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文物保護與科技

 發布時間:2019-10-15 點擊量:780

一、引言

20世紀80年代以來,隨著物理、化學分析技術和手段日益廣泛地應用於考古研究,彩陶成分、顏料及呈色機理已成為目前研究的熱點問題,也是文化交流和傳播亟待解決的基礎問題。

 

陳曉峰、馬清林等采用XRD及XRF分析技術對馬家窯文化半山、馬廠類型黑色彩和紅彩彩陶顏料進行了分析研究,認為黑色顏料以磁鐵礦、黑錳礦或鋅鐵尖晶石為主;紅色顏料以赤鐵礦為主,並發現鋅鐵尖晶石。該分析結果還揭示了半山、馬廠類型用兩種不同色調的顏料調配複合顏料。馬清林、胡之德等人采用XRD、XRF分析儀將甘肅秦安大地灣遺址出土的顏料塊(粉末)與彩陶(彩繪陶)顏料進行了分析,發現紅色顏料為赤鐵礦、朱砂,黑色為磁鐵礦、赤鐵礦與磁鐵礦的混合物。鍾黎、肖永明等利用Raman、XRD和XRF等方法分析了青海省化隆縣納卡遺址出土的馬家窯文化及齊家文化彩陶,結果顯示馬家窯文化黑色彩在不同文化階段,其顯色機理不同:半山階段的濃翠黑色彩以磁鐵礦及黑錳礦為主;而馬廠階段的偏紫色黑色彩則以赤鐵礦及黑錳礦為主。齊家文化偏黃紅色的黑色彩以磁鐵礦為主,含有銳鈦礦,同時表明這個階段彩陶的燒製溫度不高,彩陶文化已趨向衰落。董俊卿等對蚌埠雙堆、侯家寨遺址出土彩陶成分和出土顏料進行分析,認為紅彩物相為赤鐵礦、α-石英、白雲石和方解石,黑色彩則是滲碳工藝的效果,但時期的滲碳工藝不可能控製陶器表麵各種複雜紋飾的繪製。

 

也有學者采用等離子發射光譜進行定量分析彩陶顏料的成分。崔劍鋒、吳小紅等采用LA-ICP-AES對四川營盤山遺址和波西遺址彩陶和素麵陶殘片進行分析,結果顯示新石器時代晚期,川西岷江上遊地區和馬家窯文化腹地長時間存在著彩陶的長程貿易。有學者則認為彩陶的黑色彩、棕彩、褐彩等色澤與顏料中的Fe、Mn含量以及二者的比例及其工藝相關。漢水中遊地區是南北文化交流的重要通道,也是文化演進的重要區域,但這個區域的彩陶研究一直沒有受到學術界的充分重視。

 

漢水中遊的淅川溝灣遺址位於河南省淅川縣張營村溝灣組村東。1958年,河南省文化局文物工作隊(原長江流域規劃辦公室考古隊河南分隊)調查發現該遺址,並於1959年對其進行了小規模發掘。2007年至2009年,鄭州大學曆史學院考古係對該遺址進行了考古勘探與發掘,發掘麵積5000平方米。鑽探與發掘表明,遺址麵積近60000平方米,以新石器時代堆積為主,包含仰韶文化、屈家嶺文化、石家河文化和王灣三期文化晚期四個時期的遺存。發掘者將其仰韶文化遺存大體分為四期,第1期年代與棗園類型晚段大體一致;第二期年代與後崗類型基本相同;第三期年代與廟底溝類型大體相當;第四期年代與大河村類型早段基本一致。

 

該遺址出土了較為豐富的寬帶紋、直邊三角紋、圓點紋、弧邊三角紋等紋飾的紅底黑色彩陶器、顏料和研磨器,為深入認識該遺址仰韶時期彩陶的製作工藝流程和黑色彩的礦物成分提供了新的研究材料。采用XRD、XRF等多種方法分別對彩陶的胎和顏料及其呈色機理進行研究,為深入認識漢水中遊地區彩陶的成分、工藝和來源問題提供科學資料。

便攜式X射線衍射儀(XRD):采用奧林巴斯terra型號的X射線衍射儀,靶材Co,電壓30KV,電流30uA。優點:振動篩避免擇優取向。樣品要求:經研缽研細、過篩(100目)後放置於振動篩內裝樣、測試。陶胎、黑色彩和陶衣則用手術刀輕輕刮取需要取樣的部位用於測試。

二、分析方法

便攜式XRF能譜分析儀:美國伊諾斯Innov-X DPO-6000型號的能量色散型熒光光譜儀,銀靶X光管,內置15kV~40kV多段可變電壓,電流200uA、功率4W,采用高靈敏度SDD矽漂移探測器,可分析元素周期表Mg-U範圍之間元素,分析精度為百分比(%)、PPM,數據處理采用windows ces操作係統。在分析過程中,無需製樣,可直接將激光打在樣品需要檢測部位。分析模式有地球化學、土壤、礦物、合金四種,本次實驗采用的是地球化學模式。

三、分析結果

(一)彩陶及陶彩的化學成分、黑色彩的顯色物相分析

使用XRD方法共測試5件有代表性的黑色彩彩陶樣品。測試結果顯示各物質衍射峰:石英為3.34,鈉長石為3.20,伊利石為4.46、10.15,白雲母為2.56、10.09,莫來石為5.38,方鈉石為3.68,方石英為4.03,方解石為3.02~3.07,赤鐵礦為2.51、2.69,磁鐵礦為2.53,方鐵錳礦為2.70。5件黑色彩成分含量的變化範圍:石英在19.6~22.7%之間,鈉長石為10.9~13.4%,伊利石為22.5~28.0%,白雲母為19.5~23.9%,莫來石是5.3~7.8% ,方鈉石為1.9~2.3% ,方石英為1.1% ,方解石為1.0~1.5%,磁鐵礦為4.0~8.5%,方鐵錳礦為0.7~1.3%,赤鐵礦僅為1.0~1.9%。其中,石英、鈉長石、伊利石、白雲母等是製作陶器常見的礦物原料;黑色彩的顯色成分主要為磁鐵礦、少量赤鐵礦和方鐵錳礦,磁鐵礦含量明顯高於赤鐵礦和方鐵錳礦。

陶衣的XRD分析顯示各物質含量:石英12.3~19.1%,鈉長石13.0~15.9%,伊利石19.9~29.1%,白雲母24.2~26.7%,莫來石8.2~12.8%,方鈉石2.3~2.7%,方石英1.3~1.7%,方解石1.0~1.7%,赤鐵礦0.7~1.9%。其中,07XSGT3625G16②∶29、T3519⑩∶24兩件仰韶文化三期的陶衣與仰韶文化二期一件陶器(07XSGT3029⑤∶13)內外壁陶衣相比,赤鐵礦含量明顯較少,是豐富的赤鐵礦使仰韶文化二期陶衣呈現出濃鬱的紅色。

陶胎中石英、鈉長石、伊利石等黏土中常見的礦物含量與黑色彩、陶衣基本一致。7件土樣與黑色莫來石,而陶器中莫來石含量達5.3~12.8%,其他物相成分的含量與陶器相似。除一件仰韶文化二期的陶胎檢測到微量外,其餘陶胎與黏土中都未檢測出赤鐵礦、磁鐵礦、方鐵錳礦。

陶胎、黑色彩的XRF元素分析結果顯示,其化學組成基本一致,均檢測有Si、Al、Fe、Ca、Mn等元素。陶胎中Fe元素含量約為5.26~16.97%,Mn元素為0.05~0.20%;黑色彩中Fe(據XRD檢測的物相分析,應存在Fe2+、Fe3+,但XRF不能檢測出元素化合價)元素約為1.72~8.15%,Mn元素為0.1741~1.3494%,陶胎中Fe、Mn元素的含量均遠遠小於黑色彩,因此黑色彩較之陶胎會呈現出濃翠的黑色。

綜上所述,溝灣遺址黑色彩的顯色物質為磁鐵礦、方鐵錳,另外還有少量赤鐵礦。

(二)溝灣遺址彩陶的陶衣、陶彩工藝過程討論

一般認為社會人們所采用的製陶原料是就近取材的。田野調查發現,在遺址西部約800米處的老灌河(古淅水)兩岸台地上有廣泛的黏土層分布,溝灣遺址陶胎化學成分與采集的這種黏土基本相同,分析其為高矽低鋁的普通易熔黏土,據此分析,溝灣遺址仰韶三期時的陶土原料很有可能是取之於此地的淤積黏土。

溫度和持續時間是黏土礦物成岩轉變互相補償的重要條件。黏土礦物的熱模擬研究表明,在550℃高溫條件下,恒溫3h的黏土樣品,礦物成分就會有很大變化,其他物質會失水逐漸轉化為伊利石。因此,陶器經入窯高溫燒製後,伊利石相對含量增加往往高於土樣中的伊利石含量。而沸石是一種含水堿金屬或堿土金屬的鋁矽酸鹽礦物,其結構水屬於低溫結晶水,經100~150℃加熱後即可脫出,生成鋁矽酸鹽。莫來石是鋁矽酸鹽在高溫下生成的新物質,有學者做低溫莫來石實驗發現,如果在生成過程中有V、Fe、Ti、Mg和Mn等雜原子的加入,可以降低莫來石的形成溫度。在高嶺土中引入質量分數為1%~5%的釩後,在700℃左右的較低溫度下就可以觀察到莫來石相的生成。結合PXRF的分析數據發現,溝灣遺址陶器中V2O5含量很少,且有很多種像Fe、Ti的雜原子,因此莫來石形成的溫度會進一步降低。鄭州西山遺址彩陶陶 彩 研 究 發 現 有 衍射峰強度較弱的莫來石,研究者認為西山彩陶的燒結溫度不是很高。溝灣遺址相關檢測時發現,來石的衍射峰強度很弱,意味著莫來石成分不僅含量少,且燒成溫度也應該不會很高,但陶胎中莫來石的形成機製、燒成溫度尚需要進一步的科學分析。

紅色陶衣的原料可能是碾磨極細的含鐵質紅黏土。古人先用當地適合製作陶器的黏土製成陶胎,並在一部分陶胎表麵塗抹一層紅土泥漿作陶衣,然後將含有磁鐵礦、赤鐵礦、方鐵錳礦、錳鐵礦的黑色顏料塗抹或作畫於未燒的陶坯表麵,後入窯燒製成彩陶。

目前大量的研究資料顯示,磁鐵礦、錳鐵礦和黑錳礦都可用作彩陶的黑色彩顏料。馬清林等人對甘肅地區新石器時代、青銅時代8個文化時期、12種類型較有代表性的碎陶片,進行了一係列分析研究,陶器上黑色彩的主要顯色元素是Fe和Mn,顯色物相主要是,有些顏料中不見,黑色顏料主要成分為錳鐵礦。李文傑先生在《中國古代製陶工藝研究》一書中也提到:黑色彩、棕彩的著色劑是氧化鐵和氧化錳。黃允蘭等人對鄭州西山遺址出土彩陶顏料進行檢測分析發現為含鐵氧化物。BogdanConstantinescu、鄧澤群、譚浩然等人曾對北摩爾達維亞(B.C.5000—B.C.3500 )2種Cucuteni陶器碎片上的黑色顏料成分進行分析,發現高溫燒製的顏料成分為黑錳礦和方鐵錳礦混合物;低溫燒製的陶器(Cucuteni以前的原始陶器)顏料成分是硬錳礦。

淅川下王崗遺址仰韶文化一期的塊狀錳鐵礦石顏料(M454∶7)也證明該地區先民在仰韶時期,已經能將錳鐵礦石作為黑色顏料進行開發和利用。據《河南省地質礦產誌》,溝灣遺址附近有相關的鐵、錳礦地層分布。礦層多富集在地表及地表以下5米之內,並且周圍有河流經過,易於從河床中獲得這些礦石。據此,淅川溝灣遺址的古人製作陶器黑色彩時使用的錳鐵礦石應是當地采集的。溝灣遺址還出土有刃部殘留紅色赤鐵礦的石斧(T3619H429∶1)、使用過的塊狀紅色顏料 (T3425⑧∶262)和仰韶三期橫穴式陶窯Y2,也證明溝灣遺址彩陶可能是本地生產的。

遺址內彩陶紋飾有寬帶紋、直邊三角紋、圓點紋、弧邊三角紋,與廟底溝文化彩陶極其相似,該研究發現的彩陶傳播模式主要是技術、工藝等文化模式的傳播,而非通過實物貿易等交換手段來實現的。

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