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    遗产保护

    古代陶瓷材料分析与研究的新动态

    第三届古代材料研究专题研讨会简述

    发布时间:2018-10-26严弼宸、马鹏、刘娜妮

    10月10日,由北京科技大学科技史与文化遗产研究院主办的第三届古代材料研究专题研讨会在京举行。80多位来自国内外高校、文博单位与科研机构的专家学者参加了本次会议。此次会议的主议题为“古代陶瓷材料分析与研究”,共邀请15位学者进行学术报告,与会学者的发言涵盖瓷器、玻璃、陶器、技术陶瓷等不同研究主题,介绍了一批应用于古代陶瓷领域的先进实验分析方法,探讨了相关的考古与科技史研究问题。本文仅对学术报告部分予以摘要梳理。

    古代瓷釉研究

    上海光源魏向军介绍,上海光源与故宫博物院合作,对故宫南大库地下遗迹出土的清乾隆时期紫金釉残片进行了分析,多种材料分析手段揭示出,样品的釉层中布满大粒径、高纯度的亚稳相ε-Fe2O3晶体,其大小及分布均匀,发育良好,且釉层呈现清晰的多层结构特征。魏向军认为,紫金釉中析出高纯度微米量级ε-Fe2O3晶体,很可能与釉层中钙长石的生长以及非晶二氧化硅基质相关,烧制工艺对其也产生影响。这项研究在古代高铁瓷釉中发现罕见的ε-Fe2O3晶体,对于发掘文物的科学价值具有重要意义,同时也对现代材料制备技术具有借鉴价值。

    故宫博物院侯佳钰以古代钧窑釉层颜色为研究对象,介绍了各类钧釉的釉色与釉层成分与分相结构间的关系。研究表明:官钧釉层中主要含有化学成分不稳定的蠕虫状和连通状分相,其尺寸通常小于100纳米,形成了深蓝色较透明釉;民钧釉层中多含富Ca-Fe和富Si-Na-K的液滴状分相,尺寸通常大于100纳米,形成浅蓝色乳浊釉。同时釉层中的Fe2+在红色和红外区域有较宽的吸收峰,产生蓝色;纳米金属铜颗粒对550-600纳米波长光线的吸收,使蓝色釉中产生红色和紫红色流纹;而颜色釉层下方的棕色层,由于强烈的吸收作用,提高了钧窑釉层的整体效果。由此可知,钧窑的釉色是由釉层成分(吸收作用)与分相结构(散射作用)共同造成的。

    北京大学姜晓晨阳以宣德青花残片作为研究对象,对釉层内富钴残留颗粒开展显微分析研究。研究表明切片内的颜料层位置均匀混合着两种成分亮度不同的颗粒,为明早中期青花混合用料提供了证据,也为关于宣德青花用料的传统考古认知与科技分析数据间的矛盾提供了一种解释。更重要的是,通过这项研究,发现对青花色料的两种分析方法存在数据冲突。直接对色料区域进行釉上成分分析,结果显示“主量”元素铁含量很高;“微量”元素砷、镍、铜等有显著的数量级差异;而对色料颗粒的显微成分分析结果则表明,“主量”元素铁含量很低;“微量”元素砷、镍、铜等没有数量级的差异。造成这种差异的原因可能是青花高温烧成时发生了类似造锍熔炼的过程,镍及贵金属等富集于砷化物(黄渣)留在釉下,而铁锰等与脉石造渣进入瓷釉,钴元素则部分溶解于瓷釉中,部分保存在釉下颗粒内。由此可见在硅酸盐体系中对矿料进行微量元素示踪,需要慎重选择研究方法。

    古代玻璃与瓷器研究

    中科院上海光机所刘松介绍了合浦汉墓出土玻璃器在形制上、化学成分上的分组情况。合浦地区出土的玻璃体系主要有钾玻璃、铅钡玻璃、泡碱型钠钙玻璃、混合碱玻璃和铅玻璃五种类型。其中钾玻璃根据钙铝含量不同可分为中等钙铝型钾玻璃和低钙高铝型钾玻璃两种亚类类型。刘松认为岭南地区的玻璃制作技术出现于西汉中期,至西汉晚期趋于成熟,生产的玻璃类型主要为低钙高铝型钾玻璃、铅钡玻璃和铅玻璃。合浦地区汉代玻璃器的来源可能包括岭南地区自制,由我国内陆地区传入,由南亚或东南亚传入,由罗马经南亚、东南亚地区传入几种。

    2014年景德镇市陶瓷考古研究所等单位对景德镇御窑厂龙珠阁一带进行抢救性清理发掘,出土了一批空白期(“空白期”在景德镇瓷器史中通常泛指明代正统、景泰、天顺三朝)官窑遗迹与遗物。景德镇陶瓷大学吴琳介绍了这批青花瓷中47件样品的科学分析情况。空白期官窑青花瓷胎配方中应该引入了含铝量较高的高岭土原料,且相比明代其他时期掺入量更高。空白期的青花瓷釉具有高钾低钙特征,与宣德时期不同,而与成化时期极为相似,属于典型碱钙釉。空白期的青花钴料分为两类:一类为高锰低铁型,可能为国产钴料;另一类比值特征与成化官窑相近,但比值均处于中下值,可能是进口钴料和国内钴料混用的结果。

    中山大学王敏分别以龙泉系青瓷和青白瓷产源研究为例,展示了微量元素分析在产源研究中的有效性。对浙江龙泉大窑青瓷和广东大埔仿龙泉青瓷部分样品进行分析,大埔窑青瓷瓷胎和瓷釉的稀土元素总量均高于龙泉青瓷,与我国南方矿物稀土元素本底值较高的特点相符。对肯尼亚曼达遗址出土的6片青瓷样品进行分析,其中5个样品的稀土元素特征与浙江龙泉青瓷一致,而另一样品则与广东大埔窑样品特征相符。由此表明曼达岛青瓷可能存在多处产源。对广州番禺沙边窑、西村窑,广东潮州窑以及江西景德镇湖田窑的瓷器样品进行微量元素分析,沙边窑的这批青白瓷样品可能是通过贸易运输从景德镇湖田窑而来,沙边窑的青白瓷明显低于陆壳的平均铌/钽(Nb/Ta)比值,这与部分景德镇瓷片样品的特征相符,可能与景德镇特殊的瓷石资源有关。

    古代陶器研究

    西北大学郭梦结合非洲考古学资料、我国的民族考古调查,指出无窑烧制是一种普遍存在的烧陶方法,并列举了不同类型的无窑烧陶技术。从器物的角度来说,无窑烧制时燃料与陶器的直接接触,可能会使陶器产生特殊的黑斑。这种黑斑是辨识无窑烧制技术的相对可靠的方法,有别于灶在炊器上留下的烟灰,其所在位置具有随机性,甚至可能存在于器物内部,不易祛除。从考古遗迹角度而言,无窑烧制可能遗留大量碎陶片、混杂木炭的灰层、壁与底部的烧土层等痕迹,但由此判断无窑烧制技术具有一定难度。郭梦认为这种技术的使用在华北地区多集中于新石器时代早期、中期,而在西北及南方地区则延续到了新石器时代晚期甚至更晚时期。

    中国科学院大学朱剑介绍了微量元素分析与岩相分析这两种陶器产地研究的方法,并指出孤立地使用两种分析方法可能会得出相互矛盾的结果,因此需要在实际研究中对二者进行综合。对凌家滩遗址陶片产地研究表明:泥质陶相对其他陶器,微量元素数据离散度小,产地特征较为明显;羼合料可能使夹砂陶泥质部分的微量元素数据远离泥质陶组,不同羼合料对多元统计分析的影响不同,需要结合岩相加以区分。只有将岩相分析结果与中子活化分析配合使用,才能够对数据进行更全面的解释。

    山西大学王小娟的研究同样关注陶器原料的分析,以晋南临汾盆地、垣曲盆地、运城盆地,晋中地区、晋西北河曲坪头遗址的龙山时期各文化典型陶器为研究对象,通过对比不同地理单元典型遗址和典型考古学文化以及同一考古学文化不同时期的陶器原料特征,王小娟认为,陶胎黏土的常量元素分析难以反映临近地区间制陶黏土原料的差异;微痕量元素组成可以提供产地信息,但也只适用于地理位置相隔较远或环境差异较大的区域;岩相分析所反映的羼合料信息,不仅能够探讨不同区域间的文化交流(周家庄遗址与垣曲盆地王湾三期文化陶器在羼合料上的相似),还可以从微观角度反映同一文化内部历时性的技术变迁(陶寺文化早中晚三期陶器在羼合料上的差异),相比化学成分分析具有更大优势。

    秦始皇帝陵博物院张尚欣对兵马俑一号坑和百戏俑坑的14件陶片、一号坑所出陶砖、水禽俑坑青铜水禽的泥芯及遗址夯土等样品进行岩相分析,表明所有样品的基质都为含石英、云母的非钙质黏土,但掺合料各有不同。结合临潼当地的地表黏土概况,这类相同的黏土基质应来自当地的黄土沉积层。除石英砂外,掺合料还包括各类非团聚状砂岩,表明掺合料可能来自骊山第四纪冲积砂。不同样品中的不同掺合料可能反映了制陶过程中的不同处理程序。张尚欣认为秦陵兵马俑的原料皆为就地取土,烧制也在本地完成。秦陵出土的其他陶质器物也应是在秦陵附近烧制。可能存在黏土集中采集、筛选和存放,由专职部门负责分配给不同的制作工坊,再根据需要采取不同处理程序制作不同器物的情况。

    北京科技大学马泓蛟梳理了新石器时代黄土高原陶器化学成分研究的学术史,提出以六盘山为界,黄土高原东部与西部的陶器黏土化学成分存在差异。对甘肃天水大地湾文化各期的细泥陶和夹砂陶进行主次量化学成分分析和微量元素分析,选取当地制陶工匠生产的彩陶及其所用原生黏土原料,以及当地葫芦河岸边的细腻二次沉积黏土进行对照。表明夹砂陶和细泥陶采用了两种不同的黏土原料,且大地湾文化各期都延续了这种做法;夹砂陶原料可能为河滩二次沉积次生黄土,而细泥陶原料则是原生黏土;根据钙含量与锶含量的差异,并结合秦安地区新生代地质综合剖面图,确认了细泥陶用料为高钙第三纪红黏土而非第四纪黄土,印证了黄土高原西部使用第三纪红黏土制陶的解释。基于此,大地湾文化二期存在的相当数量的低钙彩陶或可视为一种不同于本地的东方技术传统,陶器的制作原料和工艺或许为研究彩陶文化与技术的传播提供了一个新的视角。

    技术陶瓷

    北京大学崔剑锋介绍了山东临淄齐故城秦汉铸镜作坊遗址以及对该遗址6件镜范样品的科学分析情况。镜范的硅含量很高,根据形貌分析,其来源应主要是稻壳灰中的植硅体,可能有部分来自人为掺入的河砂;镜范铝含量较低,应是添加了较少量的黏土;通过成分的定量分析,镜范配方中植硅体、黏土以及石英砂的比例大致为4:5:1,其中石英砂的存在尚不可定论;对6号镜范样品纹饰部分铅富集层数的观察表明,该镜范至少使用了4次。

    南京信息工程大学刘海峰以北京延庆水泉沟3号炉为例,从炉壁材料热分析、炉壁挂渣分析与炉壁材料结构分析三个角度,展示了炉壁研究在炉温、冶炼技术以及炉体稳定性研究等方面的潜力。炉壁材料作为技术陶瓷的一类,是硅酸盐材料应用于冶金的重要代表,反映了陶冶之间的密切关系,其材料本身的技术流变从侧面为考察冶金技术起源与发展、古代陶冶关系演变提供了重要依据。

    北京科技大学科技史与文化遗产研究院刘思然通过比较商代各遗址所出坩埚残片的显微结构特点,利用扫描电镜分析了郑州商城、阜南台家寺遗址坩埚残片样品的显微结构,结合考古所见的中国青铜时代坩埚特点,提出关于商代坩埚制作技术的猜想:商代坩埚体积较大,为克服大体积坩埚可能面临的熔融、侵蚀和热震效应,商人在坩埚内壁涂抹了一层粉砂质的内衬材料,以保护基体不受损害,且同一坩埚往往经过多次使用。郑州商城涂泥大口尊的涂泥层与商代遗址常见的难以复原的坩埚残片成分相似,表明后者可能作为坩埚的内衬,在使用后从胎体脱落。模拟实验验证了这种猜想的可行性。而对欧亚大陆青铜时代至早期铁器时代坩埚的典型特征进行梳理可以发现,商人这种坩埚制作技术无论在历时性还是共时性上都具有特殊性,可能代表了商人青铜冶金技术的特征。

    (本文由严弼宸、马鹏、刘娜妮据会议发言整理成文,刘思然、王龙霄改订)

    编辑陈梅