湖北阳新余家垴遗址调查与采集炉渣的分析研究
2020年春北京科技大学与湖北省文物考古研究所、黄石市博物馆、阳新县博物馆等单位在银山铅银矿区周围进行矿冶遗址课题调查时，发现十余处炼铅遗址，并进行了初步报道[1]。2021年冬为了进一步探明余家垴遗址性质、冶炼技术、文化特征和年代等问题，调查团队对其进行专题复查，新发现一处灰沟遗迹，并清理出陶器残片、炉渣、木炭渣等遗物，现将调查发现及炉渣检测分析报告如下。
一、遗址情况
余家垴遗址位于阳新县荻田村泉池小学南侧，西北直线距离阳新大路铺遗址约6千米（图一）。
余家垴遗址为一高出周边农田约10米的不规则台地，其南侧与武九铁路相邻，北面分布有后背垴、毛屋基等冶炼遗址，东侧为开阔的农田。遗址面积约1万平方米，保存较好（图二）。余家垴遗址在第二次全国文物普查时曾采集周代陶片[2]。
2020年1月中旬，第一次对余家垴遗址进行调查时，恰逢泉池小学在遗址的北边扩建校舍，其教学楼南侧的围墙之外的台坡地被挖成断面，表土层内包含炉渣、陶片等遗物[3]，应为近现代改田等活动形成的二次堆积，为扰乱层。在扰乱层中釆集有炉渣5块，陶片30块。陶片以夹砂灰红陶为主，外饰中粗绳纹和弦断绳纹；采集陶片皆碎小，仍可辨认出器类为鬲、罐（图三）。
此外，在遗址其它地段的地表也采集了一批陶片和炉渣。陶片以夹砂和泥质红陶为主，次为泥质灰陶；纹饰有绳纹、刻划纹，可辨类别有鬲、甗的截锥鬲足，鼎、鬲刻槽足、按窝纹足，罐口沿、豆柄等（图四）。
2022年1月，工作队对该遗址进行了重点复查，获得了新收获：一是在遗址南部的下董祠堂附近的地表采集了一批炉渣。二是在遗址中南部一坡地的断面上，发现一处堆积，经铲平断面观察，在第1层之下，发现一条灰沟。灰沟打破生褐土层，口宽底窄，底部不平，其开口宽190、底宽150厘米，沟深约70厘米。灰沟内的堆积土质土色可分为上下两层（分别编号G1①和G1②层），堆积层内均包含有较多陶片、少量炉渣、炉壁残块和木炭。兹将调查发现的这一处典型遗存情况叙述如下。
（一）文化堆积
断面文化层堆积总厚度为110厘米（图五）。
第1层：表土层，厚20～40厘米，黄褐色土，夹较多粉砂颗粒，土质较疏松，包含少量鬲、罐、甗等残片。
表土层下叠压一条灰沟（编号YJNG1），堆积依土色分为2层。
YJNG1①层：厚度20～30厘米，灰褐色土夹粉砂颗粒，土质较硬，包含陶片及炉渣、炉壁等。
YJNG1②层：厚度为40厘米，灰褐色土，质地偏硬，包含较多有陶片、炉渣、炉壁等。
灰沟打破生褐土，生褐土无包含物。
（二）文化遗物
余家垴遗址灰沟地层与遗迹共存的陶片、炉渣、炉壁残块和木炭粒等关系较为清楚。兹将YJNG1采集的陶片特征介绍如下。
YJNG1①层：出土较多陶器残片，遴选陶片标本12块；以夹砂黑陶、褐红陶、灰红陶为主，纹饰为粗绳纹、细绳纹、弦断绳纹。陶片较小，可辨认的器类有鬲（口沿、腹、足）、罐（口沿、底）、甗（耳、腰、足）、豆（圈足）（图六）。
YJNG1②层：采集陶片标本12块。本层陶片比YJNG1①层的陶片稍大，器类特征较为明显；以夹砂褐红陶、灰红陶、灰褐为多;纹饰有附加堆纹、拍印细绳纹、弦断绳纹、刻划纹、按窝。陶片中，可辨认的器类多数为鬲，少量的鼎、罐等（图七）。
8YJNG1①层出土炉壁挂渣2块、炉壁1块、炉渣1块，YJNG1②层出土炉壁挂渣5块、炉渣4块（详见图八、一四）。
二、冶炼遗物检测分析
（一）扫描电镜-能谱成分分析SEM-EDS
余家垴遗址地表和断面调查发现的炉渣既未形成堆积，且分布稀疏，数量少；炉渣块形状各异，外表多呈深灰色；渣体普遍较小，一般长、宽在0.5～2.5厘米之间，个别大的长、宽约3、厚约0.6～1.5厘米；此外，在遗址上所见冶炼炉壁残块数量也较少，挂渣炉壁与炉壁残块较小。炉渣呈现较小且无堆积现象，与阳新大路铺遗址出土商周时期同类冶炼遗物相似[4]，而与大冶铜绿山发现的春秋时期冶炼遗物呈现堆积状况有别[5]。为了弄清余家垴遗址两次调查的炉渣的冶金内涵，选取47件样品进行检测。
样品提取：首先清洗样品并进行初步分类。并按照炉渣等遗物颜色、密度、流动性、形状、气孔等作为分类标准进行选择，尽可能覆盖遗址地表、断面采集炉渣。对灰沟YJNG1①、YJNG1②所出土的13件炉渣等进行全部取样。然后对样品进行编号、拍照记录。各类样品的提取来源如表一所示。
样品制备：将炉渣、炉壁选取分析部位，使用金刚石带锯进行切割，切割后的样品使用环氧树脂进行镶嵌。随即根据样品质地对样品进行打磨抛光处理，喷碳待测。
成分分析：使用扫描电镜能谱联用仪（SEM-EDS）进行分析。扫描电镜型号TESCAN VEGA3 XMU配备Bruker Nano GmbH 610M 能谱仪。仪器工作条件，激发电压20kv，工作距离15±0.1mm。炉渣基体扫描时尽量避开较大金属颗粒、孔洞，每个样品选取两三个部位进行检测，取其平均值，并将基体成分作归一化处理。
根据基体成分和扫描镜对样品金属颗粒、细节部分的分析情况，可将遗址采集的冶炼遗物分为三类：铅冶炼、纯铜冶炼、青铜冶炼遗物。
（1）铅冶炼遗物检测结果
遗址区冶铅渣的分布范围较广，经分类共遴选出32件冶铅炉渣、炉壁挂渣和炉壁样品（图八）及其检测成分和数据如表二所示。
限于篇幅，仅列举低锰矿石来源的冶铅渣和1件炉壁挂渣样品的物相面貌及组成的背散射像图。其余常见冶铅渣物相可见先前对阳新冶炼遗址整体分析的报道。
（2）纯铜冶炼遗物检测结果
在遗址区局部地段、学校基建扰乱层、灰沟采集了11件冶铜炉渣样品（图一一），检测结果见表三。
兹列举2件典型冶铜炉渣样品的物相面貌及组成的背散射图像介绍如图一二、图一三。
（3）青铜冶炼遗物的检测结果
两次调查时共在遗址地表釆集4块（图一四），检测结果见表四。
其中3件典型青铜冶炼渣的样品的物相面貌及组成的背散射图像见图一五~图一八。
（二）铅同位素分析
选择余家垴及周邻遗址后背垴、毛屋基等遗址的冶铅炉渣的样品，清洗去除表面泥土等残留、破碎挑选合适大小的样品、进一步清洗烘干、并粉碎至200目以下。在北京科荟测试技术有限公司实验室ThermoFisher公司Neptune plus型MC-ICP-MS完成铅同位素比值分析，结果见表五。
三、遗址文化内涵与冶炼技术讨论
（一）文化遗物的时代
余家垴遗址经多次调查，在地表采集较多陶片，此前将其时代分别推定为周代或两周。灰沟内出土陶片皆可在大路铺遗址商周时期的陶器类中找到相同或相近的器类。其中，有数件陶片反映的器类与时代特征明显，这为进一步判定冶炼遗存年代提供了直接依据。如灰沟第1层出土一件尖圆形甗足（标本YJN G1①∶09），锥足较粗短，其与大路铺遗址商周阶段第四期Aa型Ｉ式甗足（标本03·E·H130∶18）酷似[6]；灰沟第1层出土一件的甗腰（YJN G1①∶08），其与大路铺遗址第四期的Ca型Ⅱ式甗腰形状相似（Ⅱ84·N·T5③∶3）[7]。灰沟第2层出土一件截锥鼎足，夹细砂灰褐陶，足根部饰交错绳纹（标本G1②∶09），与大路铺遗址第四期Aa型鼎足（03·E·H149∶30）形同[8]；灰沟第2层出土一件陶鬲上部残片（标本YJN G1②∶012），其卷沿、方唇，斜弧颈，肩腹饰2道弦断绳纹的风格，酷似大路铺遗址第三期Ab型Ⅲ式陶鬲上部（90·E·T217④∶6）[9]。此外，灰沟第2层出土一件圆锥状刻槽足鬲（标本YJN G1②∶010），流行于大路铺遗址第三期。
因此根据陶器的类型学分析工作，余家垴遗址出土遗物的年代上限或可早至大路铺文化第三期，但对具体年代判断尚需科学发掘工作对遗址整体的地层关系加以明确并结合可靠的碳十四测年信息进一步明确。根据炉渣特点及相关遗址的冶炼规模、特点等诸多信息可推断该遗址冶炼活动大致对应大路铺文化兴盛阶段。
（二）铅冶炼技术状况及其产品分析
除两个炼铅渣含锰甚少外，其余炼铅渣皆含有较高的锰，部分炉渣中含有硫元素和砷元素，与此前报道的银山周边诸遗址状况相同，主要产品是含有一定铜砷的粗铅，以及少量由砷锑铅等组成的黄渣与高品位冰铜[10]。
铅同位素比值特征：本次对余家垴、后背垴、毛屋基、银山、候辰山、柯家山等十余处样品采集样品的铅同位素比值数据均属普通铅范畴，将将余家垴等遗址铅同位素数据与银山铅矿及黄石市其它其铅矿铅同位素数据[11]比较，可知余家垴等遗址与阳新银山铅矿数据最为符合，见图一九。
（三）铜冶炼技术状况及其产品分析
余家垴遗址的炼红铜炉渣，与距其西北6千米的阳新大路铺遗址出土的商周时期的冶炉渣状况相似[12]，但YJN02号样品（图一二）是个特例，该样品中有粒径约为1.2mm的金属颗粒含Cu52.9%、Fe43.1%，与贵池出土的东周含Cu54.28%、Fe40.31%的铜锭成分相当，应是在较强还原气氛下获得的高铁粗铜[13]，可能也像贵池东周铜锭一样作为冶炼产品，或再经过精炼获得纯铜，或直接进入流通领域。
（四）青铜冶炼技术状况及其产品分析
余家垴遗址发现的合金化炉渣皆为地表采集，年代信息不明。长江中下游地区多次发现类似的现象，已知的遗址有大冶香炉山遗址、苦莲山、张家墩、乌龟墩、木鱼墩等，安徽铜陵的神墩、夏家墩等遗址[14]以及铜陵师姑墩等遗址皆发现西周时期青铜合金化炉渣[15]，这说明长江中下游地区早期遗址上存在青铜合金冶炼技术，这也从侧面证明了阳新余家垴遗址的开发具有长江中下游先秦冶金遗址开发的诸多面貌特征。
（五）矿料来源问题
（1）铅矿来源：余家垴遗址距离最近的矿区为阳新银山铅锌矿，主要矿体露头均为含铅锌的铁锰帽，各矿体中矿石主要成分类型分别为褐铁矿矿石（Ⅱ号矿体）、氧化铁锰矿石（Ⅱ号矿体）、氧化铁锰铅锌矿石（Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅴ号矿体）。综合考虑诸遗址炼铅渣的铅同位素与银山铅锌矿床铅同位素最为符合，且绝大部分炉渣都含有较高的锰的事实，可以肯定余家垴等诸遗址的铅矿料来源为银山铅锌矿区。
余家垴遗址地表采集的两块炼铅渣与其它炼铅渣基体成分不同（图一〇，YJN28、29号样品），含锰甚少，有可能来自银山矿区不含锰的矿体，或来自其它不含锰的铅矿区，有待后续研究确定。
（2）铜矿来源：阳新白沙矿区铜料资源丰富，铜矿石或就近来自白沙镇附近的铜矿，例如赤马山、欧阳山、犀牛山、牛头山等铜矿。
（3）锡料来源：鄂东南地区锡料资源匮乏。样品YJN03中发现较大直径约1mm的锡铁铜矿物残留，其中较高含铜量和较高含铁量的锡矿物，可能分别为黄锡矿脱硫、水锡矿脱水的残留，可作为锡矿产源的一个特征。安徽省枞阳陈家山遗址也发现有同类迹象[16]。与鄂东相邻的赣北是长江中下游沿江一带有报道的产锡区，且该区域在地理位置及早期遗址的冶金考古背景等方面皆有较强的指向性，著名的矿点较多，据不完全统计共有4处矿点，分布在德安、浮梁、永修、武宁—上高等县，该地除发现锡石（SnO2）、黄锡矿（Cu2FeSnS4）等矿物外，也多次发现水锡矿（Sn·Fe）（O·OH）2。从以上现象判断，余家垴遗址等鄂东地区出现的锡青铜冶炼遗址所用锡矿来源应指向江西锡矿区。
四、结论
对遗迹分析、陶片及冶金活动等的综合分析，表明该遗址中存在纯铅、粗铜及锡青铜三种产品，是大路铺文化冶金技术的典型代表。上述研究结果预示着银山周边诸遗址可能都具有相同的冶金技术内涵，这一点需要开展更深入的工作予以证实。
附记：本文受到国家重点研发计划重点专项“中国早期冶金资源调查和冶金技术研究”（项目编号2020YFC1521606 ）、黄石市文物保护中心与北京科技大学合作的“黄石市工业遗产调查”项目资助。先后参与调查的人员还有：马鹏、厚望、李辰元（北京科技大学科技史与文化遗产研究院）、崔春鹏（中国国家博物馆）。
