河南固始侯古堆M1位于河南省固始县, 东与安徽省霍丘县交界, 南与安徽、 湖北两省接壤, 为春秋末年的墓葬, 出土了大批青铜器、 玉器、 漆器和陶器等。 实验样品均来自于河南固始侯古堆M1, 由河南省文物考古研究院提供, 共计10件, 其基本情况参见图1及表1, 器型以玉璜、 玉璧、 玉环等礼器为主, 表面多刻有云雷纹、 饕餮纹、 卷云纹等繁复纹饰; 还有尺寸小巧、 制作精良的玉带钩、 玉人等装饰物。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 典型玉器样品照片Fig.1 Typical photos of jade artifacts observed

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 玉器样品的基本情况河南固始侯古堆一号墓 出土玉器目录 Table 1 The catalog of the unearthed jade artifacts from tomb No.1 in Hougudui, Gushi, Henan Province 编号 器型 样品描述 M1-36-8 玉璜 乳白泛青, 长7.8 cm, 宽1.7 cm, 厚0.2 cm M1-36-7 玉璜 翠绿色, 长10.9 cm, 宽3 cm, 厚0.2 cm M1-36-10 玉龙佩 乳白色, 尾部略残, 龙身长11 cm, 宽3.9 cm, 厚0.5 cm M1-36-12 玉环 乳白色, 外径10.7 cm, 内径6.4 cm, 厚0.5 cm M1-35-14 玉人 乳白泛青, 高2.5 cm M1-37-1 玉带钩 乳白色, 长2.1 cm, 宽1.7 cm, 厚1.3 cm M1-36-1 玉璧 蜡黄和灰褐诸色, 直径11.9 cm, 孔径5.5 cm, 厚0.1~0.3 cm M1-36-3 玉璧 青灰色, 直径6 cm, 孔径2.3 cm, 厚0.6 cm M1-36-17 玉璧 乳白色, 直径3.6 cm, 孔径1.3 cm, 厚0.35 cm M1-36-4-1 玉环 乳白色, 外径9.2 cm, 内径5, 9 cm, 内厚0.3 cm, 外厚0.2 cm

表1 玉器样品的基本情况河南固始侯古堆一号墓 出土玉器目录 Table 1 The catalog of the unearthed jade artifacts from tomb No.1 in Hougudui, Gushi, Henan Province

1.2.1 X射线荧光光谱技术(XRF)

样品的化学成分信息由手持式能量色散型X射线荧光光谱仪获取, 采用了美国Thermo Niton公司, 型号为Niton XL3t 950 GOLDD+ series的光谱仪。 其主要激发源为微型X射线管, 靶材为Ag, X射线管的激发电压为50 kV, 最大值分析元素范围为Mg~U。 采用高级别的GOLDD X射线探测器, 采样热电(peltier)制冷技术, 具有极高的灵敏度与分析精度, 用于快速无损检测。 配备CamShotTM CCD 彩色摄像功能, 可实时记录测试部位的照片。

1.2.2 激光拉曼光谱技术(LRS)

样品的物相结构信息通过微型便携式拉曼光谱仪获取, 采用了必达泰克光电科技(上海)有限公司的MiniRam微型近红外激光拉曼光谱仪, 型号为BTR111-785, 由美国必达泰克公司生产, 采用高纯度785 nm窄线宽激光光源(输出功率大于300 mW), 高灵敏度响应范围在175~2 800 cm^-1。 采用16位模数转换仪, 传感器为TE致冷控温CCD传感器。

1.2.3 超景深光学显微技术

显微观察与测量是获取样品表面微痕迹信息的重要手段, 采用日本基恩士(KEYENCE)公司生产的超景深三维显微系统, 型号为VHX-5000, 该仪器配备1/1.8英寸CMOS图像传感器, 实效像素1 600(H)× 1 200(V), 进行逐行扫描, 帧率最大可达50 F· s^-1, 增压快门可在0.02~4 s之间, 放大倍率为20× ~2 000× , 具备多种尺寸测量、 透射观察及图像拼接等功能。 本实验中的微痕观察采用20× ~200× 的小型高性能变焦镜头。

1.2.4 扫描电子显微技术(SEM)

采用日本日立(HITACHI)公司生产的台式扫描电子显微镜, 型号为TM3030, 由中国丝绸博物馆提供。 具有5 kV, 15 kV和EDX三种观察模式, 可分别用于观察样品的表面细节、 高分辨观察和元素分析。 实验时工作条件为: 加速电压15 kV, 放大倍率为20× ~200× 。

根据化学成分和物相结构分析结果(表1)样品可分为两类, 第一类样品包含M1-36-8, M1-36-7等9件样品, MgO, CaO和SiO₂的含量范围分别为10.5%~12.4%, 10.1%~12.6%和73.6%~76.6%, 与阳起-透闪石系列矿物(Ca₂(Mg, Fe)₅[Si₄O₁₁]₂)的理论组分(MgO 24.8%, CaO 13.8%和SiO₂ 59.2%)较为接近。 此类样品的拉曼特征峰主要在1 061, 681和226 cm^-1处[图2(a, b, c)], 其中1 061 cm^-1反映Si— O— Si的反对称伸缩振动模式, 681 cm^-1反映Si— O— Si的对称伸缩振动模式, 226 cm^-1反映O— H— O基团的晶格振动峰, 与阳起-透闪石系列矿物拉曼特征峰一致, 综合两项结果判断该类样品为阳起-透闪质矿物^[9]。 随着矿物中Fe²⁺对Mg²⁺类质同象替代的增加, 透闪石会转变为阳起石。 一般认为将Mg²⁺/(Mg²⁺+ Fe²⁺)的摩尔比值作为参照, 当其大于90%时为透闪石, 在50%~90%之间为阳起石, 小于50%时为铁阳起石。 经计算这9件样品均为透闪石。 第二类样品仅M1-35-14一件, 化学成分为Al₂O₃ 24.80%, SiO₂ 56.43%和K₂O 10.33%, 与云母[KAl₂(Si₃Al)O₁₀(OH)₂]的理论值(Al₂O₃ 38.50%, SiO₂ 45.20%和K₂O 11.8%)较为接近, 其中SiO₂含量偏高而Al₂O₃含量偏低可能是因为表面浮有杂质。 拉曼峰位于265和410 cm^-1[图2(d)]; 其中265 cm^-1反映晶格振动和阳离子交换, 410 cm^-1归属于On_b— Si— On_b变形振动。 此件样品的化学成分与拉曼特征峰位置均与云母类矿物吻合, 综合两项结果判断该类样品为富钾铝的云母质矿物。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 玉器样品的拉曼光谱图 (a), (b), (c): 透闪石类玉器; (d): 云母类玉器Fig.2 Raman spectrum of jade artifacts analyzed (a), (b), (c): Tremolite type jade; (d): Muscovite type jade

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 玉器样品的化学成分分析结果(Wt%) Table 2 Chemical composition of jade artifacts observed(Wt%) 编号 MgO Al2O3 SiO2 K2O CaO TiO2 Fe2O3 M1-36-8 11.3 0.8 76.6 0.1 10.9 0.0 0.4 M1-36-7 11.9 0.9 76.1 0.1 10.5 0.0 0.5 M1-36-10 10.5 0.8 76.7 0.1 11.0 0.0 0.9 M1-36-12 11.6 1.4 75.7 0.1 10.7 0.0 0.5 M1-35-14 1.7 25.9 58.9 10.8 0.1 0.1 2.6 M1-37-1 11.3 1.3 75.6 0.2 11.2 0.0 0.3 M1-36-1 10.6 1.8 73.6 0.2 12.6 0.0 1.1 M1-36-3 12.4 1.1 75.9 0.1 10.1 0.0 0.3 M1-36-17 11.9 1.4 75.7 0.1 10.2 0.0 0.7 M1-36-4-1 11.1 1.0 76.6 0.1 10.9 0.0 0.3

表2 玉器样品的化学成分分析结果(Wt%) Table 2 Chemical composition of jade artifacts observed(Wt%)

加工工艺的研究技术以显微观察为主导, 以硅胶覆膜为辅助工具, 选用3M ESPE Express轻型硅胶对重点微痕进行了复刻。 样品中9件为平面型, 1件为圆雕型, 有明显钻孔痕迹, 抛光精良。 故从钻孔、 切割打磨工艺和其他特殊工艺四方面展开对加工工艺的研究。

2.2.1 阴刻工艺

相关学者探究了古代玉器^[10]和石器^[11]等硅酸盐类文物阴刻特点, 总结出砣刻的主要特征为线段流畅、 切口圆滑规整, 中部宽深两端尖浅, 而手持硬质工具刻划无规律性特点。 本次试验中直线刻痕的典型代表为M1-36-7。 在较低倍率下整体观察其表面[图3(a)], 阴刻双阴线流畅度高, 线段整体长直, 中部宽窄均匀, 两端尖锐。 对其中部间隔一段距离取点观察[图3(b)], 刻痕深度平均深度为0.1 mm, 最大差值为0.04 mm, 切口角度平均值为146.23° , 标准偏差为1.57。 剖面沟槽下凹并呈现“ U” 字形[图3(c)], 下凹的最深点为砣具的着力点。 整体来看[图3(d)]该段阴刻直线中部深度和切口角度变化比较均匀, 这种有序规律的变化由砣具加工所致。 裸眼观察M1-36-8, 阴刻直线宽度变化不均, 但在较低倍率下[图3(e)]直线流畅度高, 对其硅胶脱模相应位置处测量[图3(f)], 刻痕深度平均值为0.07 mm, 最大差值为0.03 mm; 切口角度平均值为148.67° , 标准偏差为1.82, 刻痕深度和切口角度变化较小。 故该件样品也是由砣具加工, 宽度不均应是砣具在同一位置多次刻划所致。 而M1-35-14底部十字状交叉阴刻直线, 在较低倍率整体观察其表面痕迹[图3(g)], 阴刻宽度变化不均, 底面凹槽有多次刻画痕迹, 破裂面杂乱。 对其硅胶脱模阴刻直线处间隔一段距离取点, 平均深度为0.83 mm, 最大差值为0.9 mm; 切口角度平均值为93.66° , 标准偏差为18.83。 整体来看[图3(h)]刻痕深度和切口角度均明显呈现无序变化, 可能为手持硬质工具加工。

图3

Fig.3

Figure Option ViewDownloadNew Window

图3 阴刻直线的显微特征图及折线图 (a): M1-36-7平面图; (b): M1-36-7阴刻直线部分; (c): M1-36-7剖面图; (d): M1-36-7切口角度与刻痕深度折线图; (e): M1-36-8平面图; (f): M1-36-8切口角度与刻痕深度折线图; (g): M1-35-14底部平面图; (h): M1-37-1切口角度与刻痕深度折线图Fig.3 Micrographs and broken line diagrams of straight line carving (a): M1-36-7 inplan view; (b): M1-36-7, straight line carving; (c): M1-36-7, cross section; (d): M1-36-7, broken line diagram; (e): M1-36-8, inplan view; (f): M1-36-8, straight line carving; (g): M1-35-14, inplan view; (h): M1-37-1, broken line diagram

曲线刻痕的典型代表为M1-37-12, 在较低倍率下观察[图4(a)], 阴刻曲线流畅度高, 对其硅胶脱模阴刻直线处间隔一段距离取点观测, 除末端与阴刻直线连接处刻痕加深, 曲线部分刻痕深度整体呈两端较浅、 中间较深的分布, 平均深度为0.05 mm, 最大差值为0.04 mm, 切口角度平均值为153.12° , 标准偏差为7.47, 切口角度变动不大, 符合砣刻特征。 在转弯处有放射状痕迹[图4(b)], 凹槽底部有凹凸不平的脊洼, 推测是砣具搭配解玉砂雕刻。 该件玉器上还出现流畅度不足、 多段短线段拼接的曲线[图4(c)], 推测是玉匠手艺差异等主观因素所致。 样品M1-37-1也出现类似阴刻曲线, 在扫描电镜下观察其硅胶脱模[图4(f)], 线条流畅平整, 末端尖浅, 宽度变化均匀。 对其相应位置进行测量[图4(d, e)], 平均深度为0.11 mm, 深度最大差值为0.04 mm, 切口角度平均值为128.96° , 标准偏差为4.74, 角度变化均匀, 符合砣具加工特点, 但无明显解玉砂痕迹, 凹槽底部纹理平滑。 该类现象与邓峰^[12]所做的模拟实验结果砣刻不一定要添加解玉砂的观点相符, 但也可能与后期的抛磨有关。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 阴刻曲线的显微特征图 (a): M1-37-12平面纹饰图; (b): M1-37-12解玉砂痕迹; (c): M1-37-12阴刻曲线部分; (d): M1-37-1平面纹饰图; (e): M1-37-1阴刻曲线部分; (f): M1-37-1阴刻曲线扫描电镜图Fig.4 Micrographs of curve carving (a): M1-37-12in plan view; (b): M1-37-12, abrasive trace; (c): M1-37-12, curve carving; (d): M1-37-1in plan view; (e): M1-37-1, curve carving; (f): M1-37-1, SEM image

阴刻痕迹的宽度反映加工工具的刃宽, 但在转弯处因工具与样品的接触面增大宽度也会增大, 故选取该批玉器砣刻部分中部均匀处进行测量。 该批砣刻玉器的阴刻线线宽变化均匀, 平均值为0.52 mm, 说明当时已具备加工刃部较锋利的砣具机械技术, 金属砣具或已出现。 本试验中仅M1-35-14出现手持硬质工具多次刻划痕迹, 其他都为砣刻加工, 平均深度在0.05~0.1 mm之间, 切口角度标准偏差均小于7.47。 综合实验结果和前人对手持硬质工具加工的研究, 对不同工具加工产生的阴刻痕迹特征作出小结(表3)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 两种不同加工工具加工痕迹特征总结 Table 3 Summary of the carving trace characteristics of uwo different tools 观察区域 特征参数 手持硬质工具加工 砣具加工 直线刻痕中部均匀处 表面痕迹 宽度连续性通常不佳 宽度基本一致 刻痕深度 深度变化不均匀 深度变化较小, 比两端深 剖面形状 无下凹状沟槽特征 下凹状沟槽呈 “ U” 形 切口角度 切口角度不均匀 切口角度基本一致, 变化幅度小 直线刻痕两端 刻痕深度 深度较中部浅 深度较中部均匀渐浅 曲线刻痕转角处 表面痕迹 宽度增大 宽度增大, 有解玉砂飞溅产生的放射状歧出痕迹

表3 两种不同加工工具加工痕迹特征总结 Table 3 Summary of the carving trace characteristics of uwo different tools

2.2.2 钻孔工艺

测试的样品中共4件有明显钻孔。 其中M1-36-7有3个钻孔, 两面孔径差值在0.16~1.93 mm之间, 均为双面对钻开孔。 中间孔孔型较为笔直[图5(a)], 左侧孔孔型呈锥形[图5(c)], 台阶痕均靠近孔口, 说明钻孔时先从一端开始, 快钻穿时再从另一侧对钻联通。 右侧钻孔呈明显锥形[图5(b)], 为实心钻钻孔; 孔壁粗糙, 内有明显螺旋纹, 且孔径宽于同一玉器的其他两孔, 推测扩孔时添加解玉砂所致。 M1-36-8有4个钻孔[图5(d)], 两面孔径的差值在0.82~1.85 mm之间, 孔道均呈锥形, 孔壁内无明显圆周状螺旋纹, 故推测是由实心钻双面对钻开孔, 并添加解玉砂^[11]。 M1-36-10有8个钻孔, 两面钻孔的差值在0.01~1.02 mm之间, 由该孔的硅胶脱模可判断钻孔方式为双面对钻, 多有钻孔时钻具晃动的痕迹。 其中的一个钻孔对接处出现明显偏差, 硅胶脱模结果反映出钻孔工具为实心钻[图5(e, f)], 直径约为1.67 mm。 该件玉器两面孔径的差值较其他样品小, 推测是使用了机械性能较好的金属钻头。 M1-35-14有1个钻孔[图3(g)], 孔壁内有圆周状螺旋纹, 深度较深, 贯穿玉人的头脚, 且两端孔径大小差值为0.3 mm, 推测为双面对钻, 但无法判断钻孔工具。 底部钻孔痕迹与十字纹阴刻痕迹相切, 钻孔痕迹打破阴刻痕迹, 加工顺序为先阴刻, 再于交叉处中心位置钻孔。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 钻孔方式显微特征图 (a): M1-36-7中间的钻孔脱模; (b): M1-36-7右侧的钻孔脱模; (c): M1-36-7左侧的钻孔脱模; (d): M1-36-8, 钻孔显微图; (e): M1-36-10钻孔脱模; (f): M1-36-10钻孔脱模俯视图Fig.5 Micrographs of different drilling types (a): M1-36-7, molding of middle hole; (b): M1-36-7, molding of right hole; (c): M1-36-7, molding of left hole; (d): M1-36-8, wallof hole A; (e): M1-36-10, molding of hole; (f): M1-36-10, vertical view of hole

2.2.3 切割、 打磨工艺

切割工艺和打磨工艺分别是治玉流程的首末。 春秋时期的切割工艺有柔性线切割和片切割两种, 国内相关学者^[12]对此进行的模拟实验发现柔性线切割开片时, 由于工具在切割过程中产生弹性形变, 会在样品表面留下短弧线; 片切割开片遗留痕迹多为长直线。 M1-36-1有两处切割痕迹, 一是在样品底面有明显长直开片痕迹[图6(a)], 放大至100倍观察切割处有水平平行磨痕, 推测为片切割开片; 二是样品侧面有未完成的切割开片痕迹, 透射模式下观察[图6(b)]开片过程中更换了多个切入角度, 切割工具与玉料相切处均为直线, 故切割方式为片切割。 切割处的凹口宽度反映出锯片刃宽[图6(c)], 经测量约为0.67 mm。 打磨痕迹在每件样品上都存在, 较多出现在样品的水平的棱面上。 如M1-36-17号玉器[图6(d)], 环内缘无明显螺旋纹, 被打磨痕迹所覆盖, 呈现出较高的光泽度。

图6

Fig.6

Figure Option ViewDownloadNew Window

图6 切割打磨及其他工艺显微特征图 (a): M1-36-1片切割痕迹; (b): M1-36-1透射模式显微图; (c): M1-36-1片切割脱模; (d): M1-36-17内缘打磨痕迹; (e): M1-36-3浅浮雕3D图; (f): M1-36-8浅浮雕3D图; (g): M1-37-1掏膛痕迹; (h): M1-37-1实心钻痕迹Fig.6 Micrographs of cutting and grinding marks and other technologies analyzed (a): M1-36-1, trace of slice cutting; (b): M1-36-1, transmission micrograph; (c): M1-36-1, molding of cutting portion; (d): M1-36-17, internal polishing marks; (e): M1-36-3, 3D image; (f): M1-36-8, 3D image; (g): M1-37-1, trace of dig-out; (h): M1-37-1, trace of solid drilling

2.2.4 其他特殊工艺

浅浮雕工艺流行于东周时期, 是指在平面上雕刻处高低起伏、 立体感强的纹饰, 实验中多个样品上均出现浅浮雕工艺, 主要分为两类, 一是以M1-36-3为例的完全减地地浅浮雕[图6(e)], 先采用压砣砣磨掉部分玉料, 再使用勾砣进行阴刻加工; 还存在于M1-36-17, M1-36-3, M1-36-4-1和M1-36-7, 顶部到底部的高度差在2.58~4.61 mm之间。 二是以M1-36-8为例的未完全减地浅浮雕[图6(f)], 顶部到底部的高度差4.82 mm, 以勾画的阴线作凹槽, 将凹槽两端琢磨成两个分离的圆形弧坡, 这种浅浮雕风格具有早期楚玉特征。

掏膛工艺是指将玉料除去内芯的一种加工手段, 主要分为两类, 一是用实心钻多次钻孔去料掏膛, 形状可根据钻孔位置改变; 二是管钻钻孔取出内芯, 去料部分呈圆柱状。 样品M1-37-1掏膛部分呈长方体, 底部四个角有明显实心钻钻孔痕迹[图6(g)], 钻具尺寸约为2.11 mm[图6(h)], 棱边平直, 凹槽内部有平行磨痕。 加工流程应为先钻孔定位, 后使用手持硬质工具除去多余玉料所成。

玉料材质方面, 研究测试的10件样品中9件为透闪石材质, 莫氏硬度5~6, 器型为玉璜、 玉环等礼器和日常用品玉带钩; 1件为云母材质, 但色泽与透闪石相似, 莫氏硬度2~3, 器型为圆雕玉人, 为用于代替人殉的葬玉。 这一现象反映出两点, 一是当时的玉匠对玉料硬度有粗略判断, 选择硬度较低的材料采用圆雕工艺; 二是不同材质的玉料或已产生等级之分, 软玉为较高等级的玉料。 西周时期使用的玉器材质已很丰富^[13], 本研究中透闪石质的软玉用于祭祀和日常生活, 云母玉用于陪葬, 说明东周时期贵族阶层在用玉方面规避了滑石、 玛瑙等杂项, 以软玉为主流的用玉制度逐渐形成。 目前的研究提出该时期透闪石质玉料的主要来源有新疆地区的输入玉料和洛阳当地自产玉料, 但对矿物来源的判定目前还没有充分的依据, 需要后续比较不同矿脉之间的细微差异再做判断。

加工工艺方面, 该批样品中的雕刻痕迹不论直线还是曲线, 多采用砣具作为雕刻工具, 部分有添加解玉砂的现象, 以高速运动的砣具带动解玉砂刻划出流畅的线条。 但在云母质玉人上出现手持硬质工具多次刻划的痕迹, 不同的选择或与玉料硬度有关。 钻孔均采用实心钻双面钻孔进行加工, 能有效防止单面加工过深以致玉器崩坏, 钻孔孔径较小。 开料方面, 出现未完成的片切切割开料痕迹, 锯片刃口锋利, 刃片较窄。 玉器表面温润细腻, 说明打磨抛光工艺较好, 应经过棉布、 皮革等低粗糙度的有机质材料细磨。

目前对该墓墓主的身份有两种看法, 一是吴国夫人, 二是楚国贵族^[14]。 样品中浅浮雕风格和边框处斜纹与早期楚系玉器风格相似, 可为判断提供信息。 早期对河南安阳殷墟玉器的研究中发现有柔性线切割开片和线锼痕迹, 而本次样品中出现了较为成熟的片切割痕迹, 说明河南地区晚商至西周时期片切割工具的制作发生了重大突破。