中国东南地区距今5000年的瓷石质高温硬陶技术——来自福建南山、岩仔洞遗址的证据

学术   2024-11-21 18:19   北京  
摘要:本研究关注中国印纹硬陶技术在新石器晚期的起源问题。基于全覆盖式采样,通过包括吸水率与维氏硬度测试、陶器岩相学、能量色散 X 射线荧光光谱分析(ED-XRF)、热膨胀、X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)在内的综合性方法,本研究对福建明溪南山遗址(5300—4300 cal. BP)、将乐岩仔洞遗址(5000—4300 cal. BP)出土陶器样品共计160个进行了制作工艺的全面分析 和复原。结果表明,南山遗址的灰黑陶与两遗址的厚胎灰白陶具有接近成熟印纹硬陶的低吸水率与高硬度,这一胎体的优良物理性能,是使用瓷石质原料并在 1100~1250℃的高温下烧成的结果。两遗址早期硬陶的年代可溯至距今5000年,代表了中国已知最早的瓷石高温烧造技术,标示出东南地区新石器晚期制陶术的革命性进步,为后世成熟印纹硬陶的创烧奠定了技术基础。两遗址的其他陶类或为烧结不佳的次品,或拥有不同的制陶原料来源,导致了陶质、陶色、硬度等方面较强的多样性,可能代表了印纹硬陶发展起步阶段的生产状况。

一、前言

印纹硬陶是中国陶瓷技术史上的五大里程碑与三大技术突破之一①,其起源于新石器时代晚期,至早期青铜时代发展出成熟的制造业②,产品远播于夏、商、周王朝的中心③。从文化史的角度而言,其器型与几何形印纹的风格有别于同期长江、黄河流域的陶器,代表了中国东南地区早期历史中的原生性与土著性④;从技术史的角度而言,印纹硬陶奠定了瓷器创烧所必需的原料与烧制工艺基础,是由陶向瓷发展的一个“过渡阶段”⑤,具有重要的研究价值。

迄今为止,已有大量研究关注于印纹硬陶的制作工艺及其与原始瓷、成熟瓷器的关系。相比之下,对于印纹硬陶本身在新石器晚末期起源问题的研究,仍处在材料积累的起步阶段。过去二十年间,广富林文化(4200—3900 cal. BP)、虎头埔文化(4400—3600 cal. BP)的有关发现,将这一起源时间向前追溯到距今4300年前后的新石器时代末期,而更早阶段的情况如何则并不清楚。福建明溪南山、将乐岩仔洞遗址的发掘为该问题的探索提供了新的契机。

二、遗址概况

南山与岩仔洞遗址均位于福建省西北部,属闽江上游流域(图一:a)。该地区较早即被认为是印纹硬陶起源的核心区之一⑥,然而在南山与岩仔洞的发现之前,该地区及周边新石器时代晚期(约距今5000—4300年)的考古遗存以牛鼻山文化、昙石山文化为代表,陶器以火候较低的软陶为主。南山、岩仔洞与前两支文化时代基本相当,文化面貌显著有别,两遗址出土遗物的主体即是带有绳纹或几何形印纹的早期硬陶,当属另一支文化传统,研究者称之为“南山类型”⑦。

南山遗址(26.36°N,117.22°E)位于三明市明溪县一山间盆地中的石灰岩山丘上,山丘相对高差约70米,新石器时代遗存分布于山顶、坡体,以及近山脚的4座岩溶洞穴中,总面积约18万平方米。2012—2017年,中国社会科学院考古研究所东南工作队等单位对遗址展开了多次发掘,发掘面积450平方米⑧,其中遗址4号洞的发现最为丰富⑨(图一:b),洞内新石器时代文化堆积厚达3米,包含有灰坑、活动面、灶、墓葬等丰富的遗迹,显示出洞内长期多阶段的史前人类活动。对各层出土木炭的系统测年表明,南山遗址4号洞新石器遗存的绝对年代约在5300—4300 cal. BP⑩。

岩仔洞遗址(26.70°N,117.51°E)位于三明市将乐县,距南山遗址直线距离约60千米。与南山遗址类似,岩仔洞遗址亦坐落于山间盆地中的一座石灰岩山丘上,新石器时代遗存主要分布在山顶。2014—2015年,福建博物院等对遗址进行了发掘,发掘面积300平方米,揭露出灰坑、房址、墓葬等丰富的文化遗迹⑪(图一:c)。岩仔洞遗址出土遗物文化面貌与南山遗址近乎一致,为同一文化类型的两个典型遗址。根据出土木炭测年,岩仔洞遗址新石器时代遗存的绝对年代约在5000—4300 cal. BP⑫;此外,遗址还出土两件玉锥形器,形制与良渚文化中晚期接近,与测年结果判断一致。

图一 南山与岩仔洞遗址基本信息

a.两遗址位置与周邻文化区  b. 南山遗址4号洞外景  c.岩仔洞遗址远景
两遗址出土陶器以釜、罐为主,器型多敞口,折沿或平折沿、沿面时见下凹,鼓腹或垂腹,圜底;器表常见通体连续拍印绳纹或几何形印纹,几何形纹饰以曲折纹、重圈纹最为常见,部分器物还于腹中部施加堆纹(图二)。部分釜、罐陶质坚硬,预估烧成火候高,结合其器型与纹饰风格,或与后世印纹硬陶存在联系,其制作工艺值得深入探究。除釜与罐外,两遗址还见有少量豆、鼎足等,大多为质地疏松的软陶,与本文的研究问题关联较弱,故此本文仅聚焦于釜、罐类器物的制作工艺。

图二 南山与岩仔洞遗址出土釜、罐的典型器型

1~4.釜(南山遗址) 5. 罐(南山遗址) 6. 罐(岩仔洞遗址)

三、样品与方法

1.样品描述

本研究共采集两遗址出土的釜、罐残片样品160个,并基于陶色、硬度、厚度三项指标划分出3个陶类,部分陶类可再进一步细分,共计6个小类。分类标准与各陶类代表样品见图三,各陶类的厚度、陶质、陶色统计见图四。

Ⅰ类样品共8个,陶色深灰至灰黑,平均厚度约5.2毫米,多夹细砂至中粗砂,不见泥质陶,硬度普遍较高。该陶类仅见于南山遗址。

Ⅱ类样品共86个,均为浅灰色、灰白色,可进一步分出Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c三类。Ⅱ-a与Ⅱ-b类陶质均较硬,差别在于前者胎体较厚(平均6毫米)而后者较薄(平均4.5毫米)。Ⅱ-c类陶质相对较软,陶色更深,胎体厚度更厚(平均6.6毫米)。

Ⅲ类样品共66个,为白陶,部分带有极浅的灰色,可进一步分出Ⅲ-a、Ⅲ-b两类,前者陶质较硬、后者较软且夹中粗砂者比例更高。

上述6个陶类在陶质、陶色、厚度方面差异显著,但均属釜、罐类器物的残片,器型与纹饰一致性强,这一现象表明同类器物间可能存在不同的生产工艺。

图三 样品分类情况

a.样品的分类标准  b. 各陶类代表样品

图四 各陶类的胎体厚度、陶质、陶色情况统计
注:为减少陶色判断的主观性,通过蒙赛尔土壤比色卡记录每个样品的色相、明度、饱和度(HVC)等级,各陶类以出现频率最高的三个颜色为陶色示例。

2.研究方法

本文从物理性能、制陶原料与烧成温度三个方面,采用多种分析手段,对各陶类样品的物理性能和制作工艺进行了分析。
物理性能分析包括吸水率与绝对硬度两项测试。对于吸水率,采用赖斯(P. M. Rice)⑬提供的方法与计算公式进行测试,以陶器表面孔隙填充水的质量比,间接反映其胎体的致密程度。对于绝对硬度,采用维氏压痕测试法⑭,切取合适大小样品进行镶样并抛光为镜面,以金刚石钻头施加2.94N的静载压力并保持10秒,测量压痕面积并计算维氏硬度(Vickers hardness),实验设备为上海材料试验机厂MHV2000型数控显微维氏硬度机。

制陶原料分析包括陶器岩相与化学元素成分两项研究。对于陶器岩相观察,切取合适样品,沿垂直胎体方向磨制0.03毫米的断面薄片,在偏振光显微镜下观察薄片样品,并遵循奎因提出的方法⑮,依据黏土基质、包含物、孔隙三项指标划分岩相组。岩相观察的实验设备为Nikon Model Eclipse Ci-pol型偏振光显微镜。对于化学元素成分,为降低陶器胎体不均匀性对实验结果的影响,首先将各样品研碎、在光学显微镜下除去大颗包含物,之后利用震荡磨磨至200目均匀细粉并压片。压片后的样品利用能量色散X射线荧光光谱法(ED-XRF)测得硅(Si)、铝(Al)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、钛(Ti)八种主次量化学元素的占比,结果以氧化物质量比(wt%)表示。XRF设备型号为Bruker S2 PUMA,管电压40-50kV,电流2mA,光斑直径28mm。
烧成温度分析主要通过热膨胀法,辅之以X射线衍射(XRD)与扫描电镜观察。对于热膨胀测试,首先将各样品制成长1厘米,宽、高各约2毫米的试样,在热膨胀仪中以10℃/分钟的升温速度加热至1100~1350℃,记录样品长度随温度上升而改变的曲线。热膨胀测试的实验设备为TA沃特斯公司DIL 806型光学测量热膨胀仪。XRD测试利用ED-XRF检测后的剩余样品粉末进行,用以确认样品中是否存在莫来石等高温矿物,实验设备为Innov-X公司Terra X型X射线荧光光谱仪,工作电压30kV,功率10W,2θ值为5~55°。扫描电镜观察利用维氏硬度测试后的镶样进行,实验设备为Tescan Vega III XMU型扫描电子显微镜,加速电压15kV。

上述ED-XRF与扫描电镜测试于北京科技大学科技史与文化遗产研究院进行,其余测试于北京大学考古文博学院进行。两遗址各陶类各项分析的样本量见表一。

表一 两遗址各陶类各项分析的样本量情况

四、分析结果

1.物理性能

南山与岩仔洞遗址陶器样品的吸水率分布在0.5%~28.5%的较大区间内,各陶类间存在显著的吸水率差异(图五)。Ⅰ类灰黑陶与Ⅱ-a类厚胎灰白陶样品的吸水率最低,大多不超过5%,整体低于其他陶类,其中Ⅰ类平均3.97%,Ⅱ-a类平均4.21%。这一低吸水率水平表明两陶类的胎体致密,表面孔隙少。为作比较,本文收集了青铜时代的郎溪磨盘山⑯、镇江孙家村⑰与无锡鸿山⑱遗址出土成熟印纹硬陶的吸水率,平均约5%上下,而Ⅰ类与Ⅱ-a类样品的吸水率水平与此相当(图五)。

图五 两遗址各陶类吸水率水平及与成熟印纹硬陶的比较

Ⅱ-b类薄胎灰白陶样品的吸水率亦相对较低,平均9. 52%,其中有2个样品低于2%。Ⅱ- c类灰陶、Ⅲ-a类白硬陶吸水率较高,分别为平均13.82%、11.9%。Ⅲ-b类白软陶吸水率为各陶类中最高,平均16.65%。

两遗址样品的维氏硬度测试结果见表二。除六个陶类的样品外,还加入了南山4号洞①②层出土的青铜时代印纹硬陶样品作为对比(编号为“对比-1、-2”)。各样品在不同部位测试7次,计算维氏硬度的平均值与标准差。结果表明,Ⅰ、Ⅱ-a、Ⅱ-b类样品具有显著较高的维氏硬度,约5GPa上下,与两个印纹硬陶对比样品的水平相当;其余陶类维氏硬度较低,约1GPa。

吸水率与硬度测试表明,两遗址各陶类的物理性能差异较大,其中Ⅰ类灰黑陶、Ⅱ-a类厚胎灰白陶的吸水率低、硬度高,拥有超出同时期史前陶器的优良性能,其胎体致密度与抗破坏性已可媲美青铜时代的印纹硬陶。

表二 维氏硬度测试结果

2.制陶原料

58个样品的化学元素成分情况见图六与图七⑲。

图六显示,两遗址样品的铝元素含量普遍较高,而岩仔洞样品的铝含量(26±7.5 wt%)又整体高于南山样品(22±7 wt%)。总体而言,两遗址的多数陶器都为高铝质原料制成,硅、铝元素成分介于典型瓷石与纯高岭土之间⑳。各陶类的硅、铝元素含量存在差异:Ⅰ、Ⅲ-a与Ⅲ-b类的铝元素含量相对较高,南山样品均在22 wt%以上,岩仔洞样品均在27 wt%以上;相比之下,三类灰白陶(即Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c类)的铝元素含量相对更低,南山样品普遍低于23 wt%,岩仔洞样品则低于28 wt%。

图六 南山(a)与岩仔洞(b)遗址各陶类的硅、铝元素成分

从图七的助熔元素含量来看,Ⅰ类灰黑陶的助熔剂含量最高,平均11.1 wt%;两类白陶(即Ⅲ-a、Ⅲ-b类)的助熔剂含量最低,平均7.8 wt%;三类灰白陶具有较为一致的助熔剂含量,平均约8.8wt%。在六种助熔元素中,铁元素的变化最大,造成了陶类间的陶色差异:灰黑陶铁含量最高,平均4.6 wt%,陶色最深;三类灰白陶次之,平均2.9 wt%,陶色深浅程度居中;两类白陶铁含量最低,平均2.4 wt%,陶色最浅,近于白色(陶色对比见图四)。此外,钾元素含量亦有差异,各类硬陶(Ⅰ、Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅲ-a类)的含量高于软陶(Ⅱ-c与Ⅲ-b类),但这一差异并不具有统计学显著性。其余助熔元素即钠、钙、镁、钛含量均较低,一般不超过1.5 wt%,各陶类间无明显差异。

图七 南山与岩仔洞遗址各陶类的助熔元素成分

陶器岩相分析能够发掘另一层面的制陶原料信息,与化学成分相互补充。两遗址陶器的薄片岩相样品可根据黏土基质、非塑性包含物、孔隙三项指标划分为A、B、C三个岩相组(图八),岩相组与陶类间存在对应关系。

A岩相组主要对应Ⅰ、Ⅱ-a、Ⅱ- c类样品,其黏土基质不均匀性强、质地粗糙,夹杂大量粉砂级矿物碎屑与深色不透明含铁条带(图八:a)。包含物含量高,约占胎体的10%~40%,主要为分选较差的石英、石英砂岩屑,矿物粒级覆盖细砂级(0.125~0.25毫米)至极粗砂级(1~2毫米)不等;磨圆度普遍较高,排列无方向性(图八:b)。孔隙较多,约占胎体的3%~10%,形态、尺寸不定(图八:c)。A岩相组的胎体特点表明,其原料的人为改造程度较低,多数自然包含物得以保留。

B岩相组主要对应Ⅱ-b类样品,其黏土基质与A岩相组类似,不均匀性强且质地较粗糙,孔隙亦较常见。与A岩相组的差异主要在于其包含物含量低,粒级普遍低于细砂级,不见粗砂级以上者(图八:d~f)。该岩相组可能代表着与A岩相组一致的黏土来源,但经过了筛土、洗土等制料工序,去除了大块的自然包含物。

C岩相组主要对应Ⅲ-a、Ⅲ-b类样品,胎体各项特点均与A、B岩相组形成鲜明对比。黏土基质较为均匀,夹杂的矿物碎屑少。包含物含量较低,约占胎体的3%~10%,主要为中砂级(0.25~0.5毫米)以上的石英或长石,分选较好(图八:g、h)。孔隙少,且大多为直径低于0.1毫米的卵圆形气泡状。该岩相组代表了另一类质地细腻、分选良好,同时存在一定量大块包含物的黏土来源。

化学成分与岩相分析结果表明,两遗址的陶器生产原料均为瓷石—高岭土质黏土,且利用了两种不同的原料类型:一种为原生性(对应A、B岩相组)、一种为次生性(对应C岩相组)。原生性原料为母岩风化产物,未经自然营力分选,可能为山区附近的瓷石矿露头,其又存在两种不同来源:一种铁、钛杂质含量高,用于制作Ⅰ类灰黑陶;另一种铁含量低而硅含量高,用于制作Ⅱ类的几种灰白陶;其中Ⅱ-b类陶器属B岩相组,是该类原料经过精细化处理,以适应薄胎陶器生产的结果。次生性原料则可能为流水作用形成的二次沉积高岭土,铁含量低而铝含量高,用于制作Ⅲ类的白陶。

图八 三个岩相组代表样品的岩相照片

3.烧成温度

21个样品的热膨胀曲线见图九,以重烧时曲线拐点处的温度为其原始烧成温度的估计值,如曲线拐点处较为平缓,则给出一个估测区间。各样品的烧成温度见图九的右侧表格,各陶类的平均烧成温度见图一〇。

热膨胀测试结果表明,两遗址陶器的烧成温度普遍较高,普遍在900~1000℃以上。各陶类烧成温度存在较大差异,Ⅰ类、Ⅱ-a类样品烧成温度最高,平均分别为1154℃、1233℃(图九:a、b),多数Ⅱ-a类样品的烧成温度达到1200℃以上,其中MN-4、MN-5与JY-28的烧成温度可达1250℃上下。其余各陶类的烧成温度相对较低,多在900~1150℃之间(图九:c、d)。

图九 两遗址各陶类样品热膨胀曲线
a.Ⅰ类样品 b. Ⅱ-a 类样品 c. Ⅱ-b、Ⅱ-c 类样品 d. Ⅲ -a、Ⅲ -b 类样品

图一〇 各陶类的平均烧成温度

XRD分析进一步为各陶类的烧成温度判断提供了佐证㉑。其结果显示,Ⅱ-a类的两个样品和Ⅱ-c类的一个样品中有明确的莫来石存在,表明胎体中的高岭石矿物发生了热分解,产生了一定的高温相。据格里奥佐的研究㉒,高岭石在1050~1150℃以上的高温条件下,才会转化为莫来石与石英,即表明前述样品的烧成温度不低于这一范围。而Ⅱ-c组的另一样品和Ⅲ-a组的一个样品中并未检测到莫来石信号,烧成温度较低(图一一:a)。

扫描电镜观察结果同样支持热膨胀与XRD分析的判断。Ⅱ- a类样品MN-4的背散射电子(BSE)显微照片(图一一:b)显示,其胎体的大部分石英颗粒的边缘已模糊不清,呈半熔融态,与周围黏土基质紧密结合;而MN-4的高倍二次电子显微照片(图一一:c)显示,其胎体已完全形成了致密、连续的玻璃相结构。这些特征均表明,Ⅱ-a类厚胎灰白陶样品MN-4经过了充分的高温烧制,烧结程度高。

作为对比,Ⅱ-c类样品MN-17的背散射电子(BSE)显微照片(图一一:d)显示,胎体中石英、长石颗粒与周围基质联结不紧密,边缘清晰且存在孔隙;在二次电子模式下(图一一:e)亦观察到层状、絮状为主的结构。这些现象表明,Ⅱ-c类灰陶样品MN-17的烧结程度较低,保留了大部分黏土矿物的原生结构。
图一一  样品XRD谱图与扫描电镜显微照片

a. 5个样品的 XRD 谱图  b. 样品 MN-4 背散射模式显微照片,1000 倍  c. 样品 MN-4 二次电子模式显微照片,5000 倍  d.样品 MN-17 背散射模式显微照片,1000 倍  e. 样品 MN-17 二次电子模式显微照片,5000 倍


五、讨论

1.南山、岩仔洞遗址陶器生产的多样性

南山与岩仔洞遗址的釜、罐类器物存在着外观与制作工艺的多样性,由此可细分出六个陶类。外观上,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个大类陶器的陶色差异明显,后两类又可进一步依据硬度与厚度的不同细分出“子类”(即Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c和Ⅲ-a、Ⅲ-b)(见图三)。制作工艺上,各陶类在黏土来源、胚体制备、烧制过程以及成品的物理性质等方面均有差异。然而,这种多样性并不代表这些陶器的生产专业化水平低。

首先,化学成分与岩相分析表明,两遗址存在着原生瓷石矿与次生高岭土沉积物两类制陶原料,前者用于制作Ⅰ类灰黑陶和Ⅱ类灰白陶,后者用于制作Ⅲ类白陶,不同陶类原料选择较为固定;Ⅰ类、Ⅱ类与Ⅲ类陶器的含铁量次第降低,造成了陶类间鲜明的陶色差异。Ⅲ类白陶的原料具有高铝的特点,铝含量普遍在22wt%以上,同时助熔元素含量较低,多在9wt%以下,据此可以推断其黏土原料的耐火度为各组最高。然而与此不匹配的是,Ⅲ类陶器多在相对较低的温度下烧成(平均1061℃),导致产品烧结程度低,吸水率高。因此,不同的黏土原料类型及其背后的技术选择,造成了最终产品在外观、性能方面的差异,此为两遗址陶器多样性的成因之一。

其次,两遗址的多数陶器产品为高温烧制,烧成温度一般超过900~1000℃,这一高温环境对坯体的抗热震性有很大挑战,易因各种原因而导致残次品㉓。以本文的Ⅱ类灰白陶为例,其中的Ⅱ-a类样品吸水率低、硬度高,胎体致密,应代表一类较理想产品;而Ⅱ-c类样品吸水率高、硬度低,但在外观与技术的各方面都与Ⅱ-a类无异,仅烧成温度较低且不稳定,故此可将其视为生产Ⅱ-a类过程中因不完全烧结而产出的次品。类似的成品-次品的对比也存在于Ⅲ-a和Ⅲ-b类间。然而尽管物理性能欠佳,这些次品仍与高质量的成品一同在两个遗址中被消费,成为出土陶器多样性的另一成因。

总之,南山与岩仔洞釜、罐类陶器的多样性,是不同的黏土来源、差异化的烧制工艺以及同时利用陶器成品与次品的结果。

2.两遗址的早期硬陶及其生产工艺

目前的技术史研究表明,至早期青铜时代,中国东南地区普遍流行印纹硬陶与原始瓷,并成为成熟瓷器的前身㉔,其中印纹硬陶的起源可追溯到新石器时代晚期㉕。为与成熟的印纹硬陶作区分,本文将新石器时代晚、末期萌芽阶段的印纹硬陶称为“早期硬陶”,其年代多不早于距今4400年。而在福建地区,以往早期硬陶的大规模发现是在马岭文化中,其年代相对较晚,约距今4100—3500年,已接近青铜时代㉖。

南山与岩仔洞的灰黑陶、厚胎灰白陶具有超出同时期史前陶器的优良物理性能,其4%上下的吸水率与约5GPa的高硬度均与青铜时代的成熟印纹硬陶接近,称之为早期硬陶应无争议。两类陶器最早的样品出自南山遗址4号洞的㉑、㉒层,据碳十四测年结果,两层的绝对年代在5000—4900 cal. BP。因此,其代表了迄今所知最早的早期硬陶,将印纹硬陶在东南地区的起源时间提前了约600年。

两遗址早期硬陶的制陶原料均为高铝质黏土,铝含量在14wt%至28wt%之间,根据硅、铝、钾元素比例及岩相特征,本文推断该类黏土原料可能采自山间露头的瓷石矿床。原料较高的铝含量促进了高温下莫来石晶体的生长与交织,使得产品胎体坚硬致密。此外,尽管南山与岩仔洞遗址均坐落于石灰岩丘陵之上,但所有陶器样品的钙、镁含量均较低(低于1.7wt%),岩相观察中亦未发现典型的碳酸盐矿物。结合两遗址都无制陶设施或工具的发现,表明这些早期硬陶并非是在两遗址上生产的,其产源尚未发现。

热膨胀分析显示,两遗址的早期硬陶普遍在1100~1250℃的高温下烧成。此外,XRD识别出的莫来石高温矿物与扫描电镜观察到的高烧结度的玻璃相显微结构表明,这些早期硬陶的烧制不仅能够达到1200余摄氏度的高温,而且在这一高温区间内进行了一定时长的保温,使得高温相得以充分形成。大量民族志研究表明,这一稳定的高温烧制环境只能通过结构良好的窑炉产生㉗,然而目前为止,在南山与岩仔洞遗址周边并未发现同期的窑炉。

与制陶原料的选择与烧制工艺相比,这些早期硬陶的制料工序显得较为简易,其均属于A岩相组,胎体较粗,大小不定的包含物含量高,保留了天然沉积物的特征,应是瓷石经粉碎、粗筛后直接用于制坯的结果。但同时,较高的非塑性包含物含量也客观上降低了坯体干燥与烧制过程中的体积收缩,有助于提升成品率。

综上所述,南山与岩仔洞的灰黑陶、厚胎灰白陶为我国已知最早的早期硬陶,由特定的瓷石质原料制成,并在窑炉中以约1100~1250℃的高温烧成。这些技术表明,在距今5000年前后的新石器时代晚期,东南地区已经发展出较高水平的原料采集与烧制工艺,奠定了后世成熟印纹硬陶的技术基础。

六、结语

本研究采用了包括吸水率与维氏硬度测试、陶器岩相学、ED-XRF、热膨胀、XRD、扫描电镜在内的综合性方法,复原了明溪南山、将乐岩仔洞遗址出土的160件新石器时代晚期釜、罐类器物的物理性能、制陶原料与烧成温度,以探索这类印纹硬陶起源阶段产品的制作工艺。

本研究最重要的发现是识别出两类具有优良物理性能的陶器,即Ⅰ类灰黑陶与Ⅱ-a类厚胎灰白陶,其吸水率与硬度已达到成熟印纹硬陶水平。这些陶器由高铝、低硅、低助熔元素的瓷石质原料制造,并在约1100~1250℃的高温下烧制而成。本质上看,南山与岩仔洞遗址代表了一支可追溯到距今5000年的早期硬陶技术传统,标志着中国东南地区新石器时代晚期瓷石利用与高温烧制技术的突破性进步。

此外,分析结果还揭示了两遗址中灰白陶器(Ⅱ类)和白陶器(Ⅲ类)之间包括原料与烧制工艺在内的明显技术差异,这一差异导致了两遗址陶器产品在陶质、陶色等方面的多样性,与相对单调的器型形成鲜明对比。

在未来的研究中有两个问题值得关注。首先,从化学成分、岩相与相关考古证据来看,南山与岩仔洞仅是这些早期硬陶的消费地点,而其产地与生产设施有待进一步确认;其次,南山类型早期硬陶逐步发展为青铜时代成熟印纹硬陶的技术轨迹尚不明晰,这有待更多的科技分析工作。

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① 卢嘉锡总主编、李家治主编:《中国科学技术史》(陶瓷卷),科学出版社,1998年,第3~4、10~11页。
② 彭适凡:《中国南方古代印纹陶》,文物出版社,1987年;卢嘉锡总主编、李家治主编:《中国科学技术史》(陶瓷卷),科学出版社,1998年,第69~86页;江西省文物考古研究院、鹰潭市博物馆:《角山窑址:1983—2007年考古发掘报告》,文物出版社,2017年。
③ 罗宏杰:《中国古陶瓷与多元统计分析》,中国轻工业出版社,1997年,第83~92页;Chen, T.M., Rapp, G., Jing, Z.C., et al. Provenance studies of the earliest Chinese protoporcelain using instrumental neutron activation analysis. Journal of Archaeological Science, Vol.26, No.8, pp.1003-1015, 1999;陈尧成、张福康、张筱薇等:《河南偃师二里头夏商陶器研究》,郭景坤主编:《'2古陶瓷科学技术 5 2002年国际讨论会论文集(ISAC'02)》,上海科学技术文献出版社,2002年,第25~31页;黎海超:《金道瓷行:商周时期北方地区印纹硬陶和原始瓷器研究》,上海古籍出版社,2018年;Li, H.C., O’Sullivan, R. Diachronic change in the Shang Dynasty ritual package. Archaeological Research in Asia, Vol.23, 2020.
④ 吴春明:《中国东南土著民族历史与文化的考古学观察》,厦门大学出版社,1999年,第62~73页。
⑤ Li, J.Z., Luo, H.J., Gao, L.M. Further study of the process of technological evolution of ancient Chinese pottery and porcelain. MRS Online Proceedings Library, Vol.267,pp.571-589, 1992;李家治:《中国科学技术史:陶瓷卷》,科学出版社,1998年,第69~86页。
⑥ 李伯谦:《我国南方几何形印纹陶遗存的分区、分期及其有关问题》,《北京大学学报(哲学社会科学版)》1981年第1期。
⑦ 周振宇、黄运明:《闽江流域新石器时代考古发现与研究》,王巍主编:《中国考古学百年史:1921—2021》(第一卷 上册),中国社会科学出版社,2021年,第1394~1420页;付琳:《武夷山东麓地区新石器时代文化的变迁》,《南方文物》2023年第2期。
⑧ 中国社会科学院考古研究所东南工作队、福建博物院、明溪县博物馆:《福建明溪县南山遗址》,《考古》2018年第7期。
⑨ 中国社会科学院考古研究所东南工作队、福建博物院、明溪县博物馆:《福建明溪县南山遗址4号洞2013年发掘简报》,《考古》2017年第10期。
⑩ 中国社会科学院考古研究所考古科技实验研究中心碳十四实验室:《放射性碳素测定年代报告(四四)》,《考古》2018年第7期。
⑪ 福建博物院、中国社会科学院考古研究所、将乐县博物馆:《福建将乐县岩仔洞遗址》,《福建文博》2018年第3期。
⑫两遗址经校正后的碳十四年代数据见:https://doi.org/10.1016/j.jas.2024.105977,“figs1”.
⑬ Rice, P.M. Pottery Analysis: A Source Book, second edition. Chicago and London: University of Chicago Press, 2015, pp.318-319.
⑭ Gualtieri, S. Ceramic raw materials: how to establish the technological suitability of a raw material. Archaeological and Anthropological Sciences, Vol.12, p.183, 2020.
⑮ Quinn, P.S. Ceramic Petrography: the Interpretation of Archaeological Pottery & Related Artefacts in Thin Section. Oxford: Archaeopress, 2013, pp.71-102.
⑯ 徐文婷:《安徽郎溪磨盘山遗址出土陶器制作工艺与产地研究》,南京大学硕士学位论文,2017年。
⑰ 曾令园、何汉生、杨玉璋等:《江苏镇江孙家村遗址印纹硬陶制作工艺及相关问题研究》,《中国陶瓷》2022年第2期。
⑱ Wu, J., Wu, J.M., Li, Q.J., et al. Property and provenance study of fancy celadon samples excavated from the Noble Burials of the Yue State at Hongshan, China. Science China: Technological Sciences, Vol.53, pp.369-374, 2010.
⑲ 化学元素成分原始数据见:https://doi.org/10.1016/j.jas.2024.105977,“Multimedia component 1”.
⑳ 与Guo, 1987提供的数据相比较。见:Guo, Y.Y. Raw materials for making porcelain and the characteristics of porcelain wares in north and south China in ancient times.Archaeometry, Vol.29, No.1, pp.3-19, 1987.
㉑ XRD原始数据见:h t tps://doi.org/ 10 .1016 /j.jas.2024.105977,“Multimedia component 2”.
㉒ Gliozzo, E. Ceramic technology. How to reconstruct the firing process. Archaeological and Anthropological Sciences, Vol.12, No.8, p.260, 2020.
㉓ Rice, P.M. Pottery Analysis: A Source Book, second edition. Chicago and London: University of Chicago Press, 2015, pp.178-180.
㉔ Li, J.Z., Luo, H.J., Gao, L.M. Further study of the process of technological evolution of ancient Chinese pottery and porcelain. MRS Online Proceedings Library, Vol.267, pp.571-589, 1992;Wu, J., Zhang, M.L., Wu, J.M., et al. Study on the diversification of origins and primary development of Chinese porcelain glazes. Science China: Technological Sciences, Vol.54, pp.99-104, 2011.
㉕ 彭适凡:《中国南方古代印纹陶》,文物出版社,1987年;卢嘉锡总主编、李家治主编:《中国科学技术史》(陶瓷卷),科学出版社,1998年,第69~86页。
㉖ 黄运明:《马岭文化的初步分析》,见中国百越民族史研究会、广东省文物考古研究所、广州市文物考古研究所等编:《百越研究(第四辑)——中国百越民族史研究会第十六次年会论文集》,厦门大学出版社,2015年,第252~272页;福建省考古研究院、浦城县博物馆编:《浦城猫耳山遗址发掘报告》,福建美术出版社,2022年。
㉗ 程朱海、张福康、刘可栋等:《云南省西双版纳傣族和西盟佤族原始制陶工艺考察报告》,《硅酸盐通报》1984年第2期;汪宁生:《云南傣族制陶的民族考古学研究》,《考古学报》2003年第2期;郭梦:《多样的陶器烧制技术:选择还是进化》,《考古》2016年第3期;Gosselain, O. P. Bonfire of the enquiries. Pottery firing temperatures in archaeology: What for?. Journal of Archaeological Science, Vol.19, No.3, pp.243-259, 1992;Thér, R. Identification of pottery firing structures using the thermal characteristics of firing. Archaeometry, Vol.56, No.S1, pp.78-99, 2014.

作者:范宗祥(北京大学考古文博学院、北京大学考古科学教育部重点实验室);周振宇(中国社会科学院考古研究所)刘思然(北京科技大学科技史与文化遗产研究院);崔剑锋(北京大学考古文博学院、北京大学考古科学教育部重点实验室);范雪春(平潭国际南岛语族研究院);林薇(将乐县博物馆);黄运明(闽江学院人文学院、复旦大学文物与博物馆学系);邓振华(北京大学考古文博学院、北京大学考古科学教育部重点实验室);
原文刊于:《南方文物》2024年第4期

责编:丁畅 韩翰

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