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浅谈石料对石器微痕形态的影响
2019年11月25日 15:24 来源:《南方文物》2018年第3期 作者:翟少冬 字号

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关键词:

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中国社会科学院考古研究所

  摘 要:影响石器微痕形态的因素很多, 除了石器的加工对象、加工时间等之外, 石料也是一个重要因素。本文根据试验结果从岩石学的角度分析了石料对石器微痕形态的影响, 认为微痕的形态和石料的致密程度、矿物成分、矿物颗粒大小、胶结物的性质等密切相关。即使同一岩性的石料, 随着其物理属性的不同, 也会对微痕产生影响。鉴于此, 有必要针对不同的石料进行控制试验, 观察同一种石料作用于不同加工对象产生的微痕形态, 建立微痕数据库。

  关键词:石料; 石器; 微痕形态

  基金: 国家自然科学基金项目"陶寺遗址的石器生产技术和石料资源利用:早期城市出现的经济支撑" (41402160); 中国社会科学院哲学和社会科学创新工程项目"石器微痕数据库"成果

 

  自1957年前苏联学者谢苗诺夫 (S.A.Semenov) 发表《史前技术》, 尤其是1964年英文版出版后, 微痕分析方法就逐渐被考古界接受, 并应用到石器研究当中。1970年代, 基利 (Lawrence H.Keeley) 和奥代尔 (George H.Odell) 两位学者更是在理论和方法上推进了微痕研究的发展。1980年代关于高倍法和低倍法孰优孰劣的争论进一步促进了微痕分析在方法上的提高。1990年代以后, 学者们开始综合使用两种方法用来进行石器研究 (1) 。2000年以后, 针对微痕分析的描述性表述无量化标准可循的批评, 学者们开始探讨用量化分析来提高微痕分析精确度和可信度的方法, 并做了有益尝试 (2) , 成为微痕分析研究的新趋势。同时, 鉴于微痕研究结果的不确定性, 学者们也开始尝试将微痕和其他分析方法 (如淀粉粒分析) 结合起来, 多角度论证石器的功能, 以期得到更可信的答案 (3) 。在1980年代, 微痕分析的低倍法和高倍法就先后被童恩正和张森水两位先生介绍到国内, 1990年代国内从事旧石器研究的一批学者, 开始在自己的研究中使用微痕分析方法来研究打制石器的功能 (4) 。2004年“IVPP微痕分析培训研讨班”举办 (5) , 此次研讨班为我国微痕分析培养了一批后备力量, 也使学界对微痕分析方法, 尤其是低倍法有了系统而深入的了解 (6) 。2010年以后, 刘莉等人开始将微痕高倍法和淀粉粒分析方法结合, 用来研究石器的功能和人类生业系统, 促进了微痕分析技术在我国的应用 (7) 。

  纵观微痕方法发展的历史可以发现微痕分析主要用于燧石制成的打制石器的功能研究, 另有少数应用于黑曜石和石英制成的打制石器的功能分析 (8) 。随着磨制石器研究的发展以及农业起源和史前社会经济研究的深入, 微痕分析也逐渐被应用到磨制石器的研究中去, 用来研究磨制石器的功能和史前社会的生业模式 (9) 。然而, 磨制石器和打制石器除了工艺上的区别之外, 另外一个最大的不同就是用来制作石器的石料。打制石器的石料比较简单, 主要是燧石、硅质岩和石英, 一般脆性较大、质地均匀、硬度较高;而磨制石器的制作基本都是就近取材, 石料种类多样, 大多韧性较大, 硬度较低, 便于琢磨 (10) 。磨制石器和打制石器的石料不同, 对于在不同石料上的微痕形态, 有学者认为“硅质页岩、燧石、黑曜石、玛瑙、玉石、石英岩、硬质砂岩、硅质岩、黏板岩、凝灰岩、流纹岩等所形成的使用痕迹的类型特征大体一致”, 工具的原料只是对光泽的形成速度和发达程度有影响 (11) 。笔者在对出版的资料进行认真对比后, 并未发现这些不同原料的石器在进行相同的活动后形成的微痕形态一致。其实, 作为影响石质工具的效率和微痕的形成一个重要因素, 石料的物理和机械属性早以被学界注意, 并且尝试用磨擦学和岩石学的有关概念来描述和解释这一过程 (12) 。刘莉等在用板岩、砂岩和燧石、石英工具进行收割试验后发现, 在这些不同石料制成的工具上留下的微痕形态差异较大 (13) 。笔者也在对花地嘴遗址出土石刀进行复制和功能试验时发现, 石料对微痕的形态有很大影响, 石料不同, 微痕形态不同。本文试从岩石学的角度谈谈石料对石器微痕形态的影响。

  一、试验内容及结果

    笔者的试验中复制了4把石刀 (图一) , 其中2把变质细砂岩, 1把粉砂岩, 1把灰岩。为了获得抛光效果, 分别使用卵石和松木对这些石刀进行了打磨。为了研究石刀的使用功能, 本试验选取了软性动物类、中硬性植物和硬性动物类物质开展试验活动 (表一) 。这些试验活动有些为在同一标本上叠加进行, 但每次试验活动后, 都首先将标本放在显微镜 (HI-ROX RH100) 下进行低倍观察, 对标本刃部正反面、器身正反面覆金马克 (Zhermack) 硅胶膜留下微痕, 然后用浓度为1M的稀盐酸对试验标本进行擦洗, 最后一并在金相显微镜 (ZEISS AXIO Scope A1) 下进行高倍观察。用硅胶膜采集微痕后用稀盐酸清洗标本是因为稀盐酸对器物上的光泽有很强的破坏性, 可以破坏掉前一个试验产生的光泽, 并且可以一定程度地去除器物上硅胶膜采样留下的印痕, 为下一个试验微痕减少影响因素。

  表一石刀实验内容

  图一复制的石刀标本

  (4件标本中朝下的均为下刃, 侧面的为侧刃。其中标本1的侧刃在左边, 刃面与下刃不同面;标本2的侧刃也在左边, 与下刃同面;标本3没有侧刃;标本4的侧刃在左边)

  复制的石刀中标本1和2是单面刃, 标本3和4是双面刃。试验中, 卵石和松木打磨是为了考察石器的抛光工艺, 所以基本每件标本都进行了打磨。刮树枝 (中硬性物质) 、切鱼肉和刮肉皮 (软性动物类物质) 是使用功能试验, 刮树枝和刮肉皮的试验用单面刃的标本1和2进行, 刃缘与树枝或肉皮有一定的倾角, 刃面朝向斜上方, 进行单向运动。切鱼肉和切肉的试验用标本3和4进行, 但切鱼肉其实是在鱼身上斜向用刀切开多条裂口, 所以刃缘和鱼之间有一定倾角, 而切肉则是刃缘垂直于肉从上做略斜向下的运动。锯骨 (硬性动物类) 试验一是为了观察各把石刀锯骨后的痕迹, 二是为了考察哪把石刀锯骨更有效, 所以四把刀都用来锯骨。

  图二是高倍显微镜下一些试验活动后不同标本上的光泽形态。从中可以看出, 经卵石打磨后, 标本1的光泽纹理较为粗糙, 高低起伏较大, 难以连成片 (图二, 1) 。而标本4的光泽纹理则较为细致平整, 在打磨10分钟后就可以明显看到被磨平的痕迹, 而且有线状痕出现 (图二, 2) ;在打磨90分钟后, 亮度显著提高, 光泽成片出现, 条痕的数量和深度也都明显增加 (图二, 3) 。在经过松木打磨60分钟后, 标本1的光泽纹理依然较标本4粗糙, 高低起伏也较标本4大, 呈不规则块状, 亮度较低 (图二, 4) , 标本4的光泽较为平整, 光泽连片, 亮度较高 (图二, 5) 。刮树枝后, 标本1刃部反面的光泽较标本2刃部反面的光泽高低起伏大, 呈块状分布, 磨圆度高 (图二, 6) 。标本2刃部反面的光泽较为平整, 连片分布, 并且有较多条痕出现 (图二, 7) 。标本3为疏松的粉砂岩, 覆的硅胶模上沾有大量石料上的粒屑, 无法在显微镜下观察。

  图二各项试验活动后石刀上的微痕 (高倍200X硅胶膜观察) 下载原图

  1.标本1下刃正面卵石打磨20分钟;2.标本4下刃正面卵石打磨10分钟;3.标本4侧刃正面卵石打磨90分钟;4.标本1下刃反面松木打磨60分钟;5.标本4下刃反面松木打磨60分钟;6.标本1下刃反面刮树枝30分钟;7.标本2下刃反面刮树枝64分钟

  图二各项试验活动后石刀上的微痕 (高倍200X硅胶膜观察)

  1.标本1下刃正面卵石打磨20分钟;2.标本4下刃正面卵石打磨10分钟;3.标本4侧刃正面卵石打磨90分钟;4.标本1下刃反面松木打磨60分钟;5.标本4下刃反面松木打磨60分钟;6.标本1下刃反面刮树枝30分钟;7.标本2下刃反面刮树枝64分钟

  图三各项试验活动后石刀上的微痕 (低倍)

  1.标本2卵石打磨10分钟 (50X) ;2.标本4卵石打磨10分钟 (40X) ;3.标本1下刃正面刮树枝30分钟782次 (50X) ;4.标本2下刃正面刮树枝64分钟2434次 (50X) ;5.标本1下刃正面锯骨5分钟550次 (20X) ;6.标本1下刃反面锯骨5分钟550次 (20X) ;7.标本2下刃正面锯骨5分钟550次 (20X) ;8.标本2下刃正面锯骨5分钟550次 (20X) ;9.标本3下刃锯骨5分钟550次持刀手右面 (20X) ;10.标本3下刃锯骨5分钟550次持刀手左面 (20X) ;11.标本4侧刃锯骨5分钟550次持刀手右面 (20X) ;12.标本4侧刃锯骨5分钟550次持刀手左面 (20X)

  图三是低倍显微镜下一些试验活动后不同标本上的微痕。从中可以看到, 卵石打磨10分钟后, 标本2刃部的线状痕明显, 刃部显有崩疤和微疤 (图三, 1) , 标本4刃部没有线状痕, 刃部似有微疤 (图三, 2) 。刮树枝后, 标本1刃部有折断式微疤 (图三, 3) ;标本2刃部没有微疤, 但有轻度磨圆 (图三, 4) 。锯骨5分钟后, 标本1刃部多处出现大片折断式崩疤, 看不到线状痕 (图三, 5、6) ;标本2刃部没有什么变化 (图三, 7、8) ;标本3刃部多处出现大片崩疤 (图三, 9、10) , 崩疤尺寸大于标本1;标本4刃部两面均有折断式和羽翼式崩疤, 但两面崩疤不对称 (图三, 11、12) 。

  二、讨论

    微痕分析方法开展的前提是石质工具在从事不同的活动后会留下不同的微痕, 即加工对象不同, 微痕形态不同 (14) 。尽管加工对象和微痕形态之间的关系不是一一对应, 但之前对燧石工具进行的一系列微痕分析表明, 微痕分析方法在研究燧石工具的功能和使用方式上有一定的作用。磨制石器和打制石器一个最大的不同是石料, 磨制石器的石料选择更为广泛和复杂, 这就使得我们在将微痕分析方法用于磨制石器时注意不同石料产生的微痕形态的差异。而试验结果也表明, 除了加工对象, 石料也是影响微痕形态的一个重要因素, 从事相同的活动, 石料不同, 微痕形态也不相同。

  微痕的形态和石料的致密程度、矿物成分、矿物颗粒大小、胶结物1的性质密切相关。

  首先, 石料矿物成分的颗粒大小和石料的硬度是影响线状痕出现的重要因素。粒度小、质地细腻和硬度低的石料更容易留下线状痕。标本1和2都是变质细砂岩, 但是标本1的颗粒明显, 胶结物为硅质, 标本2的变质程度较标本1高, 其中的矿物和胶结物大都经过了重新结晶变成石英, 晶体粒度很小, 质地均匀细腻, 性质接近石英岩, 但仍留有少量钙质胶结物。同样经过刮树枝, 标本1在高倍显微镜下观察没有出现线状痕, 而标本2则出现了清晰的线状痕。标本4是灰岩, 灰岩的主要矿物成分是方解石。标本1是变质细砂岩, 主要矿物成分是石英。矿物成分是影响岩石硬度的一个重要因素, 石英的硬度远大于方解石, 因此同样经过卵石打磨, 标本1打磨了20分钟没有出现线状痕, 而标本2仅打磨10分钟就出现了线状痕。在低倍下, 线状痕在质地细腻的石料上更容易观察到。同样经过10分钟的卵石打磨, 质地较细腻的标本2较颗粒较粗的标本4的线状痕更为明显。

  其次, 石料的硬度和矿物颗粒大小影响微痕光泽的粗糙程度。硬度高、矿物颗粒大的石料光泽较为粗糙。标本1和标本4同样经过卵石打磨, 标本1是颗粒较粗的变质细砂岩, 硬度较高, 产生的光泽比较粗糙, 起伏大, 呈不连片的块状光泽。而标本4是颗粒较细的灰岩, 硬度较低, 其光泽较为平滑, 起伏不大, 光泽连片, 可以明显看到矿物颗粒被磨平的痕迹。

  第三, 石料的矿物成分是影响光泽亮度重要因素。有研究表明, 硅的存在是形成石器使用光泽的重要因素, 对于硅含量较高的燧石、黑曜岩和石英岩石器, 即使它们的加工对象中不含有硅, 也会形成使用光泽 (15) 。因此如果硅含量高的矿物 (例如石英) 在岩石中的比例高, 使用后产生的光泽亮度就高。在试验中, 标本1和标本2光泽的亮度就比标本4的亮度要高。

  第四, 石料的脆性、致密程度是崩疤及微疤产生的一个重要因素。质地最为疏松的标本3锯骨的效率最高, 在相同的时间内, 4件标本中标本3锯骨的痕迹最宽最深, 标本2效率最低, 仅在骨头上留下了轻微的痕迹。标本3是没有经过变质的细砂岩, 粘土矿物胶结, 质地极为疏松, 刃部都难以修整得非常平整, 其疏松的质地使得在锯骨时刃部很容易形成崩疤。相反, 标本2的质地细腻, 硬度高, 刃部修整的很整齐, 在锯骨时, 可以感觉到刃部在骨头上打滑, 较难锯下, 因此在低倍下观察不到刃部的痕迹。

  图四同一器物同一部位直接观察到的光泽和印在硅胶膜上的光泽 (200X)

  1.出土石刀刃部的光泽;2.石刀刃部在硅胶膜上的光泽;3.卵石表面的光泽;4.硅胶膜上卵石表面的光泽;

  三、结语

    影响石器微痕形态的因素很多, 除了石器的加工对象、加工时间之外, 石料也是一个重要因素, 不同石料的矿物成分、硬度、矿物颗粒大小、致密度等都对微痕形态有影响。其实即使同一岩性的石料, 其物理属性也会有不同。例如砂岩, 根据胶结物的不同, 可以分为硅质砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩和杂基砂岩。随着胶结物的不同, 硬度也依次降低。而不同的硬度会对微痕的粗糙度和线状痕产生影响。之前对燧石微痕的研究也表明, 产自不同地区的燧石, 也有硬度和粗糙度的区别, 硬度低的和粗糙度低的燧石都较硬度高和粗糙度高的燧石更容易产生微痕 (16) 。鉴于此, 有必要针对不同的石料进行控制试验, 观察同一种石料作用于不同加工对象产生的微痕形态, 建立微痕数据库。

  目前, 因为石器尺寸、携带不便等原因, 硅胶覆模采集微痕的方法被普遍采用, 就是将硅胶覆在器物上采集微痕, 然后将印有微痕的硅胶膜放在显微镜下观察。本试验高倍法的观察也是采用了硅胶膜的方法, 因为试验时身边没有相应的设备, 只好在做完每次试验后用硅胶膜取样, 留待最后一并观察。虽然这种方法解决了微痕观察中的一些难题, 但是笔者的试验表明, 印在硅胶膜上的微痕形态和器物上的微痕形态是有差别的。比较同一器物同一部位直接观察到的光泽和印在硅胶膜上的光泽 (图四) , 不难发现, 硅胶膜上的光泽较器物上的光泽油性增加, 矿物颗粒的磨圆度增大, 亮斑增多。二者的感觉并不似同一种光泽。另外, 硅胶膜损失了一些微痕信息, 直接在显微镜下观察一颗小卵石, 上面的线状痕可以观察到 (未使用该卵石加工过石器, 其上的线状痕并非加工所为) , 但是印到硅胶膜上后看不到了。因此在利用高倍法对出土器物上的微痕进行分析时, 尽量在硅胶印膜上或是器物本身的光泽之间进行参照, 而勿将器物本身的光泽参照硅胶膜上的光泽, 使得对于光泽的解释更可信和更有说服力。

  注释:

  [1] 高星、沈辰:《第1章石器微痕分析在中国考古学中的应用与发展前景》, 《石器微痕分析的考古学实验研究》, 第1-22页, 2008年, 科学出版社。

  [2] a. Jesus Emilio, Gonzalez-Urquijo&Juan Jose Iba n ez-Estevez, 2003. The quantification of use-wear polish using image analysis, first results. Journal of Archaeological Science (30) , 481-489.b.Adrian A. Evans, Randolph E. Donahue, 2008. Laser scanning confocal microscopy:a potential technique for the study of lithic mi crow ear, Journal of Archaeological Science (35) , 2223-2230.c.Nathan E. Stevens, Douglas R. Harro, Alan Hicklin, 2010. Practical quantitative lithic use-wear analysis using multiple classifiers, Journal of Archaeological Science (37) , 2671-2678.d.Danielle A. Macdonald, 2014. The application of focus variation microscopy for lithic use-wear quantification, Journal of Archaeological Sciences (48) , 26-33.e.Juan Jose Ibanez-Estevez, Patricia C. Anderson, Jesus Gonzalez-Urquijo&Juan Gibaja, 2016. Cereal Cultiva tion and domestication as sho wn by micro texture analysis of sickle gloss through confocal microscopy, Journal of Archaeological Science (73) , 62-81.

  [3] Laure Dubreuil, Daniel Savage, Selina Delgado-Raack, Hugues Plisson, Birgitta Stephenson and Ignacio de la Torre, 2015. Current analytical frameworks for studies of use-wear on ground stone tools, Use-wear and residue analysis in archaeology. Joao Muenal Marreiros et al. (eds.) Springer, 105-158.

  [4] 高星、沈辰:《第1章石器微痕分析在中国考古学中的应用与发展前景》, 《石器微痕分析的考古学实验研究》, 第1-22页, 2008年, 科学出版社。

  [5] 高星、沈辰主编:《石器微痕分析的考古学实验研究》, 2008年, 科学出版社。

  [6] 王幼平:《<石器微痕分析的考古学实验研究>读后感》, 《中国文物报》2008年9月3日第4版。

  [7] a. Li Liu, Wei Ge, Sheahan Bestel, Duncan Jones, Jinming Shi, Yanhua Song, Xingcan Chen, 2011. Plant exploitation of the last foragers at Shizitan in the Middle Yellow River Valley China:evidence from grinding stones, Journal of Archaeological Sciences (38) , 3524-3532.b. Fullagar, Richard, Li Liu, Sheahan Bestel, Duncan Jones, Wei Gei, Anthony Wilson&Shaodong Zhai, 2012.Stone tool-use experiments to determine the function of grinding stones and denticulate sickles, Bulletin of the Indo Pacific Prehistory Association (BIPPA) 32:29-44.c.刘莉、陈星灿、潘林荣、闵泉、蒋乐平:《新石器时代长江下游出土的三角形石器是石犁吗?》, 《东南文化》2013年第2期。d.刘莉、陈星灿、石金鸣:《山西武乡县牛鼻子湾石磨盘-磨棒的微痕与残留物分析》, 《考古与文物》2014年第3期。e.刘莉、陈星灿、潘林荣、闵泉、蒋乐平:《破土器、庖厨刀或铡草刀》, 《东南文化》2015年第2期。f.Li Liu, Xingcan Chen&Ping Ji, 2016.Understanding household subsistence activities in Neolithic Inner Mongolia, China:Functional analyses of stone tools, Journal of Anthropological Research, Vol. 72 (2) , 226-247.g.Li Liu, Jiajing Wang, Maurece J. Levin, 2017.Usewear and reside analyses of experimental harvesting stone tools for archaeological research, Journal of Archaeological Science:Reports (14) , 43-453.

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  [13] Li Liu, Jiajing Wang, Maurece J.Levin, 2017. Usewear and reside analyses of experimental harvesting stone tools for archaeological research, Journal of Archaeological Science:Reports (14) , 43-453.

  [14] Lawrence H. Keeley, 1980. Experimental determination of stone tool uses:a micro wear analysis. The University of Chicago Press.

  [15] Richard L. K. Fullargar, 1991.The role of silica in polish formation, Journal f Archaeological Science (18) , 1-25.

  [16] Harry Lerner, Xiangdong Du, Andre Costopoulos, Martin Ostoja-Starzewski, 2007.Lithic raw material physical properties and use-wear accrual, Journal of Archaeological Science (34) , 711-722.

  (图表略,详见原文)

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