湖北大冶铜绿山矿号矿体的发现与研究

湖北大冶铜绿山矿号矿体的发现与研究

20世纪70年代初，中国历史博物馆收到了来自铜绿山矿工程师的那尊大铜斧，该斧是从旧矿山中挖掘的，并向文物的研究领域传递了铜绿山矿古矿遗迹的重要信息。湖北省大冶县境内的铜绿山矿,是一处现代机械化开采铜矿的大型矿。自1965年建矿以来,矿区在开采铜矿的剥离层中,不断发现古代采矿的遗迹和遗物,暴露出的大量古矿井支护木,则被临近村民们纷纷拾回家当作了生活燃料。位于鄂东南丘陵地带的铜绿山,周围地形南高北低,东南面最高的鹿耳山海拔高6601米,北部的大冶湖湖底最低标高14.5米不等。这里水陆交通便利,大冶湖可直达长江,极有利于以水运交通为主的古代矿业运输活动。据《大冶县志》载:“铜绿山……山顶高平,巨石对峙,每骤雨过时,有铜绿如雪花小豆点缀土石之上,故名”,铜绿山由此而得名。经地质部门勘探了解,铜绿山的矿产资源极为丰富,以铜、铁矿为主,并伴生有金、银……等矿,其中铜矿储量最大,且品位高,埋藏浅,易于开采。显然,这为古人在此大量开采铜矿提供了有利条件。号、号矿体的考古调查1973年冬,我偕同中国历史博物馆(现中国国家博物馆)孔祥星先生,前往铜绿山矿考古调查。只见这里大小山丘连绵,转悠在几个矿体(埋藏有铜矿的山体)的考古调查中,只见这些蕴藏有铜矿的山丘上,都长着茂盛的我们从未见过的一种顶端似草鞋状的草,当地人称它为“铜草”,这类铜草即成为山体内埋藏有铜矿的指示物。也许古人能够找到这里开采铜矿,就是这些“铜草”报矿传递的信息。被铜绿山矿编入计划开采的铜矿矿藏丰富的矿体,计有12个。经我们初步考古调查和向矿里工程技术人员了解,其中有10个矿体内已发现古人采过矿的“老窿”,即古矿井遗址(俗称“老窿”);有的古矿井遗址附近,也发现有古人生活遗存的文化堆积,我们在Ⅶ号矿体的地面上,采集到商周时期的陶片;在Ⅺ号矿体的露天采矿区,也采集到周代的鬲、罐……等陶片,获知早在商周时期,即已有人在铜绿山进行开采矿业的生产活动。铜绿山矿的Ⅰ号、Ⅱ号矿体,是一片大露天采矿区,有多个大型电铲机正在大面积进行铲掘,只见矿层断壁及工作面(专业名称为掌子面)上,悬挂于断壁和暴露于断岩的“老窿”内残断坑采支护木比比皆是。考古调查发现,铜绿山东北坡Ⅺ号矿体的大片掌子面上,布满古代冶炼的炼渣遗存,暴露的断面古炼渣与炼炉残壁等堆积达1米多厚,这里应是一处古冶炼场遗址。据悉,建矿之前,铜绿山矿遍布于地面的古代炼渣堆积,最厚处达3米以上,经地质部门测算,在矿区14万平方米的地面上,遗存的古代炼渣数量约达40万吨;取样化验得知,均是炼铜后弃置的炼渣,以遗存的古炼渣计算,至少生产了10万吨以上的粗铜。可喜的是这次考古调查中,我们在大冶湖畔淤积层里,也意外地采集到几块饼形微窝状灰黄绿色斑驳的粗铜——铜锭,可能是外运时漏掉的遗存。不言而喻,今天的这个大型现代化开采铜矿的铜绿山矿,也曾是古代开采与冶炼铜矿相结合的大型矿区。据此可知,铜绿山古矿,曾为我国青铜文化时代经济与文化的发展做出过巨大贡献。正当我们在铜绿山矿考古调查期间,发现Ⅰ号与Ⅱ号矿体大露天开采区,大型电铲正在工作的掌子面上,暴露有两片“老隆”的支护木,当即请矿里局部停铲,将发现的这两片古矿井遗迹保护了下来,留待我们做考古工作。由于矿里的生产计划是硬指标,不能为考古工作长时间停产让路,必须尽快连续作战地配合矿区生产计划进行清理发掘。当即向湖北省文化局(现文化厅),作了汇报,在省局批准下,由我带领的省与所在地黄石市、大冶县文博单位文物考古人员王善才、李天元(省)、祁少斌(市)、余为民(县)等组成的“铜绿山矿联合考古队”,翌年初春奔赴铜绿山矿,揭开了矿冶考古的新篇章。我们也在研究古矿井生产技术的过程中理考古是一门社会科学,在田野考古中,会涉及许多学科的相关知识或有关生产知识。当年,面对陌生而全新的矿冶考古课题,在考古界也未曾见有过矿冶方面的田野考古报导的经验可借鉴,我们只有临阵磨枪在考古发掘现场求教。此次,我们边调查边清理发掘,收集了一批出土物,仅收获的大铜斧就多达11件。配合露天采矿区的生产,我们先后抢救性地清理发掘了两处面积大小不一、时代不同的采矿遗址。当我们揭去破坏面上散乱残断的支护木后,清理出了一片横向、竖向的支护木结构遗迹,顿感茫然,不知下一步该如何工作,真让我这个老兵碰上新问题。在茫然无知的情况下,只得带领大家登门求教。于是,我们先去矿里地下采矿区参观学习,向工程技术人员请教生产知识,现学现用,从而知道了古矿井支护结构中的各部位专业名称及其功能。现代化的地下开采与古代的地下坑采,必竟不能同日而语。所以,摆在我们面前的古矿井考古发掘,仍有许多陌生问题需要求教。在发掘的进程中出现弄不懂的迹象,也常去请矿里的工程师来发掘现场,和我们一起观察分析,研究解读遗迹现象;也曾邀请过源华煤矿的老工人,地质部门的专家来现场指导,观察研究分析疑难问题。在他们的指点帮助下,边学边干,获得了不少与矿冶生产有关的知识。在发掘古矿井的考古实践中,我们边干边学获知,井下采矿的古矿井,由竖井、斜巷(也称斜井)、平巷等组成。竖向开拓以木方框结构支护的“竖井”,除从地面开口向下延伸的一段竖井外,还在地下开凿有不见天日的“盲井”。竖井有探矿、给井下采矿者通风送氧(竖井、盲井木支护方框的四方和巷道木支护方框的顶部与两侧,均有严实的背板筑成封闭式,将空气紧逼在井巷中流动,利用地面多个不同井口的高低差形成的气压,使井下空气流通,以输送足够的氧),向井下运送各类物资,提升井下采得的矿石,和井下排除的废石与废弃物……等功能;“盲井”是地下不见天日的竖井,位于巷道的末端,垂直于下层巷道,为探寻下层矿脉而开凿;“斜巷(也称斜井)”的主要功能是选矿(包括找矿)、运输等工作活动区;“平巷”则是采掘区,追踪矿脉进行采掘。故遗址内的所有竖井(盲井)的深浅不可能一致,其上下层斜巷、平巷的长短宽窄都不可能相同,走向也不可能处于同一方位。斜巷木支护结构此遗址位于铜绿山Ⅱ号矿体12号勘探线上。上部已被电铲破坏,仅残存下部的部分结构。清理发掘出8个竖井编号ⅡJ1~ⅡJ8、1条斜巷(斜井)ⅡX1。竖井残存中部以下或下部,分布于斜巷东北面,比较密集,无一定规律;竖井口径均在8×8厘米左右,斜巷于竖井的西南面相连接。竖井木支护结构均采用“密集法搭口式结构”(专业名称)搭接成方框形支架,层层迭筑构成井筒;斜巷木支护结构采用“间隔法榫口式结构”(专业名称)穿接成方框形支架,沿着矿层的倾斜角度由淺入深节节伸延构成斜巷(图一);竖井四方和斜巷顶面与两侧,都以细木棍横向排列筑成背板,支护木直径一般在5~10厘米,均为细小栗木。据悉,此老窿内还发现有装满一筐未提运上来的绿孔雀石,应是一处采掘铜矿的遗址。出土生产工具,有船形木斗(专业名“淘金斗”,井下找矿、选矿的工具。即在井下用“淘金斗”装上矿土,利用水的浮力淘去泥土,从斗内有否沉底的矿与矿石多少,找矿、探知贫矿或富矿);木槌(一段带树节的树干,将粗树节部位修整成槌,树节上部树干砍削成柄)(图二);木瓢(井下舀水工具。一块整木凿成圆角方形,器之一方壁厚凸出成握手);竹篓(圆形平底,口沿有藤编提梁或立耳)。生活用器仅存无器形的陶片,红褐色粗陶饰斜方格纹。此采矿遗址绝对年代,铜斧木柄标本:碳十四测定年代为距今2485±75年,树轮校正年代为公元前761~前399年;参看陶片纹饰等特点推断,约为春秋晚期至战国早期。从战国时期到西汉时期的采石场是一处大型采矿遗址,位于铜绿山Ⅰ号矿体24号勘探线上,北距Ⅱ号矿体东周时期采矿遗址约300米。一、古矿井遗迹此采矿遗址上部,大部分已被电铲采掘中铲毁,现残存的古矿井井口,距原地表井口约58米,揭露出的大片古矿井遗迹,是坑采中的一个采掘面(图三)。(一)直径大小为40mm的单一井3.竖井分别位于遗址发掘面巷道外围的北(ⅠJ4|、ⅠJ5)、东北(ⅠJ1、)、东南(ⅠJ2)、西南(ⅠJ3)面。竖井的支护木用料较粗大,四角的大方立柱有的高达200多厘米,宽、厚达35厘米;直径一般在20厘米左右。井口一般为110~130厘米见方;竖井四角的粗大方形立柱,系采用2米多长上端有树杈的树干砍削而成,柱杈内架一横梁,即构成“鸭嘴与亲口混合结构”(专业名称)的支护框架(图四),以此框架从地面向下迭筑至采掘面,竖井四方,均用横向排列的木板或密集排列的细木棍,筑成封闭式井筒。ⅠJ3中下部、ⅠJ4上部和ⅠJ5下部均发现有通向巷道的马头门(专业名称)。发掘了解,Ⅰ号矿体采矿遗址的深层采掘区,是由若干个井段(地下的盲井)通向地面的,即地面的竖井通过地下各层盲井,给每层巷道通风送氧;并由逐级盲井完成上下提运的运输任务。(二)地层结构及井巷遗迹巷道结构和构筑方法与竖井基本相同,系采用一根带树杈的圆木(自然树杆)排列立于两侧,圆木下端立在一横向厚木板上,上端树杈内亦横架一木板或圆木,即上有顶梁,下有地栿,巷道顶部与两侧呈封闭式,封闭方法或与竖井同或用藤条编织的席作为封闭严实的巷道背板,构筑成巷道支护结构中的“完全棚子”(专业名称)。此遗址仅残存1条斜巷ⅠX1,斜向开拓至矿脉尽头,呈阶状,第一级内空高175厘米,最下一级最低内空为120厘米,巷宽不足90厘米(图五,上)。平巷10条,内空高低、宽窄亦不一致,最大的平巷ⅠX2内空高160厘米,宽195厘米左右;其它几条平巷内空高、宽一般在130~150厘米左右(图五,下)。平巷分布在斜巷的南、北、西三面,有上中下三层,走向不一,叠压无一定规律。残存的井巷遗迹,尚能看出以下几组井巷组合关系,即斜巷ⅠX1与ⅠJ5相通连,ⅠX1西南面与ⅠX6相连接;ⅠJ3能通向第二层的平巷ⅠX9和第三层的平巷ⅠX11;ⅠJ4可通向第一层的平巷ⅠX7。发掘揭露出的众多井下支护木,出土时全是鲜绿色树皮,封闭井、巷的竹子也都是青皮,看来,井下的支护用材,全是从森林中现砍现用的。由于严密矿层的密封作用,在地下历经两千余年仍保存得新鲜如初。可以想象,在开采此矿的那个古代,这片连绵的山丘上应是一片密茂的森林。而如今的铜绿山及其四周(包括矿里居民区和临近村庄)几乎不见树木,山丘上只见茂盛的铜草。二、出土遗物此遗址出土遗物70余件,多为开采用的生产工具;极少生活用器。(一)生产工具包括铁、木、竹、藤等产品1.14个铁粉开采工具均在道路上有铁斧5件,铁四棱钻3件,铁柄耙1件,铁六角锄2件,带榫铁凹口锄1件,铁锤2件(图六)。2.双板木柱、带孔的锚点计有木槌1件(出自巷道);木辘轳2件(发现于井口。轴身呈圆柱形,两端砍削出圆形轴颈,器身两端各凿有一圈密孔与一圈疏孔,密孔在外圈、疏孔在内圈,孔呈长方形、疏孔较密孔大且深,孔的间距亦较大,与密孔交错排列,有的孔内遗存有长方形木条,疏孔内宽大的木条,应是辘轳启动时的扳手。将辘轳的轴放在井口装置的支架上,扳动疏孔内的木扳手,就能启动提运;密孔内的木条是起控制辘轳运转的插销,需要停止提升时,插上密孔内的木栓(插销),就能控制轴的转动,即可随时掌握停止提运)。木钩2件(出土于斜巷和井底。自然的粗树杈砍削而成,柄端刻有系绳的凹槽)。方形或半圆形木水槽4件(发现于巷道。用粗树干砍凿而成,全长260、口宽12厘米)。木桶15件(出自巷道或竖井。穿系木桶11件、附耳木桶4件,一段圆木凿空制成,多已成破片)。带系木撮瓢4件(出自巷道。一段整木砍凿而成,两壁近撮口处凿有对称穿孔贯以藤条拧成的提系,全长65~75、口宽22厘米)(图七)。3.藤墙多扎照明计有竹篾箢箕约20件(多已破损填垫于木水槽底部,少有完整器形)。竹筐10件(口部有竹篾提梁)。藤篓多件(藤条编成筐形,多有破损)。葫芦瓢1件(老葫芦锯开成瓢,井下舀水瓢)。竹签火把多扎(十余根细竹签一端束紧,另端散开呈炭黑色,应是井下照明火把。竹签火把燃点低、烟少,按需要亮度可束成大扎或小扎置于固定位置照明;亦可手持点燃的小束竹签火把随身照明。就地取材,用之不尽)。4.之油泥块小段粗草绳数段(出自竖井。龙须草拧成,最长殘段800厘米);油泥块2块(一大一小,黑色、软泥状,揑之有油感。可能是辘轳的润滑剂)。(二)生活设备从胡同出来1.木耳杯1件。(一块整木凿成,不规则椭圆形壁较厚,未髹漆制作粗糙);2.陶片数片(泥质淺灰陶,素面)。三、铁钳和铁锤出土情况此采矿遗址的井巷支护结构用材粗大,其构筑技术、采掘、提运和使用的工具等方面,均较Ⅱ号矿体采矿遗址进步,其年代当晚于Ⅱ号矿体采矿遗址。采掘中已使用铁铸生产工具,铁器铸造水平与战国中晚期的冶铸技术相当;出土的卷云纹六角铁锄与河北兴隆出土的铁锄,及长沙战国墓所出六角形铁锄大致相同。出土的铁凹口锄与湖北江陵楚都纪南城出土的战国同类器近同;铁锤与山西长治战国墓出土铁锤亦颇相近。遗址内未发现铁锯,考古发现商代即出现矩形青铜锯、战国出现直锯和弯锯,信阳战国楚墓出土带柄夹锯。看来,以上各类锯均难以承担此遗址的木器加工任务,木器上亦未见有锯痕,说明大型铁锯尚未出现,遗址年代应不会晚于汉代初期。碳十四测定年代数据3个。竖井支护木标本两个为:距今2075±80年,树轮校正年代公元前167~公元58年;距今2795±75年,树轮校正年代公元前972~810年;坑木标本为距今3265±100年,树轮校正年代公元前1521~1317年。参考出土器物推断,遗址开采年代不早于战国晚期,下限当在西汉初年。四、j5-ss-地层开采的研究此采矿遗址,正处于氧化矿石的破碎带中,井巷底部仍存在着富集而松软的自然铜和孔雀石等氧化矿,出土不少聚集一起闪闪发亮呈红丝状的自然铜和绿色孔雀石(红铜丝见空气即氧化成红粉末),发掘出的矿土,全被铜绿山矿直接运往了选矿场;由此可以断定,此采矿遗址的采掘对象应是自然铜和孔雀石。既然尚存有这么多富矿,为何停止采掘?回顾发掘中出现的许多现象,如在遗址井、巷底部,遗存有不少锄、钯……等铁质采掘工具,尚有1件带柄铁锤倚在ⅠJ5的马头门外等,铁生产工具是采矿中较先进的工具,铁器用损后可以回炉铸造新工具,不可能弃置井下;以及在最深的ⅠJ5井内和斜巷里,发现多个破损和完好的木桶、水瓢、大绳等排水工具,和ⅠX7平巷内安置有一具倾斜于ⅠJ5深井井口的大木水槽等现象,结合此古矿井井下开采,已采掘至标高接近海平面的深层矿脉中分析,可能是地下渗水情况严重,采掘者每天都需排除大量的水,最后,因一夜之间地下涌上的水,水量过大无法进入井下排水,而被迫放弃。故而,头一天尚在井下进行采掘的所有生产工具尽淹水底。井下采矿场发现于铜绿山古矿的采矿遗存中,有露天采矿遗址与井下采矿遗址两大类,它们标示着古人从地面采矿发展到井下采矿的两个先后开采阶段;古矿井采矿中,继木支护结构矿井开采之后,又出现了无木支护矿井的采坑,标示了井下开采发展中的早晚不同时代。1.露采剥离废石堆积物古人在地面露天开采时,多将采掘中剥离的废石回填入临近已采空的采坑中,据铜绿山矿提供的资料,这类露天采矿遗址在好几个矿体地面都有发现。铜绿山XI号矿体的古代露采场,在海拔标高25米以上全部是人工堆积物,估算约有20万立方米。这些堆积物可能是临近露天采矿场开采时,剥离排出的废石堆积;也可能是地下开采剥离的废石回填至露采场采空坑堆积而成。VI号矿体发现的露采剥离废石堆,有的堆积得像座小山丘,后人称之为“乌鸦山”;一处未进行回填的古露天采空坑,逐年的雨水使之渐渐形成了一个小水塘,后人称之为“乌鸦卜林塘”。铜绿山的露天采矿遗址,因没有进行考古发掘,尚未获得能考证其开采年代的遗物。仅凭开采地面露头矿的简单采掘技术和开采量不大分析,推断地面发现的露采遗址,其时代应早于同一矿体井下开采遗址的年代。2.这是一座古老的开采矿场3.无木材保护的老井开采遗址井下开采技术的发展古人在铜绿山连续开采铜矿的千余年里,留下的商周至西汉各历史时期大量采矿遗存,让我们解读了一部古代采矿技术的发展史。发明井下找矿法。开采铜矿伊始,矿工们是用目力找矿;露天开采发展至深入地下开采中,发明的“淘金斗”,在井下利用水的浮力淘金(金属矿),可誉为用“重力选矿”法,找矿、选矿。准确地选择了断层接触带中矿体富集、品位高的地方,追逐富矿进行开采。井下开采规模逐渐扩大。商代晚期至战国中期,井下开采规模,竖井最大内空未超过100厘米,巷道内高和内宽亦少有高宽至100厘米左右的;发展到战国晚期至西汉初年,竖井内空与巷道内高均为100余厘米,巷道之宽有的已近200厘米,井下开采的规模明显增大。井巷木支护结构的创新与改进。商代晚期至春秋早中期,成功地创造了“搭接”与“榫接”相结合的木支护法,采用“密集法搭口式结构”搭接成框架,和“间隔法榫口式结构”榫卯穿接成框架支护井巷;战国晚期至西汉初年,随着井下开采规模扩大,改进为“鸭嘴与亲口混合结构”木支护框架和构筑成“完全棚子”支护井巷。其先进性反映在时代越晚,支护制作越简单,形式越进步,抗压能力越强。各时段的井巷木支护结构,牢固坚实地承受了井下来自竖井四面的土方压力和巷道的顶压、地压和侧压,有效地保障了井下生产的人身安全。创造了先进的采掘法。井下开采的创新与进步,表现在战国晚期至西汉初年,将井下开采惯用的从矿层上部往下采掘的方法,改进为从下往上回采的采掘法,即将斜巷从矿脉顶端斜向开拓至矿脉尽头,从下向上回采,采掘中随即将剥离的废石等充填到下面的采空区,免去了井下大量废石的排运量。作业中发明的半机械动力木辘轳,在提速上也是一个飞跃。铜绿山古矿井的发现,揭示了我国于三千多年前即已开始了铜矿开采业,从采掘地面露头铜矿开始,在追寻矿脉开采中,开创了凿井、拓巷向地下开采,在井下采掘中不断创新采矿技术,由开采地下浅层矿体,追逐至深层矿层的采掘,全凭人工劳作竟把井巷的开凿延伸到了距地表60余米,已处于海平面0~5米的高程线上让人震惊的深度。井下开采实践中不断提高采矿的技术水平,完善地解决了井下乃至深层采矿中的探矿、选矿,深井通风送氧,提升矿石、载运井下所需物质、排除地下渗水和井下照明等开采矿业流程中碰到的一系列难题。考古所获资料足以证明,我国矿业生产中的开采技术,早在两千多年前即已自成体系。铜绿山古矿,记录了古代劳动人民在采矿生产实践中的许多发明创造和古代开采铜矿技术的发展进程,也揭示了我国古代井下开采的科技水平与采矿业的成就。它是我国保存在地下的一部开采铜矿科技史的实物史料。关于“杨越”铜绿山古矿矿业主的国属之疑。铜绿山古矿大量开采的年代是在东周时期,位于长江以南鄂东南地区的铜绿山,东周时期属楚的辖区,然而,铜绿山古矿井和冶炼遗址中,出土的西周时期双耳甗、平底尖锥实足鬲、双鼻耳罐,东周时期的刻槽撇足鬲、穿外附耳甗、双耳罐、带鋬瓮等陶生活用器,却都与长江以南古越地同时期陶器的器形特征一脉相承,有着浓厚的越文化特色,这里开采的人群显然都是越人。那么,谁是此古矿的矿业主呢?铜绿山所处的鄂东南大冶县,东临吴越。考古发现,这一区域早在新石器时代晚期,已有古越人在此活动的文化遗存。有学者结合历史考察铜绿山矿业的国属问题时认为