邓家湾屈家岭文化祭坛上的冶炼遗迹考辨
摘要
本文分析邓家湾T11-10屈家岭时代的遗迹，推论公元前第四千纪中晚期在此处进行冶炼，且当时该场所的冶炼活动与社会祭礼活动有关。早晚不同时期发生于此处的冶炼遗迹可分为三个不同的阶段，绝对年代范围约为公元前3600─3100年间。该场所的冶炼规模也随着时代推移而增加，且可以观察到屈家岭时期先民如何摸索炼铜技术，尝试不同的方法，最终发明了炼缸，这种技术突破足可以被视为石家河文化开始的标志。屈家岭文化是冶炼知识迅速累积与众多发明开端的时代。在此基础上，石家河文化的先民自行创造了青铜时代文明。笔者建议，将建筑石家河大城以及发明炼缸技术，作为从屈家岭文化变换到石家河文化的关键标志。
关键词：长江中游、屈家文化、冶金考古、中国青铜时代早期、石家河遗址、邓家湾祭坛
【声明】本文作者为郭静云、郭立新。原文刊载于《南方文物》2020年第6期；若有引用或转载，务请注明作者以及原刊来源。
一、前言
虽然近百年来，自西方考古学传入到中国后，在资料稀缺的情况下提出了中国青铜技术 “西来说”，从而影响到中国考古界聚焦于新疆、甘肃、青海、陕北等西部地区，在这些地方寻找中国青铜技术的源头；但是，在近几十年长江中游湖南、湖北的调查和发掘中，陆续发现了很多与冶炼有关的遗迹和遗物，包括铜器、铜块、铜料、炼铜工具和似炼炉的遗迹，均使愈来愈多的人开始讨论炼铜技术本土独立起源。长江中游先民在周围低山区采集纯度高的孔雀石，并具备足够的技术，使其能在还原环境中将孔雀石还原为纯铜。古埃及人大约在公元前第五千纪晚期也曾发明这种方法来制造红铜器。
不过由于这种炼铜法并不需要非常高的温度（700-800℃即可），也不一定需要发明专门的坩锅，并不会形成炼渣，所以难以发现很直接的证据；尤其是在长江中游温湿的自然条件下，本来就不利于铜器的保存，而使这个问题雪上加霜。尽管如此，从油子岭文化时代以来（约从公元前3800年起），还是发现了少量虽零星但很直接的证据。换言之，长江中游的考古资料已足以阐明，中国地区大约在与古埃及相同的时代独立发明了相同的冶炼方法。[1]
到了石家河文化（约从公元前3100年起），长江中游地区已明显进入青铜时代，熔化铜液、铸造，并掌握锡铜合金技术[2]。冶金考古一方面需要继续研究石家河文化青铜技术，另一方面需要注意了解屈家岭文化的冶炼技术。笔者认为，屈家岭时代还处于纯铜还原阶段，当时很少有工匠会熔化铜液铸造小型铜器，可能较多使用锻造技术。但是，长江中游的遗址，在进入石家河文化以后，其地层多次发现过炼渣，这明显是熔化铜液及铸造的指标，所以，这已是成熟的青铜文化的遗存。换言之，在屈家岭文化的地层中还很难见到炼渣，基本上只有到了屈家岭文化和石家河文化交界之际才到达这种技术水平，所以在这一时期的遗址中，才开始零星地发现有炼渣。因此，我们不能采用炼渣作为观察指标，而需要从其他角度来思考屈家岭文化的冶炼遗存及其外在观察指标。
二、邓家湾屈家岭时期疑似冶炼场所的遗迹考辨
石家河遗址位处古云梦泽北部相对高的岸边上，从油子岭文化时期起被先民开拓。根据考古勘探，遗址面积约10平方公里，大部分集中于东河与西河之间。在周围几公里到几十公里的范围内，另有其它一些遗址，如大约与其同时期被开拓的龙嘴城址、屈家岭遗址等，以及很多开拓于屈家岭文化晚期、石家河文化时期的遗址，如殷戴家湾等；其中被发掘的遗址，大多发现有与冶炼有关的遗存[3]。
在石家河遗址的中央区，曾修建过规模不等的、早晚不同时期的几座城。其中时代最晚的是土城（尚未被发掘），推测建城年代可能约在公元前2000年前后，即属于夏王国的城；在土城之前修建的是石家河大城，建城年代约在公元前3200─3100年左右，与此同时在大城西郊建筑了祭坛（印信台）；至于位于石家河大城西北角的邓家湾，在大城修建之前，这里原本还应存在过一座更早的城——邓家湾城。
根据碳十四数据判断，邓家湾城的建城年代可能在公元前3600年左右（屈家岭文化早期，参附表），属于屈家岭文化早期（参附表）。位于邓家湾城中心、属于屈家岭文化晚期的庙，应是当时的神权中心[4]（图一）。
图一、石家河遗址
笔者重新梳理邓家湾神权中心的考古资料，可以推论在中间区域的神庙旁边，发掘区探方T11-T10的屈家岭文化地层中，有早期冶炼场所的遗迹，且可以将这些遗迹分为三期。第一期遗存的年代约相当于屈家岭文化早中期；第二期遗存的年代约相当于屈家岭文化中晚期；第三期遗存应该代表屈家岭文化向石家河文化的转变期（图二）[5]。下文将根据这三个阶段分析邓家湾祭祀中心冶炼相关遗迹的性质。
I、邓家湾屈家岭早中期疑似炼铜炉的遗存
T11⑦、⑧层发现以烧土、灰烬组成的近圆形的遗迹，结构为四个灰烬和烧土的交叠层。该遗迹最下面的第四层是圆形灰烬堆积，直径约1米，厚0.02-0.08米; 第三层是平面近圆形的烧土堆积，比下面的灰烬土宽，并覆盖它，原来直径约3米，厚0.02-0.08米; 第二层是更厚的灰烬层，中部厚度0.16米，周围被破坏到最薄处为0.08米，分布范围直径超过4米，在东部被破坏; 最上面第一层的烧土基本上被破坏，残宽0.8-1.5米、厚0.04米（图二：I）。依我们的理解，遗迹的第三、四层和第一、二层应该是两个早、晚不同时代的地面式烧炭炼炉的断壁颓垣。第四、第二两个灰烬层，分别是这两个炼炉里面烧炭留下的；而为保持还原气氛，在炉边抹泥覆盖以形成相对封闭的空间，废弃倒塌以后就分别形成第三和第一层即烧土层。
前述两个疑似炼炉中较早的那个（下文称为“邓家湾第一炉”）的遗存结构如下：第三层烧土堆积面积宽于第四层炭末堆积，这是因为第三层为炉壁和炉顶的坍塌遗存，第四层才是烧炭冶炼室的遗存。若将该遗迹与格里戈里耶夫对安德罗诺沃文化圆顶炼炉所做的试验和复原[6]，可以发现二者结构相符，只是邓家湾的年代比中亚和北亚地区早一、两千年。
就邓家湾T117、8层堆积来判断，在邓家湾第一炉用过一段时间之后，自然毁掉，然后在同一个地方建筑冶炼技术相同、规模更大的冶炼场所，估计这是几个炉子的联合遗迹，因此面积大，而且形状不规整，但是功能和技术一致。这种还原气氛的炉子既符合用来烧全黑陶，亦符合用来冶炼，但该遗迹没有发现黑陶片，反而在边上发现小型坩锅（小坩锅技术将另文专门探讨）。因此推论这可能是冶炼遗迹。
当然，人们也可以反驳说，在此灰烬烧土遗迹里没有发现铜渣。但是我们不宜追求在采用还原炼法的场所找到熔铜炼渣，若已出现炼渣，就意味着此时人们已开始获得铜液来铸造，这实际上已不是“铜石并用”或“早期炼铜”技术阶段，而已进入青铜时代。我们认为，屈家岭文化早期冶铜业还处于原始摸索阶段中，在采用还原法炼出纯铜后，主要是用锻造法制作小型器物，所以不会在遗存中发现炼渣。
不过，理论上还是可以发现已还原的铜滴，或冶炼未成功的小颗粒，或未用过的矿物原料，或小型红铜器物。但是，已磨碎的矿料，颗粒细小，在长江中游黏土质土壤里极难发现；已冶炼出来的铜块或铜器会产生铜锈，经常变成黑色粉末状的氧化铜，虽然偶尔有机会变为灰蓝绿铜锈，但其实它们被包藏在粘土中，是极难用用肉眼辨识出来的，故在实际发掘工作中，确实很难被发现。因此，在各处屈家岭文化地层中已屡次发现铜料（如在龙嘴等遗址中），这原本已属于超级难得的幸运，表明发掘者的细致工作和高超专业辨别能力。相对来说，邓家湾遗址的发掘年代较早，当初并没有想到能发现这么早的铜，所以只是在石家河文化的地层中，因为这时铜料已很多，才在发掘中有关于铜的发现并留下相关记录[7]，而在屈家岭文化地层中没有辨识出铜的可能性很高。虽然没有发现铜这种直接的证据，但是笔者认为，其时用还原法炼铜的间接证据已足够成套，使我们能够推论邓家湾T11确实曾存在过屈家岭时期炼炉的残迹。
根据碳十四数据，邓家湾早期遗存年代范围在公元前3900─3500年间（附表）[8]，我们认为邓家湾神权中心的历史大约开始于公元前3600年。根据发掘报告，邓家湾T11-T10第7层属于屈家岭文化早期后段，第8层略早。由此判断，这两个炉子的使用年代应该在公元前3600─3300年间。
图一 邓家湾屈家岭时期疑似炼铜遗迹。左上：T11和T10屈家岭时期的遗存；I.早期堆积：疑为炼炉的遗迹；II.中期堆积：疑为台上冶炼遗迹；III.晚期堆积：台子、F3建筑和摆炼缸的遗迹。
II、邓家湾屈家岭中期疑似炼铜的遗存
从邓家湾T11遗迹的演变来看，早期炉子被毁后，在此位置开始摆放巨型陶祖。有三个柱洞只穿透到上一层灰烬，所以发掘者认为这是炉毁后被用来固定陶祖所用。此说无疑问。不过屈家岭人应并没有放弃在此处炼铜。在T11第6层灰烬处的东南部出现了圆形台，残半径约2.5米，东部及南部全被破坏。报告载：“台面上有一层灰烬，台中央的石头被烧成灰绿色，灰烬中有完整的5件彩陶杯、1件石斧和烧焦的兽骨、动物牙齿等。土台外围灰烬，土质较黏，呈红褐色，内杂红烧土和炭末，厚0.1－0.28，宽1.2－2.04米。”（图二：II）这一台子建于邓家湾的屈家岭中期，可能在公元前3400─3300年间。该台子到公元前3200─3100年应该还存在，但公元前3200之后在上面不再进行冶炼。
原则上没有直接的证据来判断这一定是冶炼的遗迹。但是，一方面，早一期的灰烬与烧土反复交叠，已使我们判断此处有进行冶炼活动；另一方面，此处晚一期的堆积更能表明该处有炼铜的功能。所以我们推论，在前述台子上可能也有冶炼活动。从报告的描述，我们产生一个关键的疑问：经过灼烧的一般石头基本上没有变成灰绿色的可能性。这种描述使我们思考，在当时实际上可能有过小铜块或冶炼废料。可惜的是，发掘者并没有考虑到冶炼活动的可能性，所以没有对“灰绿石头”的材料进行鉴定，也没有保存和收藏它们，这样对我们溯源研究造成一定困难。另外，报告提及兽骨、兽牙也未必只是代表肉祭，长江中游的矿石总是缺钙，冶金考古早已发现，古人炼铜经常在冶炼时放入兽骨（钙）用来作助熔剂的材料。[9]
此外，将冶炼活动上升到精神层面，在祭坛上进行冶炼活动，冶炼成为祭礼的一部分，这种现象在屈家岭-石家河文化中曾经很普遍。[10]此期疑似冶炼遗迹与巨型陶祖共出。笔者曾指出这一类巨型陶祖象征着城邦古国所有人的始祖英雄，是古国社会公共的崇拜对象，他们在邓家湾出现意味着这里是当时古国公共的祭祀中心[11]。所以，从整体背景分析，亦可以为前述遗存可能也有冶炼活动提供间接的证据。
III、邓家湾屈家岭晚期创新冶炼技术的遗存
分布于T11第5、4层和T10第3层。到了屈家岭晚期，土台没有被毁，但在它的西边灰烬上填土，摆放炼缸，同时在炼缸场的南部建筑房屋，房内有炼缸片的堆积（图二：III）。在房前的炼缸，原来应是正放三排，各排三件，之间距离约1米，这种场景部分被屈家岭末期H109打破，两件倒塌的炼缸也稍微被移动。陶质炼缸为夹粗砂褐陶，壁特厚，下部为尖状的小平底，陷入当时的地面。这毫无疑问是屈家岭晚期的冶炼场景。屈家岭晚期发明且在石家河时期普遍使用的大炼缸，是中国独有的冶炼工具和技术，一直使用到商周时期[12]。
既然当时人已能做出大而厚壁的炼缸，说明当时已出现稳定而方便地在炼缸内冶炼铜和熔铜液的方法。炼缸可以多次使用，而且不须安排火膛，故不必在缸外砌炉。此处前期冶炼场充满灰烬和烧土，而到了第三阶段，冶炼场并没有堆积很多灰烬。这是因为随着炼缸法的发明，冶炼时将木炭和矿石丢进炼缸里，炼缸里边的木炭可以反复烧，直到完全烧尽，变成二氧化碳气体，只留下少量的灰烬和炭末，丢到旁边的灰坑即可，而炼缸可以继续使用，直到碎坏。我们注意到，在邓家湾，几乎所有屈家岭中晚期以后的灰坑，都有很多灰烬炭末。当然可以争辩说，灰坑里出现烧土颗粒，这在新石器时代是常见现象，可能是灶、烧陶、做建材或建筑的遗存等；但是，屈家岭时期开始出现大片深厚的灰烬堆积，应代表一种新出现的人类活动。有些坑内填满厚厚的灰烬，说明在这时人们开始不断地烧木炭，烧到灰烬的程度，这种现象在陶窑场并不多见。而且在这些地方，同时偶尔伴出铜料，进一步也开始出现炼缸。因此需要考虑冶炼活动的可能性，并循着此种问题线索多做检测分析和研究。
邓家湾屈家岭文化晚期的灰烬坑中，特别突出的是H88，形状近圆形，直径2米，深度超过1米，而里边一半都是灰烬堆积，在灰烬层上有粗厚的夹砂陶片，整理者复原了一件缸的口沿，口径46.4厘米（图三）。依笔者理解，这是堆积冶炼废料的垃圾坑。在T11冶炼场的边上，原本应也有过类似的灰烬坑，但周围有几片很大的扰乱区，故没有保存任何遗迹。在邓家湾发现的屈家岭时期灰坑中，应该还有其他与冶炼有关的遗迹，包括应该有坑式炼炉，但现有资料不足以判断，只是到石家河时期才出现更多直接的证据。
总体而言，笔者认为，此时邓家湾发掘区的空间结构，颇为完整地呈现了当时国家祭祀中心的情况：以神庙（F3）为中心，其北、东、南三面为举行祭礼活动的地方，其中北部的遗存突出呈现了祭礼活动中的冶炼行为：除了土台遗迹以及巨型陶祖残片之外，还有成排成列的炼缸，以及少量灰烬坑。在这里，人们用炼缸进行冶炼，透过这种神秘而神奇的物质转化现象[13]，配合祭祀国家公共祖先，祈求国家和人民获得再生而永生的力量。
图三 邓家湾H88:31炼缸口沿部
有关邓家湾T11-T10屈家岭文化晚期冶炼场所的年代问题，可以参考肖家屋脊屈家岭文化与石家河文化交界的年代约公元前3100左右[14]；据此判断，第三阶段的年代应落于公元前3300─3000年之间。
三、总结
本文分析邓家湾T11-T10屈家岭时代的遗迹，推论公元前第四千纪中晚期在此处进行冶炼，且当时的冶炼活动与社会祭礼活动有关。此处最早的冶炼遗迹年代应该是大从公元前3600年开始，早晚不同阶段的冶炼遗迹有所不同，大体上可分为三个阶段，中间的年代界线不甚清楚，最后阶段的下限可能在公元前3100年左右，即相当于屈家岭文化和石家河文化交界之际。此处冶炼规模也随着时代推移而扩大，并可以观察到屈家岭先民如何摸索炼铜技术，尝试不同的方法，最终发明了炼缸。粗厚的炼缸碎片的出现，可以作为进入青铜时代的标志。
换言之，屈家岭文化是冶炼知识迅速累积与众多发明开端的时代。在此基础上，石家河文化先民已可以达到更高的温度甚至熔化铜液，因此可以自由地造型器物，并且从红铜锻造成器，转变到红铜及青铜铸造法。关于屈家岭文化和石家河文化的交界线，学界看法不一致。鉴于炼缸法对于冶炼技术所具有的突破性意义，笔者建议以修建石家河大城以及用炼缸技术冶炼的出现，作为划分屈家岭文化和石家河文化的界线。
现有的资料尚难以肯定长江中游的人们什么时候开始炼铜，将来还需要基于此一问题意识，进一步仔细发掘和研究。现在考古界还没有累积足够的经验及方法，使其能够在南方保存环境非常不良的情况下，厘清长江流域早期冶炼遗存。这属于新的研究方向，原来很多关键资料和信息被有意或无意地忽略或遗漏，不过，随着经验的累积以及认识上的突破，期待今后在这方面能有所改善。笔者建议，将来对长江中游距今6000年以来的遗址，不宜再先入为主地定义为“新石器遗址”而忽略发现铜的可能性，更不用说针对屈家岭或石家河文化遗址，发掘者一定要有可能会发现冶炼遗迹和出土铜器、铜料的问题意识，提高对此问题的自觉性和敏感度，对疑似遗存的土要特别细致检查和筛选。除了注意寻找铜器遗物外，也要考虑当时冶炼和制造铜器的方法，包括注意到所谓 “砺石”是否有特殊的痕迹，是否当过碎矿或锻造打击面，工具上是否有火烧的痕迹，等等。换言之，我们应该将所发现的代表冶炼各个环节的各种零散证据，与整个遗存及时代背景相结合，整体思考冶炼和制铜遗存的各项特征和指标。通过这些观察和分析，尝试理解早期未发明炼缸之前制造铜器的工具和流程。