良渚遗址物质的Sr-Nd同位素特征、物源及其对古文化消亡的指示意义

姬 翔，吴卫华*，陈明辉，王宁远，刘 斌，徐士进，杨杰东

1.表生地球化学教育部重点实验室（南京大学），地球科学与工程学院，南京210023；2.浙江省文物考古研究所，杭州310000

良渚遗址物质的Sr-Nd同位素特征、物源及其对古文化消亡的指示意义

姬 翔1，吴卫华1*，陈明辉2，王宁远2，刘 斌2，徐士进1，杨杰东1

1.表生地球化学教育部重点实验室（南京大学），地球科学与工程学院，南京210023；2.浙江省文物考古研究所，杭州310000

良渚文化作为新石器时代晚期的重要文化之一，与中华文明的起源有着重要联系。位于杭州瓶窑镇的良渚古城遗址，则代表了良渚文化发展的巅峰。我们采集了良渚遗址剖面的文化层、上覆黄粉土的土壤样品以及遗址周边地区的河流和钱塘江的沉积物样品，测试分析了它们的Sr-Nd同位素组成。通过对比黄粉土和文化层的同位素组成变化，结合遗址周边环境和前人对长江沉积物、东海沉积物的研究，我们推测，良渚黄粉土物质来源可能是东海、长江沉积物和钱塘江沉积物的混合，良渚文化可能并非消亡于来自周边山体的山洪，而是与海侵或者长江下游洪水泛滥有关。

良渚文化层和黄粉土；Sr-Nd同位素；物源；文化消亡

1 引言

良渚文化（约4300～5300年前）代表了新石器时代晚期的一个高度发展阶段，分布于太湖流域，以精美的玉器闻名，在今天的江苏、上海、浙江等地均发现其遗址（朱丽东等，2011；蒋卫东，2003）。4300年前左右，良渚文化消亡，一般认为与当时的气候突变有关（王绍武，2005；刘演等，2014；吴立等，2012；于世永等，2000；申洪源等，2004），目前主流的说法是水患说。例如，张玉兰通过对广富林遗址和马桥遗址剖面的孢粉、藻类分析，判断良渚文化后期该区域水域面积扩大，可能有洪灾发生；并根据有孔虫分析，判断广富林遗址受海的影响越来越小，从而认为是洪水导致了良渚文化的消亡（张玉兰，2008）。吴文祥和刘东生（2004）则认为，在距今约4000年前的降温事件和地球轨道要素的共同作用下，东亚夏季季风降雨带向南迁移，从而使得中国出现了北旱南涝的现象，可能也是导致良渚文化衰亡的重要原因。此外，考古人员在发掘过程中，在很多地方的良渚文化层上都发现覆盖有一层厚度不均的黄粉土，并认为其为洪水沉积物。

如果良渚文化确实是因洪水而消亡，那么这些洪水又是从何而来？良渚文化所处地理环境较为复杂，其活动范围主要是太湖流域的杭嘉湖平原；北部有太湖和长江，南部有钱塘江，东部临近东海，西部靠着天目山脉。基于其地理环境的复杂性，东海、长江、钱塘江、太湖以及天目山脉流出的东苕溪都有可能是引发其消亡的洪水来源。

本文以浙江省杭州市瓶窑镇的良渚古城遗址为研究对象，该古城遗址由浙江省考古所于2007年发掘并确立，被认为是良渚的政治文化中心（刘斌和王宁远，2014）。由于良渚古城在良渚文化中的特殊地位，针对良渚古城遗址的研究，对探讨良渚文化消亡具有重要意义。当前关于良渚文化的研究有很多，但主要都着眼于气候环境方面，本次研究尝试将同位素地球化学中Sr-Nd同位素示踪的方法应用到古环境分析中来，从物源的角度来探讨良渚文化消亡的可能原因。国内外利用Sr-Nd同位素做物源分析的研究有很多，但在考古上的应用并不多见。前人曾运用Sr-Nd同位素组成对4170±150B.P.消亡的古阿卡德王国（位于两河流域的美索不达米亚平原）进行研究，分析出4025±150B.P.时期，深海沉积物中来自美索不达米亚平原的风尘碎屑物有所增加，推测该时期该地区气候环境可能较为干旱（Cullen etal.,2000）。本研究主要将良渚遗址文化层及其上覆黄粉土的样品进行Sr-Nd同位素分析和对比，结合周边地区样品的地球化学特征，探究黄粉土的物质来源，并进一步探讨良渚文明消亡的可能原因。

2 样品采集和处理

在研究遗址及其周边地区选取采样点20个，共采集样品44个。其中遗址采样点有5个，分别是西城墙遗址、高台遗址、玉架山遗址、老虎岭古坝体以及良渚古河道，采集样品25个。良渚遗址样品分为两类，分别为良渚文化层样品和上覆黄粉土样品，在考古工作人员指导下从相应地层采集。在良渚古城遗址北部的大遮山，选取湖北坞和康门水库2个采样点采集了山间溪流的河床沉积物样品。对于良渚古城遗址西北侧经过的东苕溪，则选取了从东天目山脉流出的它的三条源水支流（北苕溪，中苕溪，南苕溪），采集了相应的河流沉积物。除此之外，还采集了一些钱塘江的河流沉积物样品。钱塘江的采样点比较多，在钱塘江下游的杭州湾和杭州段、中游的富春江及其支流分水江、富春江上游支流新安江和兰江分别都进行了样品采集。考虑到样品的代表性，采集样品时都尽可能地避开城市和人类活动频繁的地区以及可能的污染源。采样点的位置分布参见图1。

取研磨过的样品约50mg，去除碳酸盐后，用HNO3和HF消解，通过离子交换法，先将Rb-Sr和Sm-Nd分离，然后再分别将Rb和Sr分离，Sm和Nd分离，提取出样品中的Sr和Nd（濮巍等，2005）。西城墙遗址、部分玉架山遗址样品（T2-1、T2-3）以及大遮山样品和钱塘江少部分样品（XP-12、WPD-13）的分析测试在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室进行，其他样品的则在南京大学表生地球化学教育部重点实验室进行。Sr同位素标准化值86Sr/88Sr=0.1194，周期分析SRM987值为87Sr/86Sr=0.710268±20（n=7），143Nd/144Nd标准化值为146Nd/144Nd=0.7219，采用（143Nd/144Nd）CHUR=0.512638计算εNd(0)的值。

3 实验结果

所采样品的Sr-Nd同位素组成参见表1和图2。整体上，样品的87Sr/86Sr比值变化范围为0.712674～0.733105之间，在不同采样点之间表现出较大差异；εNd(0)变化范围则是-6.4～-12.1，变化明显。东苕溪样品的87Sr/86Sr比值介于0.715840～0.733105之间，均值为0.721249；εNd(0)值为-6.4～-8.5。良渚文化层样品的87Sr/86Sr比值介于0.718076～0.725198之间，均值为0.720235，不同采样点之间出现了一定程度的差异性；εNd(0)值为-9.9～-11.8，均值为-11.0。黄粉土样品的87Sr/86Sr比值介于0.717132～0.718827，均值为0.717975，与文化层相比，数据间差异性较小；εNd(0)值也较为均一，分布范围为-11.1～-11.7，均值-11.4。从良渚文化层到黄粉土，87Sr/86Sr均值降低了0.002左右；而二者的εNd(0)值则较为接近，均在-11±1左右。钱塘江样品的87Sr/86Sr比值为0.712674～ 0.732895，均值0.721365；εNd(0)值-7.2～-12.1，均值-10.5。钱塘江的上中游和下游样品之间Sr-Nd同位素组成，相对来说表现出了较大变化，钱塘江中上游的87Sr/86Sr比值分布范围为0.718835～0.732895，均值0.727414，εNd(0)值则为-7.2～-11.6，均值-9.7；钱塘江下游的87Sr/86Sr比值为0.712674～0.719317，均值0.716828，εNd(0)值范围为-8.8～-12.1，均值-10.8。老虎岭古坝体87Sr/86Sr比值为0.713771～0.720061，均值为0.718039；εNd(0)值为-9.5～-11.6，均值-10.7。古城北部大遮山上水库上游溪流的两个样品，87Sr/86Sr比值均值为0.713827，εNd(0)均值为-7.2。

图2 87Sr/86Sr关于εNd(0)散点图Fig.2 The scatter diagram of87Sr/86Sr vsεNd(0)

表1 样品Sr-Nd同位素特征Table1 Sr-Nd isotope compositionsofsamples

4 讨论

由于Sr同位素较少受到表生地球化学作用、蒸发作用和生物作用的影响而发生分馏，而且不同来源物质的Sr同位素组成会显著不同。但是，虽然物源对Sr同位素组成起主要作用，但是沉积物粒度、人类活动、流域化学风化、季节性变化、成土作用等因素对其也有影响（Goldstein and Jacobsen，1987；Mao etal.，2011）。而Nd同位素组成主要受控于源岩类型，不受沉积物粒度、化学风化、沉积过程等因素的影响（Yang et al., 2007）。因而Nd和Sr同位素的结合是研究物质来源的良好示踪剂。

如图2所示，绘制了所采样品的87Sr/86Sr关于εNd(0)散点分布图，并与前人在浙江、长江、东海等地的研究进行了对比（刘亮等，2013；Yang et al.，2007；罗超等，2012；Liet al.，2015;Dou et al.,2012）。从图可以看到，良渚文化层和上覆黄粉土样品的Sr-Nd同位素分布具有较好的一致性。数值上，良渚文化层与黄粉土样品的εNd(0)均值分别为-11.0和-11.4，极为接近；从良渚文化层到黄粉土，87Sr/86Sr均值略有降低。老虎岭古坝体的同位素特征与良渚文化层相近，可能与筑坝时就地取材有关。此外，良渚文化层样品的同位素组成分布与遗址黄粉土样品相比，表现出了一定程度的离散性。表明不同采样点的黄粉土样品与良渚文化层相比，其物质来源具有较好的一致性。此外，不管是黄粉土还是良渚文化层的样品，其同位素组成却与遗址北部的大遮山以及遗址附近东苕溪上游的三条支流之间存在较大差异，说明它们的物质来源并不一致。据此，我们可以推测，引起良渚古城消亡的大水既非是来自遗址北部大遮山上的山洪，也不起于东天目山脉流出的东苕溪；或者说，这两个位置的水源，在良渚消亡中并不是主导因素。黄粉土的物质来源可能需要在更大的区域去寻找。

良渚文化遗址主要分布于太湖流域的杭嘉湖平原，附近较大水域有长江、太湖、钱塘江以及东海等。前人研究表明，太湖形成大湖面时，已是战国时期，远晚于良渚文化消亡时间，因而暂时不作考虑（窦鸿身和姜家虎，2003）。对比长江的数据，如图2所示，不管是遗址黄粉土还是文化层的样品，其Sr-Nd同位素组成特征均在长江下游沉积物和悬浮物的分布范围以内。此外，遗址文化层和黄粉土数据与东海沉积物数据（Li etal.，2015;Dou etal.,2012）相比，其分布范围在后者的边缘。钱塘江样品的同位素数据可以划分成两部分，一部分是从富阳到建德这一段钱塘江中上游的样品，它们的Sr-Nd同位素组成与遗址黄粉土和文化层样品之间存在较大差异；另一部分是从杭州到杭州湾这一段的钱塘江下游样品，它们的同位素特征与良渚黄粉土和文化层尤为接近，且与东海沉积物数据更加接近。这一特征表明，钱塘江上游带来的沉积物对遗址的影响很小；下游与上游样品之间数据存在的较大差异也可以说明，钱塘江入海口杭州湾地区的沉积物，来自上游的贡献较小，可能主要是受到东海和长江的影响。需要注意的是，同样位于杭州湾地区的样品WPD-13，其同位素组成与钱塘江下游其他样品有较大差异，而与大遮山和浙东花岗岩更为接近。考虑到该采样点位于杭州湾外蒲岛的西岸，与钱塘江流向相对，推测其主要来源可能并非是钱塘江沉积物，而是岛上花岗岩岩体的近源碎屑物。

所采集样品及潜在物源的εNd(0)频度分布情况见图3，从图中可以看到长江、黄粉土以及良渚文化层样品的εNd(0)分布范围都在东海沉积物分布范围内；东苕溪、大遮山的则与之有着较大差别。此外，钱塘江下游样品的εNd(0)分布也在东海分布范围之内；黄粉土的εNd(0)频度分布与东海、长江的峰值较为一致。文化层的εNd(0)频度分布则与东海的峰值较为一致。

图3 εNd(0)频度分布图Fig.3 The frequency plotofεNd(0)values

良渚文化层的Sr、Nd同位素特征也与东海、长江较为接近，可能是因为文化层物质主要为之前一次大规模海侵后的海退遗留下来的沉积物。前人研究表明，在7240～6150年前，该地区海平面较高。从6000年前开始，海平面开始降低，直到5320年前左右，该地区大部分区域才处于海平面之上（Yu etal.,2000）。而良渚文化也正是在5300年前左右开始发展起来的。

整体而言，黄粉土样品的Sr-Nd同位素特征与长江和钱塘江下游入海口以及东海的较为接近。因此，从物源角度来考虑，长江下游大洪水或海侵搬运的物质都可能是良渚黄粉土的来源。长江沉积物是东海沉积物的重要来源之一，且在全新世中到晚期，沿着东海内陆架，从长江河口到台湾海峡有大量堆积（Liu et al.，2007；Liu et al.，2006）。此外，有研究表明，在5000～4000B.P.之间的一段时间，长江三角洲地区附近的海平面发生了上升，幅度大约有2 m左右（Chen and Stanley，1998）。晚更新世以来，中国东部曾多次发生海侵海退（王靖泰和汪品先，1980）；在杭州湾到太湖西侧之间存在一条规模较大的低洼带，这条低洼带也是全新世最早的海侵进入太湖流域的一条主要通道（申洪源等，2004）。在4000B.P.时期，太湖流域海岸线比5000B.P.更加深入内陆。很多研究显示，良渚文明消亡的4200B.P.前后，气候有一次干旱的突变。如在IPCC第4次评估报告中讲述全新世气候突变时，讨论了8.2Ka和4.2Ka两次强气候突变事件（Jansen etal.，2007）。此外，长江至良渚的直线距离就有近200 km，目前也没有证据表明长江下游经历了可以将沉积物质搬运几百公里的特大洪水。因此，我们初步推测，遗址所在地在其消亡时期，可能发生过小规模的海侵。但是，目前还没有证据表明当时该地区发生过海侵，因而对海侵事件的判定也只限于推测。当时由于海平面上升，海岸线向大陆推进，长江河口变宽，甚至可能流经当时还未成湖的太湖低洼地区，与杭州湾连成一片。同时，钱塘江上游带来的物质由于入海口前移，流速变慢，在此处不断向上游堆积，河流侵蚀基准面增高。海平面上升，加之钱塘江、长江的水不断流向此处，造成这里汪洋一片，洪水泛滥，并最终导致了良渚文化的消亡。推测的物质运移途径大致如图4所示。

图4 物质运移模拟图（据Dou etal.，2012修改）Fig.4 Simulatedmaterial transport(modified from Dou etal.，2012)

5 结论

通过分析Sr、Nd同位素组成发现，良渚文化层上覆的黄粉土物质具有较好的一致性，表明其来源应该是相同的。部分良渚文化层样品的同位素特征与黄粉土的相似，且文化层同位素特征分布与长江和东海沉积物也十分接近。可能是因为文化层受到良渚文化出现之前的一次大规模海侵的影响。

对比良渚黄粉土与其他区域的Sr-Nd同位素组成，发现其与长江、东海以及钱塘江下游杭州湾的数据较为一致，与遗址附近的大遮山以及东苕溪河流沉积物差别较大。钱塘江入海口杭州湾处沉积物的同位素特征，与钱塘江上游差别较大，而与东海沉积物较为接近，其物质组成可能更多地受到东海沉积物的影响。

总体来说，良渚文化层的上覆黄粉土并非来自良渚古城周边的东苕溪和大遮山，很有可能与钱塘江下游沉积物一样，来自东海和长江。然而，考虑到长江沉积物为东海沉积物的重要来源之一，从同位素组成上并不能很好地区分长江沉积物和东海沉积物。而且良渚消亡时期虽然发生过海平面上升，但并没有找到明显海侵或者海相沉积的证据，因而还不能断定到底是东海海侵还是长江下游的洪水导致了良渚文化的消亡。这就需要在未来的工作中，结合地貌学、沉积学、古生物学等学科的相关研究，以更好的区分长江下游洪水和海侵的影响。

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Sr-Nd Isotopic Com positionsand ProvenanceofM aterialsat Liangzhu CultureSites:Im plications for the LostAncientCivilization

JIXiang1,WUWeihua1*,CHEN Minghui2,WANG Ningyuan2,LIU Bin2,XU Shijin1,YANG Jiedong1
1.Key Laboratory of SurficialGeochemistry,Ministry of Education,Departmentof Earth Sciences,Nanjing University, Nanjing210023,China; 2.Zhejiang Province CulturalRelicsand Archaeology Institute,Hangzhou 310000,China

Liangzhu Culture is an importantculture in the late neolithic ageand hasa significant connection to theoriginof theChinese civilization.The archaeological site of Liangzhu ancient city located in Pinyao,Hangzhou,represents the crown of Liangzhu development.Wecollected soil samples from the Liangzhu cultural layer,the overlying silty soil and the sedimentsof surrounding rivers and theQiantang River,measuring and analyzing their Sr-Nd isotopic compositions.Comparing variationsbetween the siltysoiland the soilof the Liangzhu cultural layer,togetherwith some recentstudies of the sedimentsof the Yangtze River and the East China Sea,we infer that the silty soilmay beamixtureofsediments from the EastChina Seaand the Qiantang River.Therefore,transgression during thatperiodmay resultin the collapseof the Liangzhu Culture.

Liangzhu cultural layerand Silty soil;Sr-Nd isotopic compositions;provenance;the collapseof culture

WUWeihua,Associate Professor;E-mail:whwu@nju.edu.cn

P597+.2；K871

A文献标识码：1006-7493（2016）04-0631-07

10.16108/j.issn1006-7493.2016070

2016-05-16；

2016-07-09

“中华文明起源过程中三大都邑性聚落综合研究”课题（2013BAK08B04）；国家自然科学基金（41373003）联合资助作者简介：姬翔，男，1991年生，硕士，从事地球化学研究；E-mail:wuyawasden@163.com

*通讯作者：吴卫华，副教授，环境地球化学专业；E-mail:wuwh@nju.edu.cn