文物产地与矿料来源研究.ppt
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1、第三章第三章 文物产地与矿料来源研究文物产地与矿料来源研究 文物产地与矿料来源研究利用现代自然科学技术手段，通过对文物的测定分析，从中提取文物产地与矿料来源的信息，进而结合考古学背景，以探讨古代文物的生产、传播、贸易、交流等经济、社会和文化问题，为考古学复原人类历史面貌、探索历史发展规律提供科学、定量的依据。第一节第一节 文物产地及矿料来源研究发展简史文物产地及矿料来源研究发展简史 18421842年德国年德国DorpatDorpat大学的大学的F.GobelF.Gobel教授分析了俄国教授分析了俄国BalticBaltic省出土的黄铜器，并认为这些铜锌合金应产于罗马帝国。这一省出土的黄铜器，
2、并认为这些铜锌合金应产于罗马帝国。这一研究开创了文物产地及矿料来源研究的先河。研究开创了文物产地及矿料来源研究的先河。19 19世纪世纪5050年代，奥地利学者年代，奥地利学者J.E.Wo-celJ.E.Wo-cel博士在其两篇古代博士在其两篇古代青铜器研究论文中提出，文物化学成分与其制作时间、地点存青铜器研究论文中提出，文物化学成分与其制作时间、地点存在着一定的联系，在对古代金属文物进行化学分析的基础上，在着一定的联系，在对古代金属文物进行化学分析的基础上，Wo-celWo-cel博士对成分数据进行了统计处理，并提出了化学性质群博士对成分数据进行了统计处理，并提出了化学性质群的概念，这对文物
3、产地与矿料来源研究的深入开展，有着不可的概念，这对文物产地与矿料来源研究的深入开展，有着不可低估的影响。低估的影响。1919世纪世纪6060年代中期，法国矿物学家年代中期，法国矿物学家A.DamourA.Damour博士研究了博士研究了凯尔特人纪念碑附近和野蛮部落中发现的一批硬质石斧，通凯尔特人纪念碑附近和野蛮部落中发现的一批硬质石斧，通过矿物学方法的分析，发现这些石斧的材质十分复杂，包括过矿物学方法的分析，发现这些石斧的材质十分复杂，包括石英、软玉、翡翠、玛瑙、碧玉和氯黑榴石等。在报道上述石英、软玉、翡翠、玛瑙、碧玉和氯黑榴石等。在报道上述结果的论文中，结果的论文中，DamourDamour
4、博士提出了两个非常重要的观点：一博士提出了两个非常重要的观点：一是通过了解文物的化学成分和地质特征，有望探索它们的矿是通过了解文物的化学成分和地质特征，有望探索它们的矿料来源，为研究史前先民迁徙路线提供有意义的信息；二是料来源，为研究史前先民迁徙路线提供有意义的信息；二是考古学家应该认真细致地做好发掘记录，而自然科学家应该考古学家应该认真细致地做好发掘记录，而自然科学家应该从各自的领域出发，帮助考古学家给出考古发现物的意义。从各自的领域出发，帮助考古学家给出考古发现物的意义。18691869年法国的年法国的M.FouqueM.Fouque测定了圣陶里地区火山凝灰岩和出测定了圣陶里地区火山凝灰岩
5、和出土陶器的化学成分，并对二者做了对比分析，发现它们具有不土陶器的化学成分，并对二者做了对比分析，发现它们具有不同的化学成分。同的化学成分。1895 1895年美国哈佛大学的年美国哈佛大学的T.W.RichardT.W.Richard教授测定了波士顿精美教授测定了波士顿精美艺术博物馆的一批古雅典陶器，认为这批陶器很可能出产于古艺术博物馆的一批古雅典陶器，认为这批陶器很可能出产于古雅典城。同时，他还提出了两个重要观点：一是样品群中，如雅典城。同时，他还提出了两个重要观点：一是样品群中，如果各样品的某一元素含量集中在一个狭窄的范围内，则预示着果各样品的某一元素含量集中在一个狭窄的范围内，则预示着他
6、们来自有限的地理源头；二是建立相当规模的他们来自有限的地理源头；二是建立相当规模的“数据库数据库”，将待分析样品群的测试值与之比较，是系统研究文物产地的前将待分析样品群的测试值与之比较，是系统研究文物产地的前提。这两点意见至今对文物产地研究具有重要的指导意义。提。这两点意见至今对文物产地研究具有重要的指导意义。19281928年年W.BradfieldW.Bradfield教授和教授和F.G.JacksonF.G.Jackson博士采用湿化学法对博士采用湿化学法对陶器及浆料进行了分析。陶器及浆料进行了分析。BradfieldBradfield教授的博士生教授的博士生A.O.ShepardA.O
7、.Shepard也参加了这一工作，并且最先将岩相分析方法应用于陶器分类也参加了这一工作，并且最先将岩相分析方法应用于陶器分类和来源研究中，还将化学、矿物学方法与陶器外形、颜色和纹和来源研究中，还将化学、矿物学方法与陶器外形、颜色和纹饰等陶器外部信息结合在一起，作为陶器分类的依据，被认为饰等陶器外部信息结合在一起，作为陶器分类的依据，被认为是第一个注意到实验室技术、产地研究和分类间相互关系的专是第一个注意到实验室技术、产地研究和分类间相互关系的专家。家。20 20世纪世纪5050年代中期，美国著名的核物理学家、年代中期，美国著名的核物理学家、“原子弹之原子弹之父父”J.R.Oppenheimer
8、”J.R.Oppenheimer教授建议将中子活化分析用于文物的产地教授建议将中子活化分析用于文物的产地研究。不久，研究。不久，E.V.SayerE.V.Sayer教授和教授和R.W.DodsonR.W.Dodson教授留利用中子活化教授留利用中子活化分析方法成功的研究了地中海地区出土古陶器的产地。分析方法成功的研究了地中海地区出土古陶器的产地。到了到了2020世纪后半叶，国际国内文物产地和矿料来源研究进入了一个大发世纪后半叶，国际国内文物产地和矿料来源研究进入了一个大发展时期，许多国家研究机构、个人对其表现出了极大的兴趣，大量的人力物展时期，许多国家研究机构、个人对其表现出了极大的兴趣，大量
9、的人力物力投入到这一领域中来，使得这一研究领域在此期间取得了力投入到这一领域中来，使得这一研究领域在此期间取得了长足的发展长足的发展:1、一些新的研究方法逐渐建立起来，如铅同位素比值分析，在大理石、玻璃、金属器、颜料等文物的示踪研究中都得到了较好的应用，取得了不少有意义的成果。2、越来越多的现代仪器分析技术被引进到研究中，分析手段变得丰富多样。研究者可以根据研究目的的需要，选择合适的分析测试方法，或不同分析方法相结合，可以得到多方面、各层次的信息；3、分析仪器的测试精度越来越高，应用范围也日益拓宽。仪器性能的提高，使得一些往日难以取得的指标，现在很轻松地就可以得到；4、多元统计分析方法得到广泛
10、应用，使研究者可以同时处理更多的数据，从而能够得到更为全面的信息，同时分析也更加科学，所得结论也更为合理。第二节第二节 文物产地及矿料来源研究的概念及其研究意义文物产地及矿料来源研究的概念及其研究意义 “产地研究”与“矿料来源研究”是两个密切相关又含义有别的概念。前者主要指陶瓷等可以就地取材制造的器物，因而其产地通常就是其原料来源地。后者则主要针对金属器物如青铜器，这是由于金属器物的制造地点和其原料产地往往并不相同，产地分析所能得到的仅仅是反映其原料产地的信息。一、一、文物产地及矿料来源研究的概念文物产地及矿料来源研究的概念二、二、判别文物的产地及矿料来源的基本原理判别文物的产地及矿料来源的基
11、本原理 主要依据自然科学领域内地球化学的知识。由于成岩条主要依据自然科学领域内地球化学的知识。由于成岩条件不同，出产于不同地区或同一地区不同地质层位的岩石、矿件不同，出产于不同地区或同一地区不同地质层位的岩石、矿物，在化学结构和元素组成上均会存在不同程度的差异。因此，物，在化学结构和元素组成上均会存在不同程度的差异。因此，利用自然资源制造的任何人工物品，都或多或少的携带着其原利用自然资源制造的任何人工物品，都或多或少的携带着其原料产地的特征信息，而这些特征信息，恰似人的指纹一样，具料产地的特征信息，而这些特征信息，恰似人的指纹一样，具有地区的特异性，因而被称为有地区的特异性，因而被称为“指纹指
12、纹”信息。提取和分析存在信息。提取和分析存在于文物之中的这些指纹信息，就可望由流溯源，找到其产地或于文物之中的这些指纹信息，就可望由流溯源，找到其产地或矿料来源。矿料来源。通过对文物产地与矿料来源的研究，不仅可为我们提供古代先民开发、利用自然资源的宝贵资料，而且能反映古代矿料的传播路线，为探讨古代社会不同地域和人群之间的文化交流、贸易往来、交通运输，以及生产组织、社会结构等多方面、深层次的问题奠定坚实的基础，对考古学文化、遗存的空间标尺的建立起到积极的推动作用。三、三、文物产地及矿料来源的研究意义文物产地及矿料来源的研究意义第第三三节节 文物产地与矿料来源研究的分析方法文物产地与矿料来源研究的
13、分析方法一、一、历史文献法历史文献法二、二、考古器物类型学的方法考古器物类型学的方法三、三、科技检测方法科技检测方法:一方面表现为文物产地及其矿料来源研究的分析仪器方法种类繁多.另一方面表现为文物产地及其矿料来源研究的分析方法众多.1、主量元素和微量元素的应用主量元素和微量元素的应用 主量元素（major elements）又称为常量元素，一般是指在岩石或矿物中含量大于1%或0.1%的元素。微量元素（minor elements，trace elements），又称痕量元素、次要元素、稀有元素等，在岩石或矿物中的含量一般小于1%或0.1%，其含量单位常以ppm（百万分之一）或ppb（十亿分之一
14、）来表示。分析方法分析方法图X3.1 Si、Al元素散点图图X3.2硅铝与钾钠比值散点图2、稀土元素的应用稀土元素的应用 稀土元素（rare earth elements，REE）是指元素周期表中的镧系元素（5771号元素）La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，以及39号元素Y，总共16个元素。镧系元素在元素周期表中占据一格位置，它们的电子层结构决定了其化学性质极其相似。在地质、地球化学作用过程中，它们往往作为一个整体活动，只要有其中的一个元素出现，其余的元素就会同时存在。不过，自然界中稀土元素的含量并不尽相同，各个稀土元素的含量比例也有一定
15、差异，这是由一定的地质与物理化学条件所决定的。因此，稀土元素可以看作是一种良好的地球化学指示剂。通过对地质体中稀土元素的组成特点的研究，可以对许多地球化学问题如地壳、地球、月球的形成与演化，岩石的成因，成矿物质来源，成岩成矿条件等进行探讨。而在古陶瓷产地研究中，稀土元素可用于指示陶瓷的产地信息。图X3.3稀土元素分布模式3、铅同位素比值法铅同位素比值法（1）铅同位素比值法的理论基础铅同位素比值法的理论基础 同位素(isotope)是指质子数相同而中子数不同的原子。同位素具有相同的核外电子数，故它们的化学性质基本相同。同位素可以分为两类，即放射性同位素(radioactive isotope)和
16、稳定同位素(stable isotope)。凡能自发放出、射线的同位素，称为放射性同位素。与之相反，不能自发衰变的同位素则称为稳定同位素。稳定同位素中，一部分是放射性同位素衰变形成的最终产物，称为放射成因同位素，如207Pb、87Sr等；而大部分为天然的稳定同位素，即自原子形成以来就保持稳定的同位素，如H和D、12C和13C等。208Pb 207Pb 206Pb 204Pb Pb同位素同位素（2）基本原理：基本原理：在地球上，不同区域的矿床，其成矿时间一般不同，因而不同矿床的铅同位素比值通常也不同，即，不同矿床具有各自不同的铅同位素比值特征。一般认为，铅同位素在矿石冶炼和金属熔铸过程中不发生分
17、馏，青铜器等金属器物在铸成之后，仍能保留所用原料的铅同位素比值信息。（3）铅同位素比值数据的使用铅同位素比值数据的使用图X3.5 铅同位素比值散点图图X3.6铅同位素比值散点图铅同位素比值法的铅同位素比值法的优点优点：1）消耗的样品量少，一般取样110g；2）样品不受风化或腐蚀的影响，在这样的物理和化学过程中，铅同位素比值法不会变化；3）通过铅同位素比值法可以分析器物之间的相互关系和来源的差异，在一定条件下，还可以推测矿料来源的区域（包括不同的国家区域）。局限性局限性：1）不同地区、不同地质环境的铅同位素比值有时是相近的（异常铅除外），这种重叠现象在正常铅的铅同位素分布场中尤为突出；2）同一矿
18、体或矿床的正常铅同位素组成是稳定的，但有一定的分散性，变化在0.3%1%范围内；3）国内外目前使用这种方法仍然是对数据用坐标图解的形式，进行定性描述，得到的往往是“可能性”结果，缺乏对“可能性”的定量分析，目前国内外科技考古数据处理仍然普遍使用这种图解描述的方法。第四节第四节 古代陶瓷与青铜文物的产地及矿料来源研究古代陶瓷与青铜文物的产地及矿料来源研究 陶瓷器是古代先民大量制作和使用的物品，是考古发掘中最多的一种遗物，蕴含着丰富的文化信息。青铜器是人类最早大量生产的金属，它在人类社会发展史上曾起到过巨大作用。一、古陶瓷产地研究的理论基础一、古陶瓷产地研究的理论基础 古代陶瓷产地研究就是通过对古
19、陶瓷化学元素特征大量数据的积累，从中选出反映地域性特征的微量、痕量元素及其含量，用现代陶器、源粘土进行对比，进一步推断古陶瓷的制作年代和烧制地点。古陶瓷产地研究基于这样两个理论基础，或说是前提条件：其一，不同产地的粘土陶瓷器原料具有各自不同的化学组成，即粘土携带有其产地的特征，或说是“指纹信息”；其二，粘土的这些“指纹信息”能够基本完好地保存于其烧制产物陶瓷器中，即原粘土的的化学成分在烧制过程中不会发生变化。能量色散X射线荧光仪的示意图 实验条件：Al、Si、P、K、Ca、Ti、Mn、Fe和Ni含量的测定用25kV300A的管压-管流，积分时间300 s；Cu、Zn、Pb、Rb、Sr、Y、Zr
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- 文物 产地 来源 研究
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