（科学技术史专业论文）古陶产地理论及相关研究.pdf

摘要 文物产地和矿料来源研究是科技考古学的重要课题之一。它借助现代技术手 段，获取古代遗存的“潜信息”，为研究古代不同地区间的文化交流、贸易、生产 力发展水平、人类迁徒乃至古文明起源等提供定量化依据自2 0 世纪7 0 年代起， 它已成为国际科技考古界的主流。陶器因其出现时间早、使用范围广和出土量最 多，一直是国内外产地分析的主要研究对象。本文对当前古陶产地研究领域的一 些基础性问题进行了探讨，得到了颇有科学意义的结论 一般认为，粘土的化学成分在陶器烧制过程中基本保持不变。这是古陶产地 研究的前提之一本文以黄土为研究对象，分析其在陶器烧制过程中元素含量的 变化结果表明：陶器烧制过程中，黄土中大部分元素的含量基本保存不变但 i j 髓勉u 历等5 概素具有明显的烧失现象，其烧失量与烧制温度有关， 与保温时间基本无关因此，在产地分析中，应避免选择这几种元素作为统计分 析的特征指标，以保证结论的可靠性 本文对古陶产地分析的研究对象进行了拓展。目前，古陶产地分析的研究对 象仅限于泥质陶砂质陶的原料系由陶土和砂粒搀合而成，如果不能将陶土和砂 粒适当分离，即不能获得去除搀合料后的纯陶土，剐难以获得砂质陶所含陶土的 产地信息。本文采用了一种可适当分离陶土和砂粒的简便方法，使砂质陶可用于 产地分析领域为了深入分析搀合砂对砂质陶元素含量的影响程度，本文选择了2 种含砂比例明显不同的古陶样品，利用i c p a e s 和i c p m s 技术，依次测试它们 在去砂和不去砂情况下的元素组成，并进行统计分析。结果表明，对含砂量明显 低于5 的样品，粗砂粒对测试和统计结果的影响不大，实际应用中可直接采取泥 质陶的制样方法；但对搀砂量达到2 5 的样品，只有进行去砂处理，才能保证产 地分析结果的可靠性。这一研究成果，为其它搀合陶( 如夹炭陶、夹蚌陶) 的产地研 里! ! 堂塾查查兰塑! 堂垡堡壅 一 咒提供了启示。 此外，本丈运用上述研究成果，对一些文物价值极高的古陶样品，如秦始皇 陵兵马俑、丈官俑、阳陵汉俑进行了产地分析。结果表明：( 1 ) 就本次研究所涉 及的不同层位、不同地点的骊山土样而言，岩相鉴定、主成分分析、聚类分析和 稀土元素分布模式的研究均表明，秦俑与取自骊山斜口镇老沟的一种地下土的矿 料组成最为接近，从而为“兵马俑粘土取自骊山“的看法提供了佐证；( 2 ) 从化 学成分看，兵马俑与文官俑同属于低s i 0 2 高f e 2 0 3 、c a o 、m g o 的一类，在元素 纽成上大同小异，二者矿料来源关系密切它们的硬度、吸水率相差亦不大，所 以兵马俑的文物保护措施对文官俑的保护亦有借鉴意义；( 3 ) 通过产地分析方法， 可准确无误地区分秦俑和阳陵俑可见，这两种陪葬俑虽然出土地点和制作年代 相近，但它们矿料来源差别仍很明显。 烧成温度是反映陶器质地及烧制工艺的重要指标由于兵马俑在制成后曾被 放火焚烧，在考察其烧成温度时，应选择受此因素影响小的分析样品。本文选用 了适合兵马俑特点的热膨胀法，测定了1 7 片选自不同坑、不同种类陶片的烧成温 度。其范围为7 3 0 - - 9 9 0 、2 ，上下相差2 6 0 c ，明显大于原报导值( 9 5 0 - - 1 0 5 0 c ) ， 其平均烧成温度为8 7 0 c ，它比原报导值的下限还要低8 0 c 这表明，个别俑可 能火候不够。此外，取自同一俑体、不同部位的系列样品，其烧成温度基本与取 样部位的水平高度相关，呈“上高下低”现象，因而推测陶俑站立烧成的可能性 较大。这意味着，陶俑的较低部位，如腿、脚等，烧成温度低，陶质较差，而这 些部位又需长期承载陶俑的重量，容易造成损伤此外，个别陶俑身体上不同部 位的烧成温度相差能达到2 0 0 c ，导致其质地、物理性质等也相差较大这种存在 “先天缺陷”的俑，在环境温湿度的反复变化下，很可能被损坏 中国科学技术人学博士学位论文 a b s t r a c t p r o v e n a r l c ed e t e r m i n a t i o no fc e r a m i c sc a np r o v i d ei m p o r t a n ti n f o r m a t i o na b o u tl o c a l p r o d u c t i o na n dc u l t u r a lc o n n e c t i o n sa m o n g s t a n c i e n tc o m m u n i t i e s w i t ht h ea i do fn e w g e o c h e m i c a l g e o l o g i c a la p p r o a c h ，i th a d b e e no n eo f t h em a i n s t r e a m si na r c h a e o m e t r y r e s e a r c hs i n c e1 9 7 0 s t h ed i s s e r t a t i o n sc a r r i e do u tt h ep r e l i m i n a r ys t u d i e so np r i n c i p l e s o f p r o v e n a n c ea n a l y s i s ；o n ew a s e l e m e n t a le v a p o r a t i o no f c l a yd u r i n gf i r i n gp r o c e s s ，t h e o t h e rw a st h es a m p l i n gm e t h o df o rs a n d a d d e dp o t t e r y g e n e r a l l y ，e l e m e n t a lc o n t e n to fc l a yd i dn o td e c e a s ed r a m a t i c a l l yd u r i n gf i r i n gp r o c e s s ， w h i c hw a sap r e r e q u i s i t eo f p r o v e n a n c ea n a l y s i s b u to u rr e s e a r c hi n d i c a t e d ，w i t ht h a t o f9c o m m o ne l e m e n t s ，15r a r ee a r t he l e m e n ta n d13t r a c ee l e m e n t ss t a y e du n c h a n g e d ， t h ec o n t a n to f 5t r a c ee l e m e n t s ，a s 、s b 、t a 、u 、z n ，d i dd e c r e a s ed r a m a t i c a l l yd u r i n gt h e f i r i n gp r o c e s s t h ed e g r e e o fd e c r e a s i n gw a sr e l e v a n tt o f i r i n gt e m p e r a t u r e b u t i r r e l e v a n tt of i r i n gp e r i o d t h u s ，t h o s ei t e m sc o u l dn o ts e r v e da si n d e x e si np r o v e n a n c e a n a l y s i s t h eg e n e r a lp r o c e d u r eo f p o t t e r yp r o v e n a n c ew a sd e s i g n e dr e s t r i c t e d l yt op u r e c l a y e d p o t t e r y e v e na sac o l n m o no b j e c ti na r c h a e o l o g y ，s a n d a d d e dp o t t e r yc o u l dn o tb e a n a l y z e dr e g u l a r l y b e c a u s et h e i rr a wm a t e r i a l sw e r e s a n d - t e m p e r e d o b v i o u s l y ， a m e n d a t o r ys a m p l i n gm e t h o ds h o u l db et a k e nt oe l i m i n a t et h ei n t e r f e r e n c ei n t r o d u c e d b ya d d e dm a t e r i a l s ac o n v e n i e n tm e t h o dw a si n t r o d u c e dt or e m o v et h ea d d e ds a n d f r o mi t s c l a yp a r t si nt h ed i s s e r t a t i o n t oe v a l u a t et h ed e g r e eo fi n f l u e n c ec a u s e db y s a n di nc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n ds t a t i s t i c a la n a l y s i s ，t w og r o u p so f s a n d - p o t t e r yw i t h r e m a r k a b l ed i f f e r e n c ei np r o p o r t i o no fa d d e dm i n e r a lw e r es e l e c t e da n d p r e p a r e di nt w o w a y s ：o n ew i t hs a n d ，t h eo t h e rw i t h o u t t h e i rc h e m i c a lc o m p o n e n tw a sa n a l y z e db y i c p a e sa n di c p - m st os h o wt h er a n g eo f d i v e r s i t y t h er e s u l t si m p l i e dt h a ta d d e d s a n db r o u g h ts l i g h ti n f l u e n c et os a m p l e sw i t ha d d e d m a t e r i a lp r o p o r t i o nl e s st h a n5 b u ts i g n i f i c a n ti n f l u e n c eu p o nt h o s eo v e r2 5 s i m i l a rr e s u l t sh a da l s ob e e na c h i e v e di n s t a t i s t i c a la n a l y s i s a c c o r d i n g l y , s p e c i a ls a m p l i n gm e t h o ds h o u l db et a k e nt or e m o v et h e a d d e dm a t e r i a li np r o v e n a n c ea n a l y s i sf o r h e a v i l ys a n d - a d d e dp o r e r yt oe n s u r et h e r e l i a b i l i t yo f p r o v e n a n c e s t u d i e s + b ed i s s e r t a t i o na p p l i e da b o v ec o n c l u s i o n si nt h ep r o v e n a n c es t u d i e so f s e v e r a lh i g h l y ! ! 堕型堂垫查盔堂竖! ：i 丝! i ：l 一 v a l u a b l e p o t t e r y f i g u r e s ，s u c h a st e r r a c o t t a f i g u r e s f r o mt h em a u s o l e u m o f q i n s h i l l u a n g ( t h ef i r s tq i ne m p e r o r ) a n d t h a to ft h el i u q i ( t h ef o r t hh a r te m p e r o r ) t h e r e s e a r c l li n d i c a t e dt h a t ：( 1 ) t h er e s u l t so fp e t r o g r a p h i ca n a l y s i s ，c h e m i c a lc o m p o s i t i o n a n ds t a t i s t i c a la n a l y s i sa l li n d i c a t e dt h a t as o i ls a m p l e ，n11 ，h a dac l o s ep r o v e n a n c e r e l a t i o n s h i pw i t h t e r r o c o t t a i tp r o v i d e dq u a l i t a t i v ee v i d e n c et ot h ea s s u m p t i o nt h a tt h e c l a vm a t e r i a lo ft e r r a - c o t t aw a st a k e nf r o mm o u n t a i nl i ( 2 ) t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n o fs o i d l e ra n dh o r s ef i g u r e sw e r eq u i t es i m i l a rt ot h a to f t h eo 熊c e ro l l e 5 ，t h e ya l lh a d a r e l a t i v e l y l o w e rs i 0 2c o n t e n ta n dh i g hl e v e l o ff e 2 0 3 、c a o 、m g o ，o u rr e s e a r c h i n d i c a t e dt h e yh a dac l o s er e l a t i o n s h i po fp r o v e n a n c e ，f u r t h e r m o r e ，t h er e s e m b l a n c e o f t h e i rh a r d n e s sa n dw a t e ra b s o r p t i o nc o e f f i c i e n ti m p l i e dt h a t ，t e r r o - c o t t ao f f i c e rf i g u r e c o u l da d o p tt h es a n l ec o n s e r v a t i o nm e a s u r ea st h a to f s o l d i e r sa n dh o r s e s ，( 3 ) a i t h o u g h t h e r eh a dac l o s er e l a t i o n s h i pi ne x c a v a t e dl o c a t i o na n dt i m eo fp r o d u c t i o n ，t e r r a - c o t t a f r o m q i n m a u s o l e u mb o r ea q u i t e d i f f e r e n t p r o v e n a n c e f r o mt h a tf r o my a n g m a u s o l e u m t w ok i n d so f p o t t e r yf i g u r e sc o u l d b e d i s t i n g u i s h e dc l e a r l yb yp r o v e n a n c e a n a l y s i s o t t rr e s e a r c ha l s oi n c l u d e das t u d ya b o u tf i r i n gt e m p e r a t u r eo ft e r r a - c o t t af i g u r e sf r o m t h em a u s o l e u mo ft h ef i r s tq i ne m p e r o r 17s a m p l e ss e l e c t e df r o m11i n d i v i d u a l sw e r e a n a l y z e db ym e a n s o fh e a te x p a n s i o n r a n g e df r o m7 3 0t o9 9 0 c ，t h er e s u l t sw e r en o t o n l ys i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h a th a d b e e nr e p o r t e d ( 9 5 0 - - 1 0 5 0 ( 2 ) b u ta l s oh a daf a r w i d e rr a n g eo fv a l u ev a r i a t i o n g r o u ps a m p l e ss e l e c t e ds y s t e m i c a l l yf r o mas i n g l e f i g u r es h o w e dt h a ts a m p l e sf r o mu p p e rp a r t o fb o d yh a dar e l a t i v e l y h i g h e rf i r i n g t e m p e r a t u r e i ti m p l i e dt e r r a - c o t t af i g u r em i g h t b ef i r e di na s t a n d i n g - u pg e s t u r e + t h u s 。 t h er e l a t i v e l yb a d - q u a l i t yl o w e rp a r t ，s u c ha sl e ga n df o o t ，m u s ts u p p o r tt h ew e i g h to f w h o l eb o d yo v e rt h ey e a r s ，w h i c hp u tf o r w a r dan e wt a s kf o rc o n s e r v a t i o n e v e ni na s i n g l ei n d i v i d u a l ，d i f f e r e n tp a r t ss h o w e ds i g n i f i c a n td i v e r s i t yi nq u a l i t ya n dp h y s i c a l p r o p e r t i e s ，s u c ha s ，w a t e r - a b s o r b i n gc a p a c i t y a n dm o r e sh a r d n e s s 。a sa r e s u l t ， c o n s e r v a t i o no ft e r r a c o t t af i g u r e sm i g h tb ef a rm o r ec o m p l i c a t e da n dd i f f i c u l tt h a ni t w a se x p e c t e db e f o r e w eu s e dt o “l 山t h a t f i r i n gs t y l eo f t e r r a - c o t t ac o u l db ed e d u c e d o nt h eb a s i so ft h ed i v e r s i t yo fs i n i s t e rt e m p e r a t u r ei nd i f f e r e n tp a r t so f f i g u r eb o d y i t o w e v e r , f u r t h e rr e s e a r c hs h o w e dt h a te v e ni nm o d e m k i l nw i t h p e r f e c tc o n t r o ls y s t e m ， t h e t e m p e r a t u r e o fc h a m b e rm i g h td i f f e r g r e a t l y t h e r e f o r e ，t h ei s s u eo fw h e t h e r t e n a c o t t ah a db e e nm a d ei nk i l no ri no p e na i rs t i l in e e d sf u r t h e rs t u d y v 中国科学技术人学膊f 一学位论文 致谢 经过三年的博士生学习，我切实感受到知识充实过程的快乐在即将毕业的前 夕，我j 常感谢导师王昌燧教授。正是在他长期的指导、帮助和督促下，我才得 以顺利完成科研工作和博士学位论文。导师广阔的科学视野、深邃的学术思想、 严谨的治学态度和开朗的领导作风都将使我终身受益。 感谢研究室的毛振伟、张居中、秦颖、冯敏、姚立军和李勤秀等老师对我的 关怀、帮助与指导。三年来，常有机会聆听张秉伦、胡化凯、方晓阳等老师的教 诲，令我获益良多。在生活和学习中，承蔡加成、翟淑婷等老师多方关照，在此 一并致意。 感谢同窗邱平博士、胡耀武博士、朱君孝博士、朱继平博士、李清临博士、 杨益民博士、王晓琪博士等，他们富有创意的见解给了我很多启发。我要特别感 谢杨益民博士、朱剑同学、朱铁权同学、温睿同学、严艳同学等，他们阅读了本 文的初稿，并提出许多有益的建议。 本文得到多位学界前辈的热情指导秦始皇兵马俑博物馆的袁仲一、张伸立 等先生为本文提供丰富的考古学背景材料；中科院上海硅酸盐研究所的李家治先 生、邓泽群、吴瑞等老师协助测试了陶片的烧成温度；中国科大地球与空间科学 学院的陈江峰教授、张巽老师提供了陶样吸水率测试方面的无私帮助；理化科学 中心的周贵恩、贾云波提供了陶片x r d 测试上的指导；彭子成教授对部分章节提 出了中肯的修改意见；陕西省考古所、秦俑博物馆和阳陵博物馆为本文提供了极 为珍贵的样品 我要特别感谢我的家人们，你们多年来的关爱和支持，激励我最终完成学业 谨向以上诸位，以及所有帮助和关心过作者的前辈、同事、同学和朋友，表 示衷心的感谢! 主堕型堂垫查叁兰坚! ：堂竺堡些 第一章古陶产地研究概述 自2 0 世纪5 0 年代以来，文物产地及矿料来源研究逐渐成为科技考古的主流。人们认识到， 对文物产地的溯源：l i 作，可望建立不同地区文物的定培鉴别依据，进而可探索占代社会的贸易、 文化交流、生产力水平和社会结构等重要内容。1 9 9 6 年美国伊里诺依人学举办的第3 0 届科技考 古国际学术讨论会上，与文物产地研究有关的，i ：作- 一人会报告总数的七分之三8 。这一领域在科 技考古学科中的地位，由此可见一斑。 陶器在人类文明史中具有举足轻重的地位。恩格斯曾把它的出现作为新石器时代或野蛮时代 开始的标忠口i 。其使用范丽2 j 。，出士数最之多，携有- 占代辛 会信息之丰富，其它文物很雄与之 相比。因此，在目前国内外产地溯源的一i ：作中，陶器一直是主要的研究对象。本章将简要介纠古 陶产地研究的原理、方法、研究意义和未来发展方向。 1 1 古陶产地研究的基本原理 1 9 7 7 年，美国科学家w e i g a n d 、h a r b o t t l e 和s a y r e 提山“产地假说”( p r o v e n a n c e h y p o t h e s i s ) 。 他们认为，文物携有其产地的有关信息。产地信息和文物的关系类似于“指纹”和“人”的关系。 人们可以找到一些特征指标，在矿料来源不同的文物中，该指标的变化范丽会远远超过矿料来源 相同的文物。w e i g a n d 进一步指山，产地研究的任务就姓寻找潜藏在文物中的“指纹信息”，t t t 此 揭示山文物与其产地之间的对应关系h j 。 陶器的主要原料是粘土矿。根据地球化学理论，粘土携有其产地的特征信息，如化学成分、 同位素比值和矿物组成等。这些特征取块于成土母质和成土地质条件，因而具有地域特异性i ”1 6 1 。 有研究表明，粘士原料的这些产地特征，基本不受制陶1 ：艺、埋藏和风化等因素的影响【7 】。冈此， 从陶器的“指纹信息”可以追溯山制陶粘士的来源，进而推断出陶器的产地。 可见，对陶器的产地分析基予以下基本前提，即；( 1 ) 粘土中携有能指示其来源的“指纹信 息”；( 2 ) 这些指纹信息能基本完好地保留在陶器中。目前国内外古陶产地研究的基本思路均基 于上述前提，其常用技术路线为：调研古陶的考古学背景资料；通过测试分析获得其结构、 成分和同位素比值数据；借助统计分析，并结合其文化背景，对古陶产地及矿料来源的同源性 笑系做山科学判断。研究过程中所涉及的技术方法包括测试分析和统计分析两火类。 1 2 占陶产地研究的基本方法 1 2 1 测试分析方法( t e s t i n gm e t h o d ) 在占陶产地与矿料来源研究领域，目前常j ；f 的测试分析手段有三类，即成分分析、同似素分 厅年l 结构分析。 1 2 1 1 成分分析( c h e m i c a lc o m p o n e n t a n a l y s i s ) 成分分析提供了待测样品中不同元素所- 比例的信息，是目前最常_ j 的测试手段之一。目前 已有多种成分分析技术在这领域得到应川，如中于活化分析( i n s t r u m e n t a ln e t i t m na c t i v a t j o n 里型堂塾查叁竺堡! ：堂丝笙兰 a n a l v s | s ，| n a a ) 、原子吸收光谱( a t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r u m ，a a s ) 、原子发射光谱( a t o m i c e m i s s i o ns p e c t r u m a e s ) 、质谱( m a s ss p e c t r u m ，m s ) 、x 射线荧光分析( x r a y f l u o r e s c e n c e ， x r f ) 以及电子微探针( e l e c t r o n i cm i c r op r o b e ，e m p ) 等| 8 】【9 1 。近年来，离子柬分析技术( i o n b e a m a n a l y s i s ，i b a ) 颇受科技考占学家的青睐。它包括质子激发x 荧光分析( p a r t i c l e i n d u c e d x r a y e m i s s i o n p i x e ) 、质子激发y 射线分析( p a r t i c l ei n d u c e d ye m i s s i o n ，p i g m e ) 、核反应分析 ( n u c l e a rr e a c t i o na n a l y s i s n r a ) 雨庐瑟福背敞射( r u t h e r f o r db a c ks c a t t e r i n g ，r b s ) 等，在古 陶产地研究领域的虑用日渐广泛i l “。 值得注意的是，每一种分析技术皆各有所长和不足，在实际研究中需根据研究对象和目的进 行选择。举例来说，对陶器的产地研究，多数研究者倾向予选择i n a a 1 2 1i c p a e s l l j j 和i c p - m s ”， 在国外尤其如此。对于珍贵文物和完整器。能做到无损分析的p i x e 和x r f 是首选。但是，x r f 的有效探测范围仅限_ 丁样品表面厚度为2 0 2 0 0um 的薄层，而且元索原子序数越人，探测深度越 浅1 1 ”。如果样晶表面不平坦，或被其它元素干扰，还会降低测试的准确度。古陶表面多孔，j | x r f 进行成分测试时，不能忽视埋藏环境带来的干扰【l ”。此外，研究者还需了解不同测试手段在 元素探测能力和具体要求上的差别。例如，x r f 对原子序数小丁9 的元素探测能力弱，i n a a 技 术要求分析元素的某一种同位素应具有足够人的活化截面，而且幅照产生的放射性同位素? n 衰期 不能过短j 。其它因素，如测试周期、成本等也都在考虑之列。 成分分析得王u 的元素含量。包括主量元素( 含蟹 1 ) 、次羹元素( 含量在o 1 l 之间) 和微 鬃元素( 含量 0 1 ) 。它们都可j 于指示古陶的产地，但重要性却不同。一般认为。微蟹元素 种类多达儿十种，其含量在不同产地的粘- 十矿中差别显井，而且基本不受制陶：j ：艺、j ；i | 藏和风化 效廊的影响 1 8 l 。冈而，它所反映的产地信息更可靠。至于稀十元素( r a r ee a r t he l e m e n t ，r e e ) ， 它们的成因相同，化学性质相似，含量常同步变化，) 地球化学理论中的稀土元素分配模式( r e e d i s t r i b u t i o np a t t e r n ，r d p ) 能准确地区分其来源，从而提供陶器产地的可靠信息1 1 9 l 。 成分分析运【f i 于古陶产地研究，已取得多项引入瞩目的成果f 2 d j 。早在1 9 5 6 年3 月。美国并 名核物理学家、“原子弹之父”奥本海默教授曾邀请美国化学家e v s a y r e 、r w d o d s o n 教授及 有关考占学家一起商讨利用中子活化技术探索文物产地的可能性仅隔一年，两位化学家就发表 了地中海地区古陶器产地研究的成果【2 ”。在此之后，有关- 占陶产地与矿料来源的 ：作如雨后春 笋般地涌现出来。例如，1 9 8 3 年。h a r t 和a d a m s 利1 _ ii c p - a e s 研究了一批出土于英国a l i c eh o i t 遗址和o v e r w e y 遗址的陶片。这两个遗址之间的距离仅5 k m ，山士的陶片外观非常相似，难以 区分。不过，用i c p - a e s 分析出它们的化学成分差圳非常大( 表1 1 ) 。h a r t 等人根据a “c eh o i t 地l ! 墨粘士的成分分析结果，判断该地出十的陶器是本地所产1 2 2 l 。 袭i - 1 ：a l i c eh o l t 和o v e r w e y 山土陶片的化学成分( a ：l 0 2 ：m n 冲b ：l 矿) 01 0 8 5 2 , 8 20 5 7 0 4 71 1 2 , 0 80 5 0 0 65 35 2 9 1 5 51 0 s i t ec r c ul al i n is cs r vy z n p b a h1 1 5 1 65 3 5 - 78 94 6 5 1 2 89 2 5 1 4 31 6 4 6 02 37 三2 l 上l l 土： ! !型邕 ! ! ! ： 。( a l l ：a l i c eh o l t 遗址 | 十的陶片；o ：o v e r w e y 遗址十的陶 ) 2 幽盟堂垫查丛兰竺上兰些堡兰一 1 2 i 2 同位素分析( i s o t o p e a n a l y s i s ) 同位素分析能够提供样品中某种元素的同位索组成信息2 ”。利h 这一信息来探索陶瓷器的矿 料米源，是国际科技考古界的一个新动向。就古陶的产地研究而亩，p b 、s r 同位素比值常被用丁 示踪，测试手段以同位素质谱( i s o t o p i c m a s ss p e c t r o m e t r y ，1 m s ) 居多”。 地球化学领域的基础性l i 作，为同位素分析在古陶产地研究中的应用提供了理论基础。张理 刚先生根据铅同位素比值的测试结果，把中国东中部岩“躅划分为三个火板块，即华南人扳块、 华北人板块和东北人扳块。再根据各板块内不同地i 夏铅同位素比值的细微差异，进一步细分为1 5 个钳同位素构造省2 ”。这一成果为中国古陶的产地分析奠定了p b 同位素组成的区域地质背景。 中国科技大学陈江峰先生领导的研究小组利用镪同位索示踪方法研究了江苏新沂花厅遗址的古 陶器产地，得山了有科学意义的、并且与中子活化分析指向一致的结果州。 不过，需要注意的是，粘土和陶器中的同位素组成虽然比较稳定，但仅用某一种元素的同位 素进行断源分析。有可能会受污染、区域地质背景等因素的限制。以p b 为例，它是古代常用矿 物颜料铅自、铅丹等的主要曼色元素。因此，对彩陶进行铅同位索比值分析，须排除颜料带来的 干扰。近年来，国际上出现过利用多种同位素体系联合示踪的尝试。例如，1 9 9 8 年美国化学家 l a b i _ e c q u e 对欧洲釉陶m a j 0 1 c a 的产地分析中用l b 、r b 和s r 等元素的同位素共同指示陶器的 矿料来源f 2 7 j 。m a j o l i c a 是一种釉陶，1 3 1 5 世纪时原产丁欧洲。从1 5 世纪开始，随着殖比化过 程进入美洲。研究者希望通过对m a j o l i c a 的产地分析，了解当时欧洲与美洲之间的贸易、文化交 流的状况。他们渊定了i i l i 班牙、荷兰、意人利羽l 美洲等多处遗址出士的陶片，发现山士f 美洲遗 址的陶片，其p b 、r b 、s r 的同位素比值b 州班牙，荷兰等她的陶片十分相似。由此推断，这些 陶器应该是由贸易途径进入荧洲的。 1 2 1 3 结构分析( s t r u c t u r a l a n a l y s i s ) 结构分析提供了古陶样品的矿物组成、结晶相粒度等微观结构信息，也为古陶产地研究提供 了重要线索f 2 8 j 1 2 9 j 【3 0 1 与成分分析相比，结构分析方法筒便，对样品数量无严格要求，其结果直观， 易于分析和解释，可收到事半功倍的效果p ”。 陶器的原料粘土是某些岩石的风化产物，由薰脱石、伊利石、云母、石英，跃石、高岭、 多水高岭、方解石以及铁质和有机物等组成阱j 陶瓷的烧制过程涉及极其复杂的物理、化学变化， 包括脱水、分解、熔融、化合、氧化、还原、二次氧化、析晶、晶形转变、渡相分离、烧结等p ”。 但是，当烧成温度不超过1 0 0 0 时，粘土原料中火部分的高熔点矿物仍将被保留。以长石为例， 它是地壳中分布最广的一种矿物，也是粘土矿中常j i i 的矿物成分。酶石种类繁多，地质条件不同， 所形成的欧石种类和成分也不同。长i i 的相变温皮范嗣是1 1 8 5 4 4 9 0 因此，在烧陶过程中一 般不会发生明显的变化1 9 6 2 年，w a d r 等人的研究结果表明，正欧幽的对称型不受温度影 响碱性长石的对称型转变虽然受温度影响。但当温度小于1 0 0 0 。钠长石仍为三斜品系f 3 4 j 所以，陶片中相变温度商予烧陶温度的矿物，也可以被弭；i 作追溯陶器粘士矿来源的“指纹”p ”。 目前古陶产地研究中的常用结构分析方法有x _ 射线衍射( x - r 8 yd i f f r a c t i o n ，x r d ) 、岩相分 析( p e t r o g r a p h i c a n a l y s i s , p a ) 和扫描电子显微镜( s c a n n i n g e l e c t r o n i c m i c m s c e p c , s e m ) 等。 x 射线衍射是获取制陶粘土矿物组成信息的有效途径。其原理是：x 射线是一种波k 短、 能刍高的电磁波，它通过晶体时会发生衍射效应。利j 【 这一特性，可以确定晶态物质的物相。 塑型兰垫苎叁兰堡! 堂! ! 笙兰 岩相分析则是将样品磨成薄片后，放在显微镜卜进行观察或照相。以识别样晶的矿物组成1 3 7 j 。 这种方法揲作简单，费j 】低廉，结果一目了然。特别是它能鉴别陶十原料中的矿物和人1 ：搀干物， 这是成分分析技术无能为力的。美中不足的是，岩相分析只能给山定性或、f 定避化的结果，如果 能通过图像处理技术使之达到定醋分析的层次，将会使该技术在古陶产地研究的应用前景更为r 阔1 3 8 1 。 扫描电镜是种分辨率极高的精密仪器。在古陶产地研究方面，它主要h j 于对占陶的微观 结构分析3 ”，提供占陶剖面的微观结构、品粒人小、矿物皇占构及气孔形态等方砸的信息。 尘占车勾分析技术应 j 于 陶产地分析的f ：作，较早的一项l ：佧是j 9 6 9 年英国科技考古学家t i r e 等人对欧洲彩釉陶器的研究。他f f j u 川扫描l h 镜观察陶器剖面的微观结构，发现绝人多数彩釉陶 器是在上釉后烧制的，丽有一些魁用粉化技术制造的。粉化技术是将釉和坯体材料混合在一起， 自然晾干后烧制而成。这样陶胎内的釉组分迁移到表程，形成表面釉质j 。 近年来，a l e s s a n d r ac a i r o 和他的同事们曾对一种名为“c o t t ov a r i e g a t o ”的瓦片进行了结构 分析。这神瓦片是意人利北部州l o m b a r d y 的特产，1 7 - 1 9 世纪时曾被广泛使j 封，但制瓦技术现 已火传。c a i r o 利用扫描电镜观察瓦片的部面结构，发现这种瓦使用了两种不同轴士原料：一种 红士，另一种自土。用x r d 和电子徽探针技术分翘考察每一种土的成分，发现红土含钙低，自 士禽钙高，分别取自于当地的河滨和山脚”“。 另一个案例虽然与古陶产地研究关系不人，却缀能说明结构分析技术在提供古陶微观结构以 及推断制陶二】二艺方颟的应用。2 0 0 0 年，中国科火的学者在对大汶口、龙山文化黑陶进行的研究 中，利圳扫描电镜发现黑陶中靠近内表面的部位存在许多纤维状物质。这些纤维璺枝状或网状缠 结在一起，直径为0 3 o 8 微米1 1 2 l 。x r d 、岩相分析、热重分折、拉曼光谱等测定结果表明纤维 的主要成分是c 。由此推测。这些碳纤维很可能是制陶原料中加入了泥碳，在还原气氛中烧制时 形成的。这种方法与1 9 5 3 年美国人p i c k a r d a 发明的用泥碳为原料制造碳纤维的方法( 专利号 为2 8 2 2 3 2 1 ) 几乎同出一辙尽管不成该认为中国古代先比在距今5 0 0 0 - 6 0 0 0 年时就具备了制 备碳纤维的知识，但他们采用如此特殊的材料和烧结：c 艺，以增加黑陶的强度、降低其比重。应 该是一种有意识的行为。 1 2 2 数据处理方法( d a t aa r i a 帆i s ) 在获得陶片产地的“指纹信息”之后，需要借助统计方法对数据进行处理，再结合考占学 文化背景，得山具有考占学意义的结论。通常。这过群中需涉及多种统计 ：具的运埘。 1 2 2 1 多元统计方法( m u l t i v a r i a t es a f i s u c sa n a l y s i s ) 多元统计分析是运用数理统计方法来研究解决多指标闷趣的理论和方法，是数理统计学最重 要的一个分支。2 0 世纪9 0 年代以来，随着电子计算枫的将及，它被广泛地应用于生物、医学、地 质、农业、工程技术等领域，成为解决实际问题的有效方法1 4 3 i 目前，在古陶产地研究领域积累 的备种数据库规模日益庞大。若无多元统计方法相助，想从成千上万的分析数据中得出有科等意 义的统计结果儿乎是不可能的。 在利用多元统计方法进行分析前，需要对原始指标进行筛选。指标数过多，不但计算量过人， 而且某些对统计分析无益的指标反而会降低统计结果的可靠性。以成分分析的数据为例，拨选为 统计分析特征指标的元素必须能真实、可靠地反映其粘土照料中相应元素的含餐信息，必须能同 4 妻堕型堂丝查查兰壁! i 堂堡垫苎一一 时满足下列要求： ( 1 )数据基本完整。缺火该项数据的样品不能超过总数的2 0 ； ( 2 )与其它元素的相关程度低。例如，稀十元素族元素化学性质很相似，其含鲑常晕同步变 化的趋势，因此，只需选取轻、中、重元索箨2 种，便足以反映全部稀土元素的信息。， 本文一般选_ l | jl a 、c e 、e u 、g d 、y b 、l u ，以满足统计分析对变量独立性的要求； 在陶胎中分布均匀。有研究表明，k 、n a 、r b