呂良波

摘要：選取廣州增城廟嶺出土四件先秦銅器進(jìn)行成分和金相分析。結(jié)果表明，這些銅器除鉦為錫青銅外，其他三件都是鉛錫青銅。較之同期中原及楚地出土的銅器，增城廟嶺銅器的技術(shù)特征顯示出滯后性，推測是嶺南地區(qū)本地的冶鑄產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：增城廟嶺；先秦；銅器；成分分析；金相分析

廣州增城境內(nèi)流域面積超過100平方公里的水系有6條，其中增江是其境內(nèi)主要水系，這為古代人類生產(chǎn)生活提供了良好的自然環(huán)境。自上世紀(jì)50年代以來，文物工作者在增江流域發(fā)現(xiàn)了金蘭寺貝丘遺址史前文化遺存.以及西瓜嶺窯址、浮扶嶺古墓群、墨依山古墓群等先秦遺址。這些遺址說明古人在增江流域繁衍生息、生產(chǎn)勞作，遺留了極為豐富的歷史文化資源。2006年6月底，增城博物館在增江西岸的廟嶺施工現(xiàn)場采集到四件保存幾近完整的銅器，為兩件甬鐘、一件鼎和一件鉦，并采集到部分陶片。經(jīng)過考證四件銅器年代應(yīng)該屬于春秋中期。由于現(xiàn)場被施工取土?xí)r破壞，無法判斷四件銅器出土于墓葬還是窖藏。增江流域出土保存如此完好的銅器，不僅對(duì)考古學(xué)和歷史學(xué)的研究具有重要意義，而且為研究增江流域先秦青銅技術(shù)及其嶺南地區(qū)青銅文化進(jìn)程和發(fā)展，提供了非常寶貴的實(shí)物資料，特別是對(duì)嶺南先秦時(shí)期冶金史研究具有非常重要的意義。

2014年5月，受增城博物館的委托，廣州市文物考古研究院對(duì)四件銅器進(jìn)行保護(hù)修復(fù)處理，在保護(hù)修復(fù)過程中，選取四件銅器的樣品進(jìn)行金相和掃描電鏡檢測，以期初步還原其冶鑄技術(shù)、礦料產(chǎn)地等冶金史方面的信息。

一、樣品信息

本次共從四件銅器中取樣9個(gè)。在不破壞形體完整的取樣原則下，樣品均采自器物邊角部位和殘破部位。在滿足檢測分析需要的前提下，取樣盡可能小。大型器物按照不同部位進(jìn)行取樣，以全面了解其鑄造工藝。器物名稱、器物編號(hào)、樣品編號(hào)、取樣具體部位以及樣品特征等相關(guān)信息見表一。

二、金相組織觀察和鑒定結(jié)果

樣品采用熱固樹脂包埋.依次進(jìn)行預(yù)磨和拋光。對(duì)于所有樣品，不經(jīng)浸蝕處理，先在金相顯微鏡下觀察夾雜物，然后采用濃度3%三氯化鐵酒精溶液浸蝕。在金相顯微鏡下觀察其組織形態(tài)。制樣設(shè)備：Simplimet 3000熱鑲嵌機(jī)、BULER Automet250手自動(dòng)一體化磨拋機(jī)。觀察儀器：ZEISS ImageA2m型金相顯微鏡。金相組織鑒定結(jié)果見表二。

金相分析表明：四件銅器都是鑄造而成。兩件甬鐘（a+8）共析體呈網(wǎng)狀分布在a相晶界邊沿，未完全解除偏析，推測鑄造后經(jīng)過退火加工。鉦呈現(xiàn)針狀β相和沿β晶粒邊界分布的a相，金相組織均勻化并出現(xiàn)較多滑移線，應(yīng)當(dāng)為受熱所致。并且另一個(gè)樣品中發(fā)現(xiàn)重結(jié)晶的a相上呈現(xiàn)鑄造枝晶痕跡，推測鉦也是鑄造后經(jīng)過退火處理。鼎呈現(xiàn)等軸晶和少量孿晶，且a固溶體晶界和邊緣處滑移線痕跡。鼎的鉛基本主要以大的球狀、橢球狀分布，說明鼎含鉛都非常高。這些說明工匠對(duì)材料的退火等加工性能有了非常清楚的認(rèn)識(shí)，但是組織不均勻。這些結(jié)果說明工匠對(duì)材料的退火等加工性能有較為清楚的認(rèn)識(shí)。

金相組織還表明，四件銅器普遍存在較多夾雜物，較多鑄造縮孔的現(xiàn)象。夾雜物是指在合金的冶煉過程中形成的在組織中以獨(dú)立相存在的雜質(zhì).它與合金母體有明顯的分界面，性能差異較大。在金屬冷卻過程中，隨著溫度的降低，先凝固的夾雜物會(huì)為鉛等低熔點(diǎn)凝固形核時(shí)提供固態(tài)表面，故在含鉛的樣品中，夾雜物多有與鉛共生的現(xiàn)象。本次分析的銅器的夾雜物以硫化物夾雜為主，還有鐵、鋁、砷、氯等，呈小顆粒狀，多與鉛或（a+8）共析體共存，或存在晶粒界面上。砷和硫作為雜質(zhì)元素可能來自銅礦，如黝砷銅礦、硫砷銅礦等。在古代，這些銅砷共生礦的冶煉產(chǎn)物為砷銅，并含有硫。砷和硫也可能來自鉛礦，冶煉得到的粗鉛中含硫和砷。銅對(duì)硫和砷的親和力比鉛對(duì)硫和砷的親和力大，當(dāng)熔化粗鉛和銅配制合金時(shí)，砷、硫與銅結(jié)合，生成硫化銅以及銅砷化合物。組織中多有銅的硫化物和鐵的硫化物夾雜，隨銅礦帶入，鑄造器物可能采用了粗銅。一般青銅器的含鐵量在1%以下，主要以鐵硫化物夾雜形式存在。硫化物大多數(shù)為硫化銅，也含有硫化鐵，出現(xiàn)富鐵相和其他雜質(zhì)元素形成的特殊相，出現(xiàn)縮孔和疏松，總之該批青銅器鑄造工藝較差。

三、掃描電鏡觀察和成分分析

為判定這四件銅器的合金成分，共取得9個(gè)樣品，其中體形較大的鼎取了3個(gè)樣品，其他每件器物分別取了2個(gè)樣品，利用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀察，并采用掃描電鏡配置的X射線能譜儀（EDX）測定樣品成分，成分分析采用掃描電鏡能譜無標(biāo)樣定量分析法進(jìn)行。掃描電子顯微鏡系統(tǒng)為Phenom ProX飛納臺(tái)式掃描電鏡一能譜版，實(shí)驗(yàn)條件高真空，測量時(shí)激發(fā)電壓為：15kV，放大倍數(shù)為400-3000。4件銅器基體樣品的SEM-EDX成分分析結(jié)果見表三，銅器內(nèi)各物相微區(qū)及夾雜物的成分分析結(jié)果見表四。

成分分析結(jié)果表明：鉦為錫青銅，兩件甬鐘和鼎為鉛錫青銅。但需要說明的是，這幾件銅器合金成分不規(guī)律，主要是因樣品銹蝕的影響，測出的成分?jǐn)?shù)據(jù)不能代表原始成分，為深入研究合金工藝水平帶來了困難。但可以明確的是，鼎存在嚴(yán)重的鉛偏析現(xiàn)象。原因在于鉛的比重比銅錫大，容易形成鑄造偏析，當(dāng)合金全部凝固后，就出現(xiàn)鼎底部、足部聚集較多的鉛顆粒的偏析現(xiàn)象。而鼎足、底部鉛含量比口沿含量高，基本可以推斷鼎的澆口、冒口位置。鼎含鉛量高，也有可能因?yàn)殂~錫的匱乏，鉛的大量加入，為了減少銅錫的使用量，從而降低成本。但鉛加入銅錫合金中，可以提高合金溶液的流動(dòng)性，使填充鑄型的能力增強(qiáng)，對(duì)鑄件表面紋飾清晰度及尺寸精度有直接的影響。

對(duì)于鉛含量對(duì)樂器音質(zhì)的影響，武漢機(jī)械工藝研究所的實(shí)驗(yàn)表明，鉛加速聲振動(dòng)的衰減，對(duì)基頻影響小，鉛含量過高時(shí)，音質(zhì)變劣。根據(jù)含錫量與錫青銅機(jī)械性能的關(guān)系可知，含錫量在12～16%之間，具有較高的抗拉強(qiáng)度和一定的延伸率，含錫過高，將急劇變脆，延伸率和抗沖擊韌性趨向于零，對(duì)敲擊發(fā)聲的編鐘是不適宜的。又從聲頻譜分析和彈性模量測定，得知含錫量略高于14%時(shí)，音色較好。鉛在1.4～2.8%之間，對(duì)聲振動(dòng)衰減的作用，差別不是很大。所以編鐘含錫量在14%左右，并含有少量的鉛時(shí)，其鑄造性能、機(jī)械性能、聲學(xué)性能等綜合性能是最好的①。三件樂器合金中，鉦與甬鐘材質(zhì)不一樣。兩件甬鐘雖都是銅錫鉛合金，但鉛錫合金比例差異較大。鉦是錫青銅，因?yàn)殂`沒有枚，沒有加入鉛來提高其充盈率，以此來提高鉦的音質(zhì)。兩件甬鐘和鼎的錫含量基本上處于5～15%的范圍，鉛含量都大于10%。可見甬鐘和鼎并不是具備最優(yōu)的硬度和抗拉強(qiáng)度。說明工匠對(duì)錫、鉛影響合金性能有一定的認(rèn)識(shí)，但是不能精確的掌握銅、錫、鉛合金配比。

測試樣品中存在7處含有As夾雜物.含量0.8～2.3%之間，含量比較低，應(yīng)與地區(qū)礦料有關(guān)。樣品2068-2面（a）點(diǎn)10共發(fā)現(xiàn)1處有Ag顆粒，含量19.1%，Ag顆粒均存在與晶界銹蝕中，微量元素Ag的存在可能與地域性銅料或者鉛料有關(guān)。在分析的樣品中，有部分點(diǎn)發(fā)現(xiàn)明顯的硫化物夾雜，如樣品2065-1點(diǎn)6、樣品2066-2點(diǎn)4、樣品2068-1（b）點(diǎn)9和2068-3（a）點(diǎn)4等。在這些樣品中，硫化物夾雜主要分布（a+8）共析體腐蝕產(chǎn)物中。

四、討論

1、與嶺南出土銅器分析結(jié)果的比較

嶺南地區(qū)出土先秦銅器不少，但是進(jìn)行科學(xué)分析的不多，對(duì)相同類型的甬鐘、鉦樂器或鼎生活器具的科學(xué)分析更是鮮有報(bào)道。北京科技大學(xué)孫淑云對(duì)博羅橫嶺山墓地出土8件西周中晚期青銅器進(jìn)行成分和金相分析，檢測結(jié)果表明2件甬鐘錫含量高，銅含量74～75%，錫含量12～19%，屬中等含量，存在錫的反偏析現(xiàn)象，鉛含量3～11%，屬低含量，銀含量0.6～1.2%。4件銅器含砷，但砷含量不高，其中2件是具有地區(qū)特征的工具銅斧。3件銅鏃成分和組織各異，其中1件為高錫二元青銅，1件含鉛較高，并存在鉛的偏析現(xiàn)象。其認(rèn)為從成分和金相組織來看，博羅橫嶺山出土的銅器與同時(shí)期中原地區(qū)相比，不夠規(guī)范，具有特殊性，反映了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的特點(diǎn)。其特點(diǎn)可能與地區(qū)性錫礦的豐富和多金屬共生礦的存在有關(guān)②。本次檢測的2065甬鐘與博羅橫嶺山的甬鐘金相幾乎相同，也應(yīng)是存在嚴(yán)重的錫反偏析現(xiàn)象。

孫淑云同樣在對(duì)深圳大梅沙春秋晚或戰(zhàn)國早期遺址出土銅器進(jìn)行技術(shù)研究.對(duì)出土和采集的銅器提取11個(gè)樣品進(jìn)行成分和金相分析，樣品為工具和兵器，部分含砷和含鉍為較具特點(diǎn)。大梅沙矛形器中所含的鉍應(yīng)來自地區(qū)性礦產(chǎn)資源。其認(rèn)為大梅沙所出銅器的形制、成分及制作工藝既有內(nèi)地文化的因素，又具有地方特色，可認(rèn)為是吸取了內(nèi)地青銅技術(shù)，在材料上利用了地區(qū)性的礦產(chǎn)資源，為當(dāng)?shù)刂谱?反映了春秋戰(zhàn)國時(shí)期嶺南青銅技術(shù)的特點(diǎn)及內(nèi)地緊密交流的關(guān)系。

徐恒彬?qū)V東省出土春秋至宋41件青銅器展開鑄造工藝方面的研究和進(jìn)行合金成分和金相的分析，采用化學(xué)定量、原子吸收光譜和微區(qū)能譜分析等方法，測定了34件青銅器的化學(xué)成分，從所測結(jié)果可看出，這些青銅器除了含有多種雜質(zhì)外，主要成分是銅、錫和鉛。另外，在若干件青銅器中發(fā)現(xiàn)了磷和砷。其中羅定太平公社出土的戰(zhàn)國早期鼎金相組織屬于a+（a+8）+Pb，錫含量15.2～15.3%、鉛含量6.5～8.7%。認(rèn)為合金成分的配制也和中原地區(qū)一樣，對(duì)鉛、錫成分與器件性能關(guān)系已有明確的認(rèn)識(shí)。至此認(rèn)為嶺南地區(qū)自古以來就和中原地區(qū)相通。從以上有關(guān)青銅器形制及冶鑄技術(shù)的研究來看，它的青銅冶鑄業(yè)是直接在中原地區(qū)特別是楚文化的影響下建立起來的，同時(shí)又與西南少數(shù)民族地區(qū)存在一定的聯(lián)系。

博羅橫嶺山分析的兩件甬鐘以及羅定太平分析的兩件鼎，分析測試的儀器條件不一樣，直接用數(shù)據(jù)的多寡進(jìn)行比較，不一定妥當(dāng)。但橫嶺山和羅定太平的合金配比相對(duì)穩(wěn)定，而增城廟嶺甬鐘、鼎銅錫鉛合金比例波動(dòng)非常大，無規(guī)律性。大梅沙銅器中雖未有甬鐘、鼎等器物，但是具有砷含量達(dá)0.57～22.0%的顯著特點(diǎn)，以及博羅橫嶺山銅器砷含量0.5～3.4%。而增城廟嶺銅器最高的只有2.3%，砷含量比較低。夾雜物方面都是硫鐵化合物，橫嶺山甬鐘與增城廟嶺甬鐘都有礦料夾進(jìn)來的銀。以上這些都說明上述幾處銅器的礦物來源還是有一定的差別，工匠掌握冶鑄技術(shù)的熟練程度也有所不同。普遍表現(xiàn)在冶金工藝方面原料來源、技術(shù)條件以及工匠的技術(shù)水平等都不夠規(guī)范.也反映了嶺南地區(qū)先秦時(shí)期冶金技術(shù)區(qū)域差異性較大。

2、與國內(nèi)其他地區(qū)出土同時(shí)期銅器比較

國內(nèi)對(duì)東周時(shí)期銅器的檢測分析工作已比較多。胡飛等對(duì)安徽蚌埠雙墩春秋一號(hào)墓出土的部分青銅制品進(jìn)行成分和金相分析，認(rèn)為蚌埠雙墩一號(hào)墓的青銅器是在當(dāng)?shù)罔T造的。處于淮河中游地區(qū)古鐘離國的先民對(duì)青銅合金技術(shù)已很嫻熟，不但會(huì)根據(jù)不同類別青銅器對(duì)機(jī)械性能的要求進(jìn)行合理配制，而且對(duì)其加工機(jī)械性能已相當(dāng)?shù)牧私?。陳坤龍、梅建軍?duì)河南博物院館藏輝縣琉璃閣甲乙墓、乙二墓出土中原地區(qū)春秋中、晚期典型代表銅器進(jìn)行了科學(xué)分析檢測，認(rèn)為銅器的合金成分與器物類型之間的關(guān)系明顯，顯示制作者已能根據(jù)青銅器的用途而選擇合適的制作材料，代表了較高的青銅冶鑄技術(shù)水平。該批青銅器材料的選擇與其使用性能匹配良好，制造者對(duì)銅錫鉛體系合金的含量配比與其機(jī)械性能之間的關(guān)系已有一定程度的理解。銅器的合金成分與器物類型之間的關(guān)系明顯，顯示制作者已能根據(jù)青銅器的用途而選擇合適的制作材料，代表了較高的青銅冶鑄技術(shù)水平。韓炳華等對(duì)長治分水嶺東周墓地出土春秋至戰(zhàn)國時(shí)期青銅器進(jìn)行科學(xué)分析。推斷長治地區(qū)的青銅制作技術(shù)相當(dāng)成熟，青銅器鑄造出現(xiàn)了規(guī)范化、批量化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。李洋等對(duì)隨州文峰塔M1、M2出土春秋時(shí)期金屬器進(jìn)行科學(xué)分析，認(rèn)為春秋戰(zhàn)國之際曾國的金屬技術(shù)已日趨成熟且呈現(xiàn)多樣性，能夠根據(jù)器物的使用需要，采用不同的合金配比和制作工藝。陳坤龍等對(duì)梁帶村兩周墓地出土春秋早期青銅器進(jìn)行檢測分析，也都發(fā)現(xiàn)同樣的特點(diǎn)?，F(xiàn)將上述分析結(jié)果列于表五，以利于比較。

根據(jù)前文所述，可見廣州增城廟嶺出土的四件銅器在合金配比、機(jī)械性能、加工工藝等方面與同時(shí)期中原及楚地出土銅器相比，技術(shù)特征顯示出非常明顯的滯后性。

五、結(jié)論

對(duì)廣州增城廟嶺四件先秦銅器的科學(xué)分析表明，兩件甬鐘和鼎是銅錫鉛三元合金，鉦是銅錫二元合金。制作工藝以鑄造為主，并采用了退火等加工工藝。工匠對(duì)鉛、錫性能和加工工藝有一定的認(rèn)識(shí)，但可能受礦料差、鑄造條件落后等條件限制，造成出現(xiàn)合金配比波動(dòng)較大、夾雜物較多、鑄造缺陷明顯等現(xiàn)象。

與嶺南幾批銅器科學(xué)分析比較表明，在冶金工藝方面原料來源、技術(shù)條件以及工匠的技術(shù)水平等都不夠規(guī)范，反映了嶺南地區(qū)先秦時(shí)期冶金技術(shù)區(qū)域差異性較大，說明四件銅器極有可能為本地鑄造。與同時(shí)期中原及楚地出土銅器相比，在合金配比、機(jī)械性能、加工工藝等方面還有較大的差距，技術(shù)特征顯示出非常明顯的滯后性。

本次分析的四件銅器雖不是經(jīng)過科學(xué)發(fā)掘取得，但可為嶺南先秦銅器冶金考古的科學(xué)分析積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù).也為建立嶺南先秦銅器合金體系奠定基礎(chǔ)，對(duì)深入開展嶺南先秦文化交流傳播等研究具有重要意義。