为16.4%,锡的含量在这个范围内表明剑有较高的硬度和强度。生产工具共3件,为9131号斧(采016)、9132号斧(采017)和1541号镢(采199)。其中镢为铜锡铅合金。2件斧虽形制相似,但铜、锡含量差别较大。铜的成分分别为96%和86%,锡的成分分别为3%和13%。1541号镢(采199)的铅含量高达29%,这是很少见的。由于是采集品,结果供参考。生活用具共9件,有跪俑、甑、壶、五铢钱、缶等。有5件为铜锡合金(跪俑、杯、壶、五铢钱、伞盖),3件为铜锡铅合金(壶、甑、碗),1件为铜铅合金(缶)。壶、甑、碗为薄壁容器,加入铅可增加流动性,便于铸造。五铢钱为铜锡合金,有别于中原地区五铢钱多为铜锡铅三元合金的配比,值得注意。装饰品为4件扣饰,1件圆片形器。有2件扣饰为铜锡铅合金。3件为铜锡合金,其中1件扣饰为定性分析。扣饰属形制复杂器物,含锡量均很高,超过11%。对装饰品来说,多加入锡,可达到熔点低、铸造方便的目的。2件铜锡铅合金的扣饰含铅8～12%。总的来看,在战国和西汉时期,已根据器物的性能和使用目的,对铜鼓、兵器和生产工具加入了适量的锡和铅,进行较合理的成分配比,说明当时的工匠已有对不同的器物加入不同的锡和铅的技术经验。而到东汉时期,合金成分全部是铜锡铅合金,成分配比技术变化明显。三、铜薄荷(一)金相组织及成分三骑马武士铜鼓的鼓耳(9274,M51:262)与马腿(9275,M51:262)分别进行了取样。结果显示,它们的金相组织及成分有较大的区别,鼓耳为铜锡铅合金,铸造组织,铅呈颗粒状(图七)。马腿为铜锡合金,含铅少,有(α+δ)共析组织(图八),表明三骑马武士铜鼓与马腿所用合金不同,不是一次铸造的。(二)满足材料中金相组织的修饰鉴定的样品共有5件显示为铸后冷加工组织,有跪俑的手臂、贮贝器、剑刃、伞盖和圆片器。9270跪俑手臂(M47:25)金相组织中显示树枝状偏析及晶内局部有滑移带(图九),是铸造后再进行局部冷加工形成的,说明在跪俑的手臂接口处曾进行修饰,贮贝器(M47:22)、剑刃(M68:13)和伞盖(M23:28)的样品金相组织均显示,在铸成器后也进行过修饰加工。(三)雕塑鉴定的样品中,只有M68出土的1件铜甲片金相组织为有α等轴晶和孪晶(图一〇),是热锻制成。(四)混合材料扫描电镜能谱分析表明,鉴定的铜器样品中都检测有铜的硫化物夹杂,有的夹杂物中硫、铁含量小于1%,是所用氧化矿带入的。四、骑马士族的青铜器对江川李家山出土三骑马武士铜鼓(M51:262)的鼓耳与骑马武士分别进行了取样。结果表明,三骑马武士铜鼓鼓耳和马腿的成分完全不同,鼓耳是铜锡铅三元合金,铅含量为18.0%,马腿是铜锡二元合金,它们在金相组织上也有较大区别(见图七,图八)。说明骑马武士与铜鼓为分别铸造而成。江川李家山出土铜鼓的形制分为两类,一类是直腰、直筒式。三骑马武士铜鼓、铜鼓型贮贝器(M69:157)、M69出土的四舞人铜鼓都属于这类,这类铜鼓和越南的铜鼓形制相近。另一类腰呈梯形,逐渐向上收,与石寨山型铜鼓相近。在越南出土的铜鼓中,至今未发现有骑马武士。而在滇文化中,骑马武士较多,三骑马武士也与晋宁石寨山骑马武士形制相近。说明三骑马武士应为滇文化遗物,是在当地制作的,而铜鼓则可能是外地输入的。仔细观察,三骑马武士铜鼓的鼓面上插马腿的孔不是铸造而成的,而是在铸好的鼓面上凿孔,再将骑马武士插入,说明铜鼓制作在先,武士制作在后。应是获得铜鼓后再进行加工改制成三骑马武士铜鼓。有学者指出:“越南东山文化的铜鼓,含铅量都很高。据黑格尔对第Ⅰ类型铜鼓的分析,其成分为铜占60.82～71.71%,铅占14.25～26.69%,锡占4.90-10.88%”。所以,“长期以来,国际上某些学者都以含铅量高作为东山文化(也包括其他铜器)的一个特点,并认为这是越南的独特创造”。云南有丰富的锡资源,出土的青铜器中几乎都富含锡。越南出土的青铜器中,有些铅含量很高,锡含量却较低。美国学者慕容捷(Murowchick)的博士论文中,列举的众多越南青铜文化的铜器分析数据可作为参考,其中属于早期(1500BC～1000BC)的都是铜锡二元合金;1000BC～600BC的铜器几乎都是铜锡铅三元合金,并且铅含量极高。越南南部遗址出土铜器是铜锡二元合金和铜锡铅三元合金,各占一半左右,含铅量很高,有些几乎不含锡。所以,含铅量很高可看成是公元前1000年以后越南青铜文化的一种现象。滇池区域也有一部分腰呈梯形的铜鼓含铅量高,因此认为含铅量高只是越南青铜文化特点的说法还有待商榷。江川李家山的三骑马武士铜鼓鼓身为直腰,与其他被分析的铜鼓明显不同,是否来自于越南青铜文化,尚待进一步研究,但其上的三骑马武士则应是由滇人在当地铸造后加上去的。另外1件铜鼓(9075,M24:60)的铅含量很高,锡含量却很少。在分析的200多件滇文化遗物中,这种铜铅合金遗物仅有2件。这件铜鼓是否与越南青铜文化有关,有待进一步研究。李家山的部分贮贝器为铜鼓改造而成,如M68:287和M47:22的贮贝器,都是铜鼓经过改装加上贮贝器盖再加销钉进行固定。说明李家山的部分铜鼓可能从其他地方获得,被滇人改造为生活用具,也说明铜鼓的功能在当地有了变化,改制成贮贝器也有多种方法,将另文论述。五、剑柄和银属片的材质有10件遗物的样品是金银器,经过扫描电镜成分分析和用光学显微镜进行显微组织观察,结果见表三。在10件样品中,5件金片或剑柄的样品为金银合金(4件是金多银少,1件是银多金少)。3件样品是金银铜合金(1件金片为金多银少,2件白色金属片是银多金少),铜含量均小于8.2%。1件金腰带上的小金粒是金银汞合金,1件剑柄是银铜合金,银含量达96%。未发现纯金器和纯银器。金银合金和金银铜合金的遗物如此之多,在中国古代墓葬中是少见的。江川李家山出土多件做工精美的剑柄,它们色泽白黄发亮,在不同的部位镶有不同成色的材质,用扫描电子显微镜对剑柄(M68:358)进行无损成分分析,发现其材质为金银合金,一部分的材质是金多银少(金81.99%,银16.4%,铜1.63%),另一部分是银多金少(金12.44%,银85.80%,铜1.78%),都含少量铜。显微组织观察表明,有1件剑柄(银铜合金)为铸造(图一一),2件白色金属片(银金铜合金)为铸后冷加工(图一二)。5件金片和金腰带上颗粒为热锻加工而成,均为很薄的金属片(图一三,图一四)。这些金银器有铸造、热锻、冷加工等加工工艺,说明对贵金属的加工也具有多种方法。9109剑柄(M68:9)银铜合金的组织中有少量亮球状颗粒(见图一一),是金铜相,应是矿物中带入形成的。六、组织及金相分析对江川李家山出土的4件铁器进行了取样,并用光学显微镜进行金相观察。M68出土铁剑(实验室编号为9128)样品的金相显示,一部分是珠光体和铁素体,另一部分为铁素体,有氧化亚铁和硅酸盐夹杂,铁素体晶粒稍有变形,晶粒大小差别大,在大晶粒和小晶粒间可见浮凸组织(图一五,图一六),这是由于磷偏析引起的。刃部为单相硅酸盐夹杂,含碳量高,边部渗碳。样品含碳0.1～0.2%,最高约为0.4%。表四中部位1～4为铁素体组织中的夹杂物,部位5～7为含碳量高处的夹杂物。两种组织中的夹杂物锰、钛含量不同,表明两处选用了不同的材料,该件样品为贴钢制品。在中原地区,贴钢技术最早见于西汉时期,云南在西汉中晚期出现这种工艺。该项技术是否来自于中原地区目前尚难以判断。M68出土铁剑(实验室编号为9143)的金相分析显示,基体为铁素体和珠光体,碳含量在0.4%左右,组织很均匀,为单相硅酸盐夹杂(图一七),该器物以炒钢为原料制成的。炒钢工艺是以生铁为原料,在空气中有控制地氧化脱碳,然后反复加热锻打成钢,或将生铁在半熔融状态下炒成熟铁,然后加热渗碳,锻打成钢。目前国内发现最早的炒钢制品出土于徐州狮子山西汉楚王陵,年代为公元前2世纪。李家山M68出土的这件铁剑的年代为西汉中晚期,所以至迟于公元前1世纪,炒钢技术也出现于古滇地区。M68出土铁剑(实验室编号为9144)以氧化亚铁夹杂为主,也有少量硅酸盐夹杂,沿加工方向变形,基体可见板条状马氏体,并残留奥氏体,说明该器物经过淬火处理,提高了刃部的硬度。淬火是为提高钢制品的硬度和耐磨性进行的一项措施,中原在战国晚期已发明淬火技术。经过淬火处理的钢制品最迟于公元前1世纪已出现于云南。M26出土马衔(M26:10,实验室编号为9341)的金相观察显示,其基体组织为冷锻变形铁素体,这件样品的含碳量极少,晶粒粗大。夹杂物为氧化亚铁和硅酸盐铁橄览石共晶夹杂,属于块炼铁的夹杂,其组织与其他铁器的组织有明显的不同。这件马衔的外形有中国西北文化的特点。江川李家山出土铁器的制作具有多样化的特点,有炒钢、贴钢,有的铁器还经过淬火,但都是锻打制作而成,反映了西汉中晚期制铁技术和铁器的使用在古滇地区已得到较快的发展。七、挖掘金属器表面处理技术(一)金、汞金属元素的结果本次实验选取了4件鎏金器物,外表均呈金黄色。金相组织显示有鎏金层,十分平整(图一八,图一九)。扫描电镜分析表明,鎏金层成分中均含有金和汞的成分,说明是汞鎏金技术。鎏金层厚4～10微米,相差约3倍(表五),与晋宁石寨山鎏金铜器鎏金层厚度相差达10倍。另外,晋宁石寨山铜器鎏金层中含银极少,江川李家山铜器鎏金层中含一定量的银、铜成分,应是来自金矿。M68出土壶的鎏金层中银含量为27～30%,应为有意加入。(二)李家山出土青铜器的镀层古滇地区金属器的表面呈现有银白色光泽,曾引起科技史界的争议,但过去没有充分的实验依据。实验分析曾首次发现晋宁石寨山出土铜器表面进行了镀锡,江川李家山也有很多青铜器表面有银白色光泽,有兵器、生产工具、铜鼓、跪俑等,数量近百件。本次检测的样品中,有11件铜器表面呈银白色。在金相显微镜和扫描电镜下均可见镀锡层,镀锡层与基体有明显的分界(图二〇,图二一)。其中8件是双面镀,3件是单面镀。基体含锡较少,一般少于30%,而表面的锡含量则大于50%,最高达86.8%。镀锡层厚1～9微米,最薄仅1微米,如此薄的镀层很罕见(表六)。另外,表面镀锡的铜器主要出自大墓,在当时可能属较贵重的器物,是墓主人身份的象征。镀锡铜器的基体为树枝状偏析的α固溶体,并有(α+δ)共析组织。在基体与镀层之间,有的有滑移带,有的有等轴晶和孪晶组织,说明在镀锡前器物表面曾经过预处理,留下了组织的痕迹。为进一步研究镀锡层的结构,对李家山2个样品镀锡层的不同部位进一步分析鉴定,所得结果列于表七。图二二是扣饰(M68:4,实验室编号为9104)扫描电镜背反射照片,在镀锡层中显示有内外层。镀锡层有亚结构,外层含锡量高,A点铜含量为43.6%,锡含量为56.4%。内层中B位置铜含量为63.98%,锡含量为36.0%,这说明镀锡层中有分层现象。图二三中对矛(M68:34,实验室编号为9134)的镀锡层与基体的接触处不同位置进行了成分分析。A、B、C三点的铜含量为66.6～63.8%,锡含量在33.4～36.2%之间,变化很小,是在镀锡时热扩散形成的铜锡合金。镀锡层内部锡的分布有分层现象,基体和镀层的成分互相有扩散。因此,可确定此2件样品应是热镀锡工艺,与晋宁石寨山的镀锡工艺相同。李家山M47出土的1件镖形器,表面为有光泽的绿漆古,扫描电镜成分分析表明,器物的表面铜成分为16.4%,锡成分为81.5%,表面的锡含量很高。但扫描电镜背反射像显示,表面和基体没有形成明显的分界,不是表面镀锡工艺形成的,应是器物表面锈蚀使锡的成分增加后的产物。在东汉初期的M69中,也发现有镀锡的贮贝器,说明东汉时期这种工艺在此地区仍然还在使用。另外,研究发现,江川李家山出土铜器的镀锡层与晋宁石寨山铜器的镀锡层厚度有差别,江川李家山的镀层均小于9微米。这两个墓地的表面镀锡层都比鄂尔多斯文化出土器物的镀锡层(20～50微米)要薄得多。金属器的组织通过对江川李家山出土金属器的分析和鉴定,可得到如下认识。在鉴定的45件铜器样品中,共有33件显示采用铸造方法,占总数的69%,说明铸造是最主要的制作方法。有3件为红铜组织(图一),大多数样品的基体是α固溶体树枝状晶(图二),并随含锡量的增多,α+δ)共析组织也增多(图三),包括兵器(剑、矛)、生产工具(斧)、生活用具(贮贝器)、装饰品(扣饰)以及铜鼓