泥河湾盆地于家沟遗址AMS-14C年代学研究及其考古学意义

林 杉 ，敖 红，程 鹏，卫 奇，张 鹏，舒培仙 ，李兴文

泥河湾盆地是位于北京以西约150公里的一个山间断陷盆地，面积约9000平方公里（39°33' —40°22'N，114°25'—114º44'E），平均海拔约 1000 m（图1b）。盆地内出露良好晚新生代河湖相地层，并蕴含丰富的旧石器遗址和哺乳动物化石。自十九世纪二三十年代，Barbour G B、Licent E、Teilhard de Chardin P和Piveteau J等西方学者在泥河湾盆地发现丰富的哺乳动物化石以来，该区的新发现层出不穷，目前盆地中已发现60多处典型的旧石器遗址，其中出土的石器数十万件，被誉为“远古人类的东方故乡”和“东方奥杜威”，成为我国第四纪地质学、古生物学、地层年代学、旧石器考古学和早期人类演化的一个重点研究地区（Barbour，1924，1925；Barbour et al，1927；Teilhard and Piveteau，1930；Schick et al，1991；Schick and Dong，1993；Dennell and Roebroeks，2005；Gao et al，2005；谢飞，2006； 谢 飞 等，2006；Zhu et al，2007；Dennell，2009；Keates，2010；袁宝印等，2011）。

图1 泥河湾盆地以及于家沟遗址位置图Fig.1 Location maps of Nihewan Basin and Yujiagou site

于家沟遗址是泥河湾盆地晚第四纪最为重要的遗址之一，其不仅蕴含了丰富的旧石器，而且也发掘出大量细石器和数件早期陶片（图2）（盖培和卫奇，1977），为研究我国旧石器向新石器时代过渡提供了珍贵的材料。因此，确定于家沟遗址的准确年代对研究我国晚第四纪人类活动具有重要意义。早期对该遗址的热释光定年揭示出其年代约为13.7 ka（夏正楷和谢飞，2001），但由于受到当时热释光定年技术和条件的限制，建立的年代误差较大，难以在区域和全球范围与其他人类活动的演化序列进行准确对比。因此，本文将利用AMS-14C定年技术建立于家沟遗址更加准确的年代标尺，为我国晚第四纪人类活动及其与环境变化联系的研究提供坚实的年代学基础。

1 地质背景

于家沟遗址（40°09′41″ N，114°28′50″ E，海拔865 m）位于河北省阳原县虎头梁村西南约500 m处的于家沟（图1c），处于桑干河北岸，其文化遗存埋藏于河流的第2级阶地（盖培和卫奇，1977）。1972 — 1974年中国科学院古脊椎动物与古人类研究所在这里发现人类活动遗迹，并进行部分发掘工作。1995 — 1998年泥河湾考古联合队对该遗址再一次进行发掘，发掘面积总计120平方米，出土石制品、陶制品及骨制品等文化遗物和哺乳动物化石总计1万余件（谢飞，2006）。出土的动物骨骼化石可鉴定出的动物化石种类主要有鸵鸟、鼢鼠、野马、野驴、牛、马鹿、狐狸、羚羊、黄羊、野猪，这些动物组合显示当时泥河湾盆地已处于典型的草原环境，与现代环境相似（陈宥成和曲彤丽，2012）。

图2 于家沟遗址出土的石器和陶片Fig.2 Stone tools and pottery sherds unearthed at Yujiagou site

遗址剖面厚约550 cm，结合早期挖掘资料以及野外观察，将顶部厚约30 cm耕作土以下的沉积序列从上至下分为上、中、下3层（盖培和卫奇，1977；梅惠杰和谢飞，2002）（图3）。上层（130 — 30 cm）为黄褐色黏土质粉砂（clayey silt），属于新石器文化时期，出土文化遗物主要有石核、石镞、尖状器、磨光石斧、石磨盘、石磨棒、钻孔蚌饰品、骨锥、陶纺轮和一些陶片。中层（400 — 130 cm）为质地致密的灰黄色粉砂（silty sand），局部含铁锈，属于细石器文化层。以楔形石核技术为代表的细石器制品数量众多（图2a — c），且贯穿此层。另外，在300 cm处还发现数件早期陶片，其中一件夹砂夹云母片的黄褐陶（图2d）热释光年龄为1.17万年（谢飞，1998）。位于黄褐陶下方约300 cm处还发现数件小块的夹砂黄褐陶和夹砂黑褐陶。黄褐陶片一般都饰有短线刻划纹，其中有一件胎厚1.0 — 1.2 cm，从现有部分推测，应是平底器的下部（图2d）。黑褐色陶片表面饰有细绳纹或植物茎叶纹，胎质疏松（图2e）。下层（550 — 400 cm）为青灰色粗砂（silt），含锈黄色斑点，未发现人类遗迹，且该层上部450 — 400 cm为一层偶含细砾石的细砂层（f i ne-grained sand）。

2 材料与方法

遗址剖面自上而下采集14个沉积物样品进行14C定年，样品采集深度位置如表1和图3所示。14C年代样品的预处理以及测试都在中国科学院地球环境研究所加速器质谱中心完成。首先从采集的样品中挑出肉眼可见的现代植物根系，取约3 g样品浸泡于蒸馏水中，再在超声波清洗器中震荡30分钟。然后180目网筛对样品进行湿选以除去样品中较小的碳屑和根系物。根据前人研究发现土壤有机质碱不溶部分（胡敏素，himin）可以代表古土壤年龄，是较为可靠的测年物质（Kigoshi et al，1980；Head et al，1996；周卫健等，1989）。因而测试前采用酸-碱-酸的化学前处理方法来提取样品中碱不溶部分。预处理提取碱不溶物如下：

（1）将经过网筛湿选的样品加入过量的1 mol · L−1盐酸以去除碳酸盐，实验中不断搅拌，待无气泡释出后静置过夜。

（2）用蒸馏水反复清洗上步得到的样品至中性后，再加入过量1 mol · L−1的NaOH溶液，反应数小时后，将得到碱不溶部分用蒸馏水反复清洗至中性。

（3）将得到的碱不溶部分加入 1 mol · L−1盐酸进行酸洗，释放其中溶解的大气CO2，最后用蒸馏水清洗沉淀物至中性后烘干。

图3 于家沟剖面岩性及年代变化Fig.3 Variations of lithology and chronology of Yujiagou section

接着，将分离出的碱不溶部分制成石墨靶。先将其置于真空系统中燃烧并收集CO2气体。再将收集CO2气体纯化后采用锌法（用锌粉、铁粉分别作为还原剂和催化剂使CO2气体还原为碳，即石墨），制成石墨靶。最后在加速器中心的3 MV Tandetron AMS设备上完成年代测试。剖面14个样品的AMS-14C年龄通过专用程序IntCal13（Reimer et al，2013）校正为日历年。

3 结果

遗址剖面14个年代样品测试结果见表1。随着深度从80 cm向下不断增加到550 cm，建立的AMS-14C校正年代也从5.80 ka BP单调递增至27.80 ka BP（图3），仅在剖面300 cm处存在一个异常年代（17500 a BP）。取自300 cm处的这一样品可能受到老碳污染，其结果可能无法代表地层真实年代，因此没有采用300 cm处这一异常14C年代来推测地层年代，该层位（蕴含陶片）年代由275 cm和325 cm两层的AMS-14C年代线性内插获得，即为13.60 ka。新石器文化层顶部，30 cm处的年代为2.43 ka BP，通过80 cm、110 cm和140 cm处的AMS-14C校正年代线性外插获得。新石器文化层底部，130 cm的年代为9.35 ka BP，通过110 cm和140 cm处的AMS-14C校正年代线性内插获得。旧石器文化层底部年代乃400 cm处的AMS-14C校正年代，即为16.19 ka BP。

表1 于家沟剖面沉积物样品的测年结果Tab.1 Results of sedimentary samples from Yujiagou prof i le

4 讨论

4.1 泥河湾盆地旧石器文化演化序列

泥河湾盆地最早的旧石器可追溯到1.7 —1.6 Ma，以马圈沟和上沙嘴遗址为代表，这表明在早更新世Calabrian早期就已有早期人类在这一区域繁衍生息（Zhu et al，2004；Ao et al，2013）。小长梁和东谷坨是泥河湾盆地早更新世晚期的代表遗址，其年代分别为～1.36 Ma和～1.1 Ma（Zhu et al，2001；Wang et al，2005；Ao et al，2010）。马圈沟、上沙嘴、小长梁和东谷坨等早更新世遗址是泥河湾盆地旧石器时代早期的典型遗址。许家窑遗址是泥河湾盆地旧石器时代中期的典型代表，其不仅出土了大量旧石器，而且还出土了古人类和哺乳动物化石。最新的磁性地层年代学和电子自旋共振测年法综合研究揭示出许家窑遗址的年代为370 — 260 ka，并且许家窑人可能为生活在中更新世欧亚大陆中部和东部的早期丹尼索瓦人（Ao et al，2017）。盆地中旧石器早期和中期文化面貌无明显差异，以锤击法打片为主，砸击法辅之，石器普遍细小，加工较简单，个别标本较精，在石器组合上刮削器比例大，砍砸器极少见，尖状器数量较少（刘扬，2012；Liu et al，2013）。

旧石器时代晚期，盆地内的石器制作工艺存在明显改进，石器特征更具多样性，以西白马营遗址为代表承袭了早、中期主要特征的小石器文化，同时还新出现了细石器文化传统，以虎头梁遗址群（于家沟遗址是其中之一）为代表出土大量细石核和细石叶。其中楔形石核数量最多，约占细石核总数的80%（盖培和卫奇，1977），而细石叶都具有统一和规则的形状，其主要特征为轻、薄、小。旧石器晚期细石器与传统小石器并肩发展。纵观小石器发展的历程，在旧石器时代早期的东谷坨遗址中可看到楔形石核的有关雏形（侯亚梅，2003；Hou，2008），而在中期的许家窑遗址中还发现细石器的初级类型（贾兰坡等，1979），因此有关研究者认为现有材料表明华北地区的细石器技术为本土起源（安志敏，1978）。此外，旧石器晚期之末是泥河湾盆地细石器文化发展的鼎盛时期，之后延续到新石器时代早期，细石器仍占据重要地位（谢飞，1991）。因而细石器可能直接参与并导致了这一地区旧石器时代向新石器时代转变的社会变革。

4.2 于家沟早期陶器的考古学意义

陶器的发明是人类历史上具有划时代意义的事件，陶器的使用极大地改善和增强了古人类的生活条件和体质。早期陶器的发现一直受到考古学、史前史学、及陶瓷工艺学与工艺美术史界的关注。东亚地区发现许多含早期陶器的遗址，主要分布中国南部、日本列岛以及俄罗斯远东三个地区（图1a）。现有的考古资料发现东亚各地区间（俄罗斯远东地区、日本、中国南方）存在明显差异，具体的器形和纹饰特征并不相同（王涛，2007）。俄罗斯远东地区早期陶器多平底、条纹或素面（无纹）；日本早期陶器多寰底、素面或施豆粒纹、隆起线纹和爪形纹等；中国南方早期的陶器多植物茎叶纹、绳纹、素面。陶器是一定自然环境和人文环境的产物，因而东亚各地区早期陶器种类与特征的不同与地域环境差异、当地文化传统等都有一定关系。

从表2中可以看出东亚各地区早期陶器年龄几乎都超过万年，中国南部江西万年仙人洞遗址的陶片年龄为2.0 — 1.9万年，是目前世界上发现的最老陶器（Wu et al，2012）。中国北方地区也已发现几处含早期陶器的遗址，以北京为中心分布，分别为河北阳原于家沟遗址、河北平原西部的南庄头遗址、北京转年遗址以及东胡林遗址等4处。本研究利用同层地层年代推测于家沟早期陶器年龄约为1.36万年，后三者陶器14C校正年龄依次为1.26 — 1.22万年（徐浩生等，1992），1.12 — 1.04 万年（郁金城，2002）以及 1.21 — 1.13万年（赵朝洪等，2003），比于家沟陶片稍晚。于家沟遗址中发现的陶器是目前中国北方最早的陶器。中国北方上述四处遗址在空间上距离不远，年代上紧密衔接，陶器类型上都以平底的罐形炊器为特色（鲍芹，2008）。以上结果表明陶器制作技术在一万前的我国已广泛传播。

表2 东亚各地区最早陶器出现的时间以及含最早陶器的遗址名称Tab.2 Ages for appearance of pottery (Apot) and the earliest pottery-containing sites in main areas of East Asia, in calibrated yr ago (a BP)

4.3 泥河湾盆地晚更新世末古人类生存方式

于家沟遗址中大量的楔形石核、细石叶及加工精致的端刮器、雕刻器、尖状器、凹缺刮器、石簇、石矛头等工具，反映出当时娴熟的石器加工技术已经达到了旧石器时代晚期细石器工业的高峰（谢飞等，2006）。复合工具是细石器文化的一大显著特征，一般被认为是专业狩猎的身份标志（刘景芝，1994）。细石叶镶嵌在木制、骨制或角制的柄把里，制成具有强杀伤力的标枪、长矛或锋利的柄刀等，这种工具的使用为成功狩猎创造条件。通过上文分析遗址中发现的数件早期陶片是中国北方目前发现最早的陶器。相对于石器技术，制陶技术更为复杂，需要制作者对泥土、水、火等有极强的认知以及控制能力（Rice，1999；陈宥成和曲彤丽，2012），而它的出现意味着当时古人类智力水平的极大提升。根据遗址的孢粉分析结果，耕作土以下的文化层以耐旱的蒿属和藜科等草本植物花粉为主（梅惠杰和谢飞，2002）；化石动物群也代表着一种干旱草原环境，这种生态环境较为利于采猎性生产方式的发展。

由以上推测，晚更新世末全球气候进入显著变暖的冰后期，泥河湾盆地中古人类生活于古湖畔或河流岸边，草木茂盛，动物大量繁衍。精巧的细石器工具为古人类获得充足的食物来源提供条件，尝试制作和使用陶器可能改善了古人类的生活条件。随着气候环境的改善和古人类适应与改造自然能力的增强，农业与畜牧业初萌因素不断积累，对应到于家沟遗址新石器时代文化层中与农业生产相关的石磨盘和石磨棒的出现，标志着人类社会发展史已经进入了新的篇章——新石器时代。于家沟剖面的14C年代序列揭示出旧石器向新石器工业的转变发生在9.35 ka BP。而纵观人类漫长的发展史，每一次技术的革新都会引起人类社会巨大的进步，无疑细石器和陶器技术的出现很大程度上推动了人类社会从旧石器时代步入新石器时代。

5 结论

通过AMS-14C揭示出泥河湾盆地于家沟遗址旧石器和新石器文化层的年代分别为16.19 — 9.35 ka BP、9.35 — 2.43 ka BP，新旧石器时代的转化时限为9.35 ka BP。其中旧石器文化层中蕴含的陶片年代为13.60 ka BP，是目前中国北方发现最早的陶片。这一研究为认识我国石器工业发展、制陶技术的形成和传播、以及古人类活动等提供了坚实的年代学基础。

致谢:感谢李乐意博士对本文修改所提供的帮助。

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