彭州市大宝铜矿的化学特征及其与金沙青铜器的关系

向 芳 孟繁星 蒋镇东 王心敏 张 擎

（1.成都理工大学 沉积地质研究院，成都610059；2.成都市委统战部，成都610015；3.长庆油田公司第一采气厂，陕西 靖边718500；4.成都市考古研究所，成都610071）

发现于2001年初的成都金沙遗址，被认为与广汉三星堆遗址一样，是另一个古蜀国的政治经济文化中心［1］，它的存在为解读古蜀文明的起源和演化历史提供了重要证据［2］。在金沙遗址中发现青铜器千余件，这些青铜器的矿质来源问题，也是商周时期数量巨大的铜料来源问题的一部分，是众多学者一直关注、涉及商周历史的重大学术问题。

对于古代青铜器矿质来源研究，现今使用较多的方法是利用铅同位素的特征。该方法最早由美国康宁玻璃博物馆的Brill［3］在20世纪60年代所开创；20世纪80年代，金正耀将该方法运用于中国古代青铜器的矿料来源研究，取得了突破性进展［4］，从而广泛运用于考古研究中。

前人在［5，6］对商代包括广汉三星堆在内的众多遗址出土的青铜器进行铅同位素分析时均发现，商代青铜器中存在有 N（206Pb）／N（204Pb）、N（207Pb）／N（204Pb）、N（208Pb）／N（204Pb）的异常高值，这种异常高值被认为与密西西比型异常铅相同［4］。根据现今的铅同位素数据，很难在中国找到具有密西西比型异常铅值相同数值的矿床，最有可能的矿床只发现于云南或西南地区［4］；因此，金正耀认为商代青铜器的主要矿源最有可能来源于云南或西南地区［4］。然而，根据《华阳国志》的记载，蜀人是最早在岷江上游生活的氐羌人的后裔。而在岷山一带盛产有铜、铁、铅、锡等矿产，因而有的学者认为，对于广汉三星堆、成都金沙文明而言，由于古蜀人的迁移路线是沿岷江河谷进入到成都平原，因此其中重要的青铜器和玉石器的来源应该就近采至岷江一线的相关矿产。同时，研究也发现［7］，在金沙和三星堆遗址中出土了大量与区域浅变质作用有关的透闪石玉器，而在成都平原西北部山区广泛分布着与此相关的区域变质岩，因此曾出产透闪石玉的汶川龙溪是最可能的索源区。有着4 000多年文明历史的彭州市位于孕育了灿烂古彭文明的古老湔江上，其北部山区具有广泛的铜矿分布，且有古代开采的记录；因此，金沙青铜器的材质被推测有可能来自于此。为了证实这两者是否存在有密切关系，本文对汶川大地震前采集的珍贵样品进行了相关分析，旨在给这种猜想一个答案。

1 样品采集和测试

彭州铜矿位于四川盆地西缘龙门山褶皱带中南段的大宝山区，矿区内广泛出露的地层为前震旦系白水河群下部的马松岭组，为一套巨厚的变质程度为绿片岩相、原岩为浅海相火山碎屑岩系，夹少量次火山岩、碎屑岩及碳酸盐岩的岩性组合。铜矿主要为中小型黄铁矿型铜锌矿床，兼采金、银［8］。彭州铜矿有着古老的开采历史，据《彭县县志》记载：“彭县采铜，历史悠久。”《辞海》中也有记载“县北多山，有铜矿，发现时代已不可考。土人曾于矿内拾得崇宁古钱，知宋已开采，近代也曾于铜厂坡发现有古人采矿冶炼遗址和崇宁古钱数千枚，可资佐证。”

位于大宝镇（龙门山镇）湔江西北支流发源山区的大宝铜矿，是彭州铜矿的一部分。在该铜矿分布区采集了大宝铜矿的正采矿样、矿石堆样品和高炉熔渣样品，同时也采集了铜厂坡老硐废弃矿点的铜矿和围岩样。样品的主要金属元素分析是在南京大学采用单道扫描型等离子直读光谱仪（ICP－AES）进行测试，检出下限为0.01～0.1 mg／L，精密度≤2%。测试结果见表1。样品的铅同位素是在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部重点实验室完成的。铅同位素样品用多接受等离子体质谱法（MC－ICPMS）测定，所用仪器为英国Nu Plasma HR，仪器的质量分馏以TI同位素外标校正，样品中TI的加入量约为铅含量的1／2，测试结果见表2。通过以上样品的测试，可以获得4方面的结果：（1）不同矿点铜矿的主要元素特征；（2）矿石、脉石、熔渣的元素特征；（3）矿石和脉石在铅同位素上有无差别；（4）通过冶炼后，熔渣和原矿在铅同位素上有无差别。这些结果可以帮助我们获得这样的认识：（1）古人的青铜器在制造过程中会不会造成铅同位素的分馏和比值的改变，利用铅同位素来进行青铜器矿源示踪的基础是否成立；（2）脉石和矿石的铅同位素比值是否相同，对于古矿点不存在矿石时，是否可以用脉石的铅同位素代替矿石的铅同位素，从而实现对古代青铜器的矿源研究。

表1 样品的主要金属元素含量Table 1 Main metal elements content of the samples

表2 样品的铅同位素值Table 2 Pb isotope values of the samples

2 测试结果及其与青铜器的关系

为了便于讨论，将作者以前所测定的金沙遗址青铜器的相关数据列于表3、表4（具体测试方法等见文献［6］）。

从表1可以看出，无论是矿石、脉石和高炉熔渣中均含有铜、铅和锡元素，高炉熔渣和相应矿石的铅含量基本相同，说明铜的冶炼对铅的含量没有太大影响。而相同地区矿石和脉石中铅和锡元素的含量也是基本相同的，表明在没有矿石的地方，围岩的铅和锡的含量也可以大致代表矿石的铅和锡含量，因此可以用围岩的铅和锡含量来代替古矿点矿石的特征。

对比表1和表3可以发现，大宝铜矿区的铜、铅、锡比例和金沙青铜器的比例相差很远，说明金沙青铜器不可能是直接利用该铜矿冶炼而成的。即使可能，由于金沙青铜器中的铅和锡含量较高，因此在冶炼中也必须加入另外的铅矿和锡矿才行。

表3 金沙青铜器的主要金属元素含量Table 3 Main metal elements content ofbronze wares at the Jinsha site

表4 金沙青铜器铅同位素测试结果（1）Table 4 Test results of Pb isotope of bronze wares at the Jinsha site（1）

从表2数据可以发现，5个样品的铅同位素组成几乎是相同的。同时，高炉熔渣和相应矿石铅同位素的相同说明了冶炼过程对铅同位素不会造成分馏，因此青铜器的制造过程不会造成青铜器与铜矿石铅同位素的差异，从而表明利用铅同位素来进行青铜器矿源示踪的基础是成立的。而矿石和脉石中铅同位素的相同则表明，无论用脉石还是矿石，均可以进行青铜器矿源的示踪研究；同时，这也说明，现今有大型铜矿的地方并不一定是古代铜矿的开采地，因为古人大量开采过的铜矿产地可能只有围岩或脉石的残余，因此，应重视除现今铜矿开采地以外的、具有铅同位素异常的其他含铜岩石的研究。

金正耀等［4］认为，商周青铜器中存在有3种铅同位素组成：（1）密西西比型异常铅，N（206Pb）／N （204Pb）＝23.699～20.933；（2）异 常 铅，N （206Pb）／N（204Pb）＝19.678～19.117；（3）普通铅，N（206Pb）／N （204Pb）＝18.880～16.881。从表4和表5可以看出，所测定的金沙青铜器大部分具有密西西比型异常铅组成，即N（206Pb）／N（204Pb）＞20；其次有少量异常铅和普通铅组成。

对比表1和表4、表5的数据可以清楚发现，大宝铜矿的铅同位素组成和金沙青铜器明显不同：一方面，大宝铜矿的铅同位素不存在有N （206Pb）／N（204Pb）＞20的密西西比型异常铅，同时也没有 N （206Pb）／N （204Pb）为 19.678～19.117的异常铅；另一方面，大宝铜矿的N（206Pb）／N （204Pb）比金沙青铜器中具有普通铅组成的同位素值偏低，因此，金沙青铜器的铜矿石来自于彭州市大宝山大宝铜矿的可能性极小。这一结果与上述用铜矿石和青铜器的主要金属元素分析的结果相同。

表5 金沙青铜器铅同位素测试结果（2）Table 5 Test results of Pb isotope of bronze wares at the Jinsha site（2）

由于金沙遗址和三星堆遗址相距不远，且金沙青铜器的铸造工艺技术被认为沿袭了三星堆青铜器的传统技法，两者的文化内涵也有着不可分割的延续性，因此有必要在此简要分析一下三星堆青铜器与金沙青铜器、大宝铜矿之间的关系。根据前人资料［9］，三星堆青铜器中含锡量普遍偏低，质量分数大多未超过9%，只有极个别青铜器达15.71%；铅的质量分数多在10%～25%之间，有的甚至高达32.71%。而金沙青铜器中，锡的质量 分 数 主 要 为 9.56% ～14.49%，最 高 为24.75%；铅的质量分数为1.05%～7.98%，个别高达13.18%。这种金属元素含量和三星堆青铜器的明显不同，具有相对高锡低铅的特征。对比大宝铜矿的金属元素含量也可看出，三星堆青铜器的金属元素含量与之差别较大，不可能直接由大宝铜矿冶炼而成。前人的资料显示［5］，三星堆青铜器的铅同位素分布在19～19.6和19.8～24.4这2个区间，主要集中在21.5～24.0区间，即主要以异常铅和密西西比型异常铅含量为主。对比金沙青铜器和大宝铜矿的铅同位素可以看出，三星堆青铜器的铅同位素与金沙青铜器的相似，虽然在金属元素的含量上不同，但这种不同可能是铸造工艺上的差异造成的。由于铅同位素不会受人为因素的影响，因此这种相似性反映出两者在矿源地上的延续性。三星堆青铜器的铅同位素与大宝铜矿的差异则表明，与金沙青铜器一样，矿质来源于彭州铜矿的可能性很小。

3 结论

通过对位于古蜀文明发源地带彭州市大宝镇大宝铜矿的矿石、脉石、高炉熔渣的主要金属元素和铅同位素的测定，发现铜的冶炼对铅的含量及同位素比值没有太大影响，利用铅同位素来进行青铜器矿源示踪的基础是成立的。同时，脉石和矿石铅和锡的含量以及铅同位素比值的近似表明，在矿石已被采完的古矿区，可以利用围岩特征进行青铜器矿源示踪研究。

对比大宝铜矿与金沙青铜器的主要金属元素和铅同位素比值发现，两者的主要金属元素比值和铅同位素比值存在较大的差异，金沙青铜器的矿质取自于以大宝铜矿为代表的彭州铜矿的可能性很小。同时，将已有数据和前人对三星堆青铜器的研究相对比，发现三星堆青铜器与金沙青铜器的铅同位素比值相似，均以密西西比型异常铅为主，而与大宝铜矿的铅同位素比值差异较大，其取源于彭州铜矿的可能性较小。

感谢刘兴诗教授和阚瑷珂博士在样品采集和相关问题讨论中给予的重要帮助。

［1］王方.金沙遗址出土青铜器的初步研究［J］.四川文物，2006（6）：51－57.

［2］向芳，王成善，蒋镇东，等.成都金沙玉器的稀土元素特征及材质来源［J］.地球科学与环境学报，2008，30（1）：54－56.

［3］Brill R H.Ancient Glass［J］.Scientific American，1963，209（5）：120－126.

［4］金正耀.晚商中原青铜器的矿料来源研究［D］.合肥：中国科技大学，1984.

［5］金正耀，朱炳泉，常向阳，等.成都金沙遗址铜器研究［J］.文物，2004（7）：76－88.

［6］向芳，蒋镇东，张擎.成都金沙遗址青铜器的化学特征及矿质来源探讨［J］.地球科学与环境学报，2010，32（2）：144－148.

［7］成都市文物考古研究所.金沙淘珍——成都市金沙村遗址出土文物［M］.北京：文物出版社，2002.

［8］匡学文，吴春明.四川彭县铜矿岩石地球化学特征及成矿环境探讨［J］.四川地质学报，1996，16（4）：331－339.

［9］杨华.对川西地区早期青铜器铸造原料来源问题的研究及其认识［J］.西南师范大学学报：哲学社会科学版，1997（2）：31－36.