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    石峁古城石质建筑材料来源探讨
    发表时间:2022-08-10 03:15:57 来源:爱游戏体育足彩作者:爱游戏分析指数

      摘要:本文采用考古学与地质学等多学科交叉分析的办法,对石峁遗址城墙石材的地质特征与遗址范围及周边区域的岩石地层进行分析对比。通过其在岩性特征、结构特征、微量组分与沉积环境、地层时代等要素的一致性或相似性,认为石峁城墙建筑石料均系就地取材而得,从而为石峁遗址城墙建筑石料的来源判定提供科学依据。

      石峁遗址作为石峁文化的核心遗址[1],同时也是“公元前2300年中国北方区域政体的中心”[2],在我国文明起源及国家形成阶段扮演着重要角色。据不完全统计,陕北地区龙山时代石城聚落的数量大约有七八十处,仅在石峁遗址所在的秃尾河流域调查并确认的石城聚落不下10处,包括桃柳沟、庙石摞子、石摞子、石坬、寨合峁、虎头峁、薛家会、高家川、寨峁梁、白兴庄等[3]。这些石城聚落如众星拱月般环绕于石峁遗址周边,同石峁遗址一同构建了万邦来朝的社会图景。石料是石峁遗址最为重要的战略资源之一,它既是筑城的前提,也反映着石峁先民的资源获取方式及劳工结构。那么石峁人筑城所用石料到底从何而来?是来自于周边聚落贡赋体系下的远距离运输,还是石峁人在遗址区内的就地取材?只有明确了石料来源,才能以此为基础来复原石峁先民修建石峁城址的情境,进而探讨当时生产力水平和生产组织状况,才能使相关研究建立在坚实可靠的基础之上。

      尽管石峁遗址在夏早期被毁弃[4],相关石料采运痕迹已难以寻觅,但通过对比分析遗址城墙石料与当地岩层的多方面地质特征,就可以判断出城墙石料是否来源于当地岩层。本文拟采用地质学、地球化学和现代岩矿测试分析手段,对石峁遗址皇城台、内城和外城城墙石材地质特征与周边区域的岩石地层进行分析对比,通过分析两者在岩性特征、结构特征、微量组分与沉积环境、地层时代等因素的一致性或相似性,探讨遗址城墙石料的来源,这对我们研究城址用工量及修葺过程、劳工结构及资源战略等问题具有重要意义(图一)。

      石峁遗址地处黄土高原北端、毛乌素沙漠南缘,西接河套平原,东据吕梁之险。其大地构造处于鄂尔多斯盆地的陕北斜坡,区内总体构造不发育,地层总体为向西南缓倾的单斜,倾角3~5°,未见岩浆活动。区域内发育的地层从老到新主要为三叠系的延长组(T3y)、侏罗系的延安组(延安组与直罗组并层J1-2y)、新近系的保德组(N2)、第四系的离石组(Qp2)、马兰组(Q3eol)及现代沉积(Qheol)(图二)。

      研究区侏罗纪地层发育,厚度较大,包括延安组和直罗组2个岩石地层单位,与下伏三叠纪地层为平行不整合。地层厚度90~170米,主要分布于秃尾河二级水系沟谷内及半山上,下部为延安组的灰黄色厚层状细砂岩夹灰绿色厚层状细砂岩,植物化石较多;上部的直罗组岩性为浅灰色、黄灰色厚层状含砾石英粗砂岩、细砾岩,中夹少量紫红色或杂色泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩,古生物化石稀少,该组地层内的细砂岩、粗砂岩及砾岩与石峁城墙石材岩性特征基本相同,是城址建设的主要疑似石材来源岩层。

      笔者首先对遗址内开展1:5000岩石地层专项地质路线调查,在此基础上测制完成了1:500高精度岩石地层标准剖面1条,在剖面测制过程中系统采集了各类岩石的岩矿鉴定样、硅酸盐样、微量稀土元素样、孔隙度、密度样等相关数据(图三)。

      城内地表从下至上出露侏罗系延安组(J2y)和直罗组(J2z),距今约1.5~1.8亿年。两个地层单元在沟谷内广泛分布,延安组分布于沟谷的底部,主要由⑤灰黄色厚层状长石石英砂岩和⑥灰绿色厚层状长石石英砂岩组成,顶部为⑨薄层状杂色泥岩,出露厚度为28~36米;直罗组多分布于沟谷的中上部,由①灰色复成分砾岩、②灰色厚层状含砾石英砂岩、③灰黄色厚层状含砾石英粗砂岩、④灰白色厚层状长石石英细砂岩、⑦浅灰红色中厚层状长石石英砂岩、⑧灰绿/灰黄色薄层状泥岩组成,出露厚度22~53米。通过标准剖面与典型地质路线建立了石峁古城岩石地层柱状对比图和岩石地层分布图(图四)。

      经调查,发现皇城台、内城及外城共含7种岩石类型,分别为①浅灰色复成分砾岩、②灰色厚层状含砾石英粗砂岩、③灰色/灰黄色厚层状长石石英粗砂岩、④灰白色厚层状长石石英细砂岩、⑤灰黄色中厚层状长石石英砂岩、⑥灰绿色中厚层状长石石英砂岩和⑦浅灰红色中厚层状长石石英砂岩。笔者将城址石材与标准剖面岩石特征进行了岩相对比,发现上述7种岩石与剖面岩石特征基本一致(表一)。

      经初步统计,皇城台、内城及外城石料中,②灰色厚层状含砾石英粗砂岩占石料总数的20~30%,岩石质地坚硬,粗粒结构,粒径0.5~2毫米,由石英砾石(10%)、石英(75%)、斜长石(5%)和方解石(5%)等组成,矿物颗粒分选磨圆较差,孔隙不发育,以溶蚀孔隙为主。

      ③灰色/灰黄色厚层状长石石英砂岩约占石材总数的20%,岩石呈灰色至灰黄色,厚层状构造,固结一般,主要由石英(89%)、长石(4%)、岩屑(3%)和少量铁质胶结物等组成。矿物分选差,磨圆较好,粒径为0.45~2.1毫米,孔隙较发育,以粒间孔为主。

      ④灰白色厚层状长石石英细砂岩约占石材总数的40%,岩石呈灰白色,厚层状构造,细粒结构,固结较好,主要由石英(75%)、长石(10%)、岩屑(8%)和少量铁钙质胶结物(5%)等组成。矿物分选好,磨圆较好,粒径为0.1~0.5毫米,孔隙发育一般,以粒间孔和溶孔为主。

      根据野外调查与镜下照片显示,石峁遗址皇城台、内城、外城与石峁地表石材外观特点及岩性特征十分接近,有理由认为二者系出同源。

      结合现有研究[5],Al-、Ti-、Zr-的氧化物和氢氧化物在低温条件下溶解度较低,可作为稳定元素来指示沉积岩中的物源问题,Al2O3/TiO2值介于3~8表征铁镁质物源,8~21表征中间物源,21~70表征长英质物源。城址内石料的Al2O3/TiO2值介于18~83,平均值为39,代表的是长英质酸性物源(图五)。通过对遗址所在区域标准剖面的6种岩性进行统计,发现其Al2O3/TiO2值介于26~58之间,平均值为38,系长英质酸性物源(图六),因此城址石材和地表岩石在成岩物源上是一致的。

      另外排除实验室测试随机误差,各样组之间成分差异仍较为明显,进一步证明城址石材和地表基岩是同一类型的岩石。

      微量元素组分含量和某些元素的比值己经在判别沉积环境和古气候等方面得到了广泛的应用[6],本文分别对遗址石材(皇城台、外城、内城)和地表标准剖面上的岩石系统采集微量元素样品,对其微量元素分析结果进行了系统的分析(表二)。

      通常Sr/Cu比值介于1.3~5之间指示温湿气候,该值大于5则指示干冷气候[7]。从表二可以看出城址石材的Sr/Cu比值均大于5,指示干冷气候,地层标准剖面岩石的Sr/Cu比值也均大于5,反映了城址石材与地表岩石沉积时均处于干冷气候。

      Sr/Ba法是常用的恢复古盐度的方法之一[8],通过古盐度也可间接反映古气候的变化。通常Sr/Ba1指示海相沉积或咸水沉积,0.5Sr/Ba1指示半咸水沉积环境,Sr/Ba0.5为淡水沉积环境[9]。样本测试结果显示,城址石材与地表岩石Sr/Ba比值均小于0.5,显示研究区为低盐度的淡水环境。

      前人研究表明,指示氧化还原条件的微量元素如Mo、V、Ni等可作为古海洋学的敏感指标,根据这些敏感元素含量或者比值可以判断氧化还原环境[10]。一般认为V/Ni值大于1为还原环境,小于1为氧化环境[11]。本区城址石材样品中的V/Ni值为2.95~7.43,地表岩石样品中的V/Ni值为1.1~7.03,因此二者岩石沉积成岩时均为还原环境。

      一般来说,深水沉积物与浅水沉积物相比要富集某些微量元素,多位学者指出,当Co>40×10 -6 ,Cu>90×10 -6 ,Ni>150×10 -6 ,特别是伴有含量小于1×10 -6 的U含量时,其沉积水体为深水沉积环境[12]。样本测试结果显示城址石材和地表岩石的Co含量为2.5~24.8×10 -6 ,均小于40×10 -6 ,Cu含量为2.6~23.0×10 -6 ,均小于90×10 -6 ,Ni含量为5.3~37.1×10 -6 ,均小于150×10 -6 ,U含量为0.4~1.8×10 -6 ,数值多大于1×10 -6 。综上所述,从比较沉积学的角度分析,城址石材与地表岩石沉积成岩的水体深度均为浅水沉积。

      据石城标准剖面与典型地质路线建立的岩石地层分布情况,按照岩石类型系统采集稀土元素分析样品,根据测试结果,计算出了地表岩石与城址石材稀土元素地球化学参数[13],HREE系重稀土元素含量,LREE系轻稀土元素含量,ΣREE为稀土元素总量,LREE/HREE系轻重稀土元素含量的比值。(La/Yb)N为球粒陨石标准化的比值,δEuN、δCeN系以球粒陨石为标准的异常,δEuN=EuN/[(SmN+GdN) 1/2 ],δCeN=CeN/[(LaN+PrN) 1/2 ]。

      从表中可以看出,地表岩石的稀土总量(ΣREE)平均值为132.69×10 -6 ;城址石材稀土总量(ΣREE)平均值为126.70×10 -6 ;地表岩石轻稀土(LREE)为113.95×10 -6 ,城址石材轻稀土(LREE)平均值为108.97×10 -6 ;地表岩石重稀土(HREE)为18.74×10 -6 ,城址石材重稀土(HREE)平均值为17.72×10 -6 ,因此,二者的稀土总量、轻稀土、重稀土基本一致,且二者均具有稀土总量较低、较球粒陨石轻稀土明显富集、重稀土亏损的特点。

      根据测试及相应的计算结果,以球粒陨石为标准进行标准化,绘制了地表岩石及城址石材球粒陨石标准化稀土元素分布模式图,球粒陨石已被认为是地球的原始物质,球粒陨石标准化后能够反映样品相对地球原始物质的分异程度,揭示沉积物源区特征。

      仔细观察图七与图八,我们不难发现二者的LREE/HREE值均较小,稀土元素分布曲线均向右倾斜,右倾程度中等,La-Eu曲线略陡,Gd-Y曲线较平缓,δEuN值大于1,δCeN值小于1,在Eu处有较为明显的“峰”形特征,表明轻稀土富集,重稀土亏损,二者相对于球粒陨石均发生了明显的分异特征。

      研究显示,暖湿气候下,稀土总量(ΣREE)值较高,干旱气候环境下,稀土总量(ΣREE)值较低,研究区城址石材的稀土总量(ΣREE)为45.16~326.13×10 -6 ,平均值为126.7010 -6 ,地表岩石稀土总量(ΣREE)为78.13~202.77×10 -6 ,平均为132.69×10 -6 ,而地壳平均值146.4×10 -6 ,因此,推断本区城址石材与地表岩石沉积成岩的古气候均为干旱与暖湿交替的气候特征,整体均为干旱气候条件,从岩石(石材)的稀土元素含量特征和沉积成岩的气候特征来看,城址石材与地表岩石是一致的。

      另一方面,稀土元素富集状态可指示沉积岩物源问题[14]。一般认为,铁镁质岩石具有较低的轻重稀土比且不存在Eu异常,而酸性岩轻重稀土比较高且存在Eu的正异常。本区地表岩石与城址石材普遍轻稀土富集,重稀土亏损且Eu正异常,说明本次研究的页岩物源为酸性岩,与上述硅酸盐分析讨论结果一致。Ce和Eu异常是沉积岩沉积环境氧化还原状态的可靠指标[15]。沉积物的Ce异常能够指示沉积环境,负异常指示氧化环境,正异常指示还原环境。研究区地表岩石与城址石材样品Ce的微弱负异常表明沉积期的为不明显的氧化环境;Eu的正异常通常表明有热液活动的发生[16],本次研究的所有样品轻稀土富集,Eu负异常,表明研究区两类岩石均未受到热液作用影响。

      石峁遗址皇城台、内城和外城石材来源于距今约为1.5~1.8亿年的中侏罗统直罗组和延安组,其中沟谷上部的直罗组岩石占70~80%,沟谷底部的延安组岩石占20~30%。根据城址石材的形态及组成,从皇城台向内城再向外城,建筑材料中片状石材逐渐减少,块状石材逐渐增多。大部分片状石材可能由采石搬运而来,块状石材可能多由山坡自然崩塌搬运而来。皇城台、内城及外城所处地貌片状及块状石材均有广泛分布,但是皇城台多用片状石材,而内外城块状石材居多,其原因值得深思。从取石难度上看,片状石材大多从岩层中采石而来,而块状石材在地表分布较广泛,多散落于地表,很大一部分的块状石材无需从砂岩母岩处采石即可获取。从建筑材料选择的角度看,皇城台在石峁遗址中地位超然,其台顶有大量的高等级建筑,用片状石材筑城更能体现其无与伦比的威严与地位。值得注意的是,皇城台所用片状石材颜色多为更显美观的黄绿色,而内外城墙所用石材颜色多为较常见的白色或灰色石料。

      石峁城址建筑材料与城址周边地表石料沉积的物源均为长英质酸性物源,沉积环境均为干冷气候条件下的还原环境,水体性质为深度较浅的淡水环境,两者在沉积背景上完全一致,同时两者的岩石类型及其组合、结构构造及矿物成分也是相同的。同时,笔者在皇城台、内城、外城附近均发现较为明显的古采坑、因采石形成的负地形等古采石遗迹,且多沿城墙走向分布于沟谷的顶部,采石活动主要针对层理较发育的薄层状砂岩为主(图九)。考虑其为石峁先民长期采石而成,从运输距离和难度来看,采石场据石墙直线千米,且地势低平,便于运输,甚至有畜力直接参与石料运输的可能。

      综上本文认为,石峁遗址建筑石料来源系就地取材,石峁先民们取石后,或就地加工,或将石料运输回驻地后再行加工,囿于篇幅所限,暂不展开讨论。值得注意的是,不仅仅是石峁遗址,整个北方地区史前石城由于其特殊的地理环境,其筑城所用石料均有可能系就地取材而得。但是不同聚落在石料的选择上颇有讲究,石料的选择或许和该遗址等级有着密切的关系,当然,要厘清这一问题,还有待于进一步研究。

      从对石料的选择与利用,不难看出石峁先民在利用自然与改造自然的过程中已积累了大量经验,所有这些行动或许都在有组织地领导计划下进行。石峁遗址虽规模宏大,但城内可供居住的房址却鲜有发现,或许石峁统治者从周边聚落征调大量居民进行城墙修建,在神权或王权的督导下修建大型公共设施暗示着石峁社会已高度复杂化,当已具备早期国家的特征。本文的研究在一定程度上填补了学界对石峁研究的空白,同时为进一步认识石峁遗址的劳工结构、组织形式、人互等问题提供了线索。

      [2] 孙周勇.公元前第三千纪北方地区社会复杂化过程考察——以榆林地区考古资料为中心[J].考古与文物,2016(4):70-79.

      [3] 孙周勇.公元前3000~公元前1800年北方地区的聚落与社会——以陕西榆林地区考古资料和石峁考古发现为中心[C]∥早期文明的对话——世界主要文明起源中心的比较.上海:上海古籍出版社,2015.

      [6] 宋明水.东营凹陷南斜坡沙四段沉积环境的地球化学特征[J].矿物岩石,2005(1):67-73.

      [8] 王敏芳,焦养泉,王正海,杨琴,杨生科.沉积环境中古盐度的恢复——以吐哈盆地西南缘水西沟群泥岩为例[J].新疆石油地质,2005(6):117-120.

      [9] a.刘春莲,秦红,车平,等.广东三水盆地始新统布心组生油岩元素地球化学特征及沉积环境[J].古地理学报,2005(1):125-136.b.邓宏文,钱凯.沉积地球化学与环境分析[M].兰州:甘肃科学技术出版社,1993:1-150.

      [11]王益友,郭文莹,张国栋.几种地球化学标志在金湖凹陷阜宁群沉积环境中的应用[J].同济大学学报,1979(2):51-60.

      [13] 贺黎民.石峁遗址城墙营建技术研究[D].西安:西北大学,2018.

      (作者:贺黎民 武汉大学历史学院,邵晶 邸楠 陕西省考古研究院;原文刊于《考古与文物》2022年第2期)

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