天门龙嘴城址出土氧化铜料标本的意义（中国冶金起源系列之三）

【该文】通过对长江中游迄今已发现的可能与冶铜有关的证据的再疏理，认为当前中国青铜技术西来的说法仍有许多难以自圆其说的疑问，包括传入路线不明、技术发展脉络不同、青铜器的器型和制造方式不同等等。中国青铜技术并非接受外传，而是本土自行发展，其源头在长江中游地区。长江中游具备矿物易得和陶窑技术先进两项优势，且其国家社会已经足够发达和复杂，足以供养工匠，并形成对金属器的需求。尽管目前学界普遍将长江中游大溪文化、屈家岭文化、石家河文化乃至后石家河文化都归类为“新石器时代”，因此发掘时并不留意与青铜技术相关的遗迹遗物，留下的资料稀少零散，但是通过仔细梳理考古资料，仍可以发现长江中游地区公元前第四千纪和公元前第三千纪的诸多遗址，如龙嘴、屈家岭、一百三十亩、石家河、殷戴家湾、金鸡岭，以及幕阜山区的诸多遗址等，其实均已经发现铜块、青铜工具、红铜及青铜炼渣、冶炼工具和设施、相关废品等直接证据，并先后出现过普通圆型炉、竖穴式圆型炉、长型横穴式炉，长条型龙窑式熔铜炉以及用炼缸进行冶炼和熔铜的坑式冶铸工作坊，并且其冶炼活动深入其精神文化中，影响整个社会。这说明，长江中游经历了漫长的认识铜料并探索冶炼的过程；此时，周围地区并没有别的掌握青铜技术的文明，因此长江中游冶炼技术无疑是本土起源的。

因全文较长，现分节摘发。

二、长江中游第四~三千纪遗址中发现铜料的意义

（一）天门龙嘴城址出土氧化铜料标本的意义

长江中游地区的上古文化对铜矿的认识很早，盖因长江中游定居的社会生活依其原生的稻作技术[i]，从全新世初期以来稳定地进步及扩展，文化未曾中断，数千年来代代相承，是以当地居民对定居的环境和资源非常熟悉。而该区域东部鄂湘赣交接的幕阜山地区，铜矿资源丰富，此地为蕴藏多种金属的矿带，有众多能让人们轻易观察和采集的地表裸露矿。

但是，由于考古界直到最近都很少注意到长江中游地区早期文明与冶炼技术的发展，而使此地早期人们有意识地采集铜料的证据较为零碎，更因为先验地贴上“新石器文化”的标签，使迄今注意和发现并在发掘报告中加以记录的相关资料极少。在此情况下，仍然还是可以发现，油子岭、屈家岭文化人们有意将产于山区的铜矿石（孔雀石）带到100-300百公里外的平原遗址。比如，在湖北天门龙嘴城址中期探沟内发现了铜料，报告称之为“孔雀石”（标本LZ TG25:24，图三），根据同一期遗迹碳十四测年数据，年代范围落在3430-3400 cal BCE[ii]或 3300-3100 cal BCE（BA07212, 3248±113），相当于屈家岭文化中期。

为什么孔雀石的发现一定与炼铜有关？这与长江中游矿脉所产孔雀石的属性有关。由于本地孔雀石成分中缺钙，虽然色彩艳丽却质地松软，不适合用来雕刻或作装饰品。龙嘴遗址所在之地离鄂东南矿区直线距离虽有200多公里，不过水路便利。平原地区的人想方设法取得这些不能雕刻加工、没有其它用处的石头，明显是因为早已认识到，它们可以炼成铜，并重视此用途。

孔雀石在早期炼铜技术发展过程中具有关键作用。铜矿有很多种，大体分为氧化铜（oxidizedore，其中孔雀石冶炼价值最高）与硫化铜（sulphidic ore，指数种含硫磺的化学式）两大类，加工提炼的难易程度大不相同。总体来说，冶炼硫化铜比冶炼氧化铜容易一些，产量也高：冶炼孔雀石既需要高温度，亦需要控制氧气，这一矛盾造成很多困难；至于冶炼硫化铜矿，在1100─1200℃高温容易发生化学反应，飞出硫气而获得纯铜。[iii]但是冶炼硫化铜需要具备以下两种条件：第一，硫化铜矿料很少露出在地表上，只有当人们对铜料已熟悉，专门开设矿井去开采时才有可能接触到这种矿石；第二，需要较成熟的炼炉，一方面保持高温度，另一方面要特别考虑排除硫气的烟道。而孔雀石色如孔雀羽毛般鲜艳翠绿，埋藏不深，多出露于地表上，容易引起人的注意而使人采集。况且，像幕阜山地区一些矿源品质较纯的孔雀石的提炼相对容易，不需要达到铜熔点那么高的温度，只要在密封还原的坩锅或窑里，在还原气氛中燃烧孔雀石就可以获得纯铜，随即可锻造成器，亦可再经火炼，熔为铜液后铸造铜器。虽然产量不如用硫化铜，但便于最初发明炼铜的情况。所以，若在不位于原矿区的遗址中发现孔雀石，应可作为直接的冶铜证据之一。

中国学者经常将达到1083.4℃铜熔点温度作为炼铜的前提条件，以此为标准来评估冶炼起源的问题。但是1083.4℃的温度条件是针对熔化铜液而言，这实际上只是发明铜铸造技术所需要的温度，而并不代表从原矿冶炼的温度，有些铜矿耐火，需要1200℃以上的温度才能提炼出铜，有些铜矿则不然，比如，从孔雀石中用还原法提炼红铜所需温度就比较低。还原法炼铜的关键在于，需要在氧气不足的条件下燃烧木炭，使得炉内形成一氧化炭（CO），这样孔雀石（碱式炭酸铜，(CuOH)2CO3，malachite）在一氧化炭的环境内产生化学反应，其公式如下：(CuOH)2CO3 2CO→3CO2 2Cu H2O。换言之，如果在还原气氛中灼烧孔雀石，就可以获得纯铜，此外还会产生水与二氧化碳。实验表明，当温度达到710 °C时，窑内一氧化碳最为稳定，此时可以较为稳定而连续地发生还原反应，提炼出红铜[iv]。之后，红铜的加工处理，温度范围可以更大。红铜只需要650℃以上温度就会变软，在650℃─1000℃温度范围内都可以热锻。如果温度低于650℃，也可用冷锻的方式制造小型器物。

龙嘴遗址出土铜料的TG25富含红烧土颗粒和草木灰[v]，很明显是冶炼的火炉所留下来的遗迹。可惜，该探沟没有被仔细记录，导致外人难以了解该冶炼遗迹的性质。

另外，虽然龙嘴的报告将其命名为“孔雀石”，但观察出土背景，我们认为这未必就一定是原生矿料（original ore）。就化学成份而言，孔雀石属氧化矿料，自然界在潮湿的环境中由铜金属与氧气、二氧化碳缓慢反应而形成这种矿石。所以，如果一块纯铜几千年保存在长江中游那么潮湿的环境里，缓慢吸收水、氧化及与二氧化碳产生化学反应，很容易再次形成孔雀石次生矿（secondary ore）。这个问题在冶金考古学中（archaeometallurgy）早已被提出，不仅是理论，实际发掘也有发现，小铜块或铜渣若长期被埋藏在文化层中，可能重新变成为孔雀石；与作为原生矿脉出现的孔雀石相比较，这种次生孔雀石的化学成份更纯，杂质较低；不过，有些矿区原生的孔雀石也很纯，杂质物很低。[vi]幕阜山孔雀石恰好是这种含杂质物不高的矿物。所以判断的主要标准还是出土背景以及文化中孔雀石是否有冶炼之外的作用。前文已说明，幕阜山的孔雀石易碎，不能雕刻用作装饰品或者其他作用，而且龙嘴出土所谓“孔雀石”的地方共出有烧土和灰烬，因此从这两个指标来思考，这很难是原生的孔雀石。

进一步来说，这块器物的化学式也不一定是碱式炭酸铜（孔雀石）。比如说，早期冶炼经常会留下氧化铜（黑铜CuO, tenorite）或氧化亚铜（赤铜Cu2O, cuprite）等废料，尤其氧化亚铜是在技术不成熟的情况下冶炼失败的常见产物。这种废料若埋藏在潮湿环境里，吸收环境中的水，其外观也会变得像孔雀石。

所以，要分辨出土物是因杂质成份（impurity）高而未被冶炼的孔雀石原矿，或者是冶炼后留下的赤铜废料，或者是冶炼好的铜块（小铜器）被通体锈蚀后的碎块，只有经过化学微观分析（microanalysis）才能判断。遗憾的是，迄今在长江中游出土的此类标本极少有经过化学微观分析。长江中游发现的铜块铜料一般情况是，大部分这类标本并未公布，偶尔写进报告里，也概被指称为 “孔雀石”或“铜矿石”。实际上，这些判断基本上都值得怀疑。这类标本的出土地点均伴出大量灰烬和烧土堆积，似乎为冶炼遗迹。由此，笔者更倾向于认为这些所谓的“孔雀石”标本实际上是古人曾经冶炼出来的铜，这或者是氧化、锈蚀的金属铜（oxidized cooper，其中有一些可能重新变成次生孔雀石），或者是被丢弃的冶炼废料（slag）。

（未完待续）

注释

[i]郭静云、郭立新，论稻作萌生与成熟的时空问题，《中国农史》，2014年第5—6期，第3—13；3—13页。

[ii]陈树祥、连红主编：《铜绿山考古印象》，文物出版社2018年，页23.

[iii]Grigoriev,Stanislav 2015.Metallurgical production in northern Eurasia in the BronzeAge, pp.4-5, 38-40.

[iv] CharlesJ.A. The Coming of Copper andCopper-Base Alloys and Iron: A MetallurgicalSequence. The Coming of the Age ofIron. Yale University Press. NewHaven, London , 1980, pp.151-182.

[v]湖北省文物考古研究所、天门市博物馆编着，《天门龙嘴》，第14、305、329─330页。

[vi]Stanislav Grigoriev. MetallurgicalProduction in Northern Eurasia in theBronze Age. Oxford: ArchaeopressPublishing, 2015, p.8.

【声明】本文作者为郭静云、邱诗萤、范梓浩、郭立新、陶洋，为《中国冶炼技术本土起源：从长江中游冶炼遗存直接证据谈起（一）》（原载于《南方文物》2018年3期）之一部。若有引用或转载，务请说明作者与来源。