玉器技术科技考古研究的创新突破

  中国百年考古实证了中华万年玉器技术和文化发展史。经过几古学人的努力，中国古代玉器技术探讨研究在世界科学技术考古领域具有了领先优势。

  从全新世早期以来，小南山、兴隆洼、牛河梁和哈民等中国东北玉器体系的发现，成就了中国以至东亚早期玉器文化品牌。由此，中国史前玉器文化起源这一重大问题的突破，得到了欧美及俄罗斯考古学界的广泛重视。至新石器时代晚期的凌家滩、良渚和龙山等文化阶段，以玉器为核心的社会价值功能建构基本完成，并成为中国5000多年文明史的重要象征之一。三代以后，青铜器等新礼器崛起，但玉器与王权依然保持着密切关系。就人们的日常道德认知而言，“以玉比德”“君子无故玉不去身”等理念凸显了玉的道德化内涵，这一理念成为中华道德文化系统中历久不衰以迄当下的重要特征。

  中国古代玉器研究必须建立在基于原料、技术和消费等的基础性分析之上，并进一步探索与玉相关的宗教及象征意义。大约从20世纪70年代开始，随着考古学者和地质学、矿物学者的广泛合作，开启了玉器科技考古研究之路。研究者在玉石饰物作坊分析、实验考古、加工工序复原、使用及传播等多个角度进行了创新性研究。2000年以后，由于自然科学检测技术的提高和多学科合作的加强，玉器科技考古研究获得了很多突破性成果。近年来，随着显微观察和无损分析技术的应用，以及实验考古的助推，玉器工艺技术和材料研究的深度和广度显著提升，稳定同位素分析技术在矿源研究上的应用也展现出很多可能性。

  为了便于认知，在此介绍近期两项颇具突破性的玉器技术探讨研究成果。其一，结合物理力学和工程学开展的轮轴机械研究，揭开了史前大型玉器穿孔技术之谜；其二，基于孔洞、沟槽等隐蔽位置的微痕复制和扫描电子显微镜（SEM）下的微痕观察，复原了战汉时期微型管钻堆叠技术制作高浮雕玉器的工艺和工序。

  2013年，我们发表的《中华文明探源与辘轳机械的发现》对史前轮轴机械管钻玉器工艺开展了集中研究。

  2000年，在环珠江口的考古研究中，首次发现一种轮轴旋转机械所用的石器轴承。据我们对澳门黑沙遗址出土器物的观察，轴承出土地点周边2—3米区所出土的环的内壁及芯的管钻面上，均遗留有非常快速地旋转形成的光泽及弦线痕；轴承的长轴两端特别是乳突周围，亦可见明显由非常快速地旋转带动形成的光泽及弦线）。环、芯及轴承三者，在轮轴机械中以同一轴心同时转动，以车筒等结构稳定轮盘。玉工通过推动轮盘，转换机械功产生强大的推动力，完成玉器管钻工作。

  目前所见考古出土的史前轴承，依轴头形态差异，可分榫状、山状、尖状三种；又可根据使用的过程中轴承旋转与不旋转的区别，分为固定轴承与滚动轴承两类。从东亚辘轳轴承的历史发展来看，距今7500年前辘轳轴承的起源与东北的玉文化有着密切关系。距今约6000多年前，长江流域玉文化的发展，促进了辘轳滚柱轴承的使用。距今约4000年前后，岭南一带出现发达的环玦文化圈，并由之带动下辘轳技术向南覆盖远及东南亚大陆及岛屿（图版2）。

  2018年，《中国最早的石质轴承的实验考古试论——查海遗址轴承形态分析》中对查海遗址出土石质轴承功能的实验考古和论证意义重大。

  查海所出石轴承T04082:1是迄今考古发现中国最早的，其器身很可能是置于在辘轳木车轴上方的孔内，并与轮盘木车轴牢固组合安装。2018年，由香港研究局资助，在香港中文大学开展了实验考古研究。我们挑选天然河卵石作轴承，木质大型轮盘及竹管作轴柱，构成原始木石制轮轴机械，从海滨采撷石英砂作解玉砂，以大型竹管当钻具，同时设计了轮盘转动过程中竹管与玉器毛坯间的防震设施。由学生手推动木石制轮轴机械，拉动轮盘旋转，主要向同一方向转动，由轮盘旋转产生强大机械的力矩，经精准计测，轮盘1分钟可达到60-80转次。与此同时，木轮盘迭压在河砾轴承上，在轴承的双接触面上，均产生同心圆状的研磨使用痕迹。实验中选择了青海产的良质软玉制成的方形玉琮毛坯，以对向方式管钻中孔，最终钻穿中孔直径6.6厘米、深5厘米。钻孔至脱芯的整个工程历时37小时47分23秒（图版2）。

  过去，俄罗斯科技史专家谢苗诺夫认为，软玉的硬度太高，史前大型管钻玉器是不可能的，然而在中国的红山及良渚文化中，均发现有8—10厘米直径的管钻玉器。至此，史前玉石作坊的考古发现和大量实验考古研究完美证实了史前石质轴承构造轮轴机械的使用。这亦是中国机械科学史研究的一项重大突破。

  钻孔技术被用于玉器制孔悬吊之外，还被先民灵活地运用于透雕、掏膛、减地等去除内部玉料的工艺，这在凌家滩、牛河梁和良渚等史前文化遗址均属常见现象。至商代晚期，钻孔技术朝着更为实用的方向发展，玉工尝试性地将其用于圆雕、浅浮雕玉器的局部减地，如人、兽、禽等像生类玉器。殷墟妇好墓出土的玉簋、玉盘等各类玉石容器虽为大理岩材质，但其掏膛工艺可以说趋于成熟。新干大洋洲商代大墓出土玉器上，可见钻孔用于去料成形和活链的掏雕制作，如编号为628的侧身羽人佩饰，工艺精湛，羽人脑后连缀的3个环环相扣的掏雕套环甚是巧妙。

  春秋战国时期，铁器工业技术加快速度进行发展，新材料的应用和材料加工技术的进步逐渐转化成新的生产力，至西汉时期铁器开始大量应用于各类工具制作。工具性能的提高以及由此带来的工艺改进，推动了玉器造型艺术的演进及玉文化的繁荣发展。

  2021年，我们与徐州博物馆等单位合作开展狮子山楚王陵出土玉器研究，通过扫描电子显微镜下的微痕观察，发现钻孔技术用于减地、透雕和掏膛等去料工序的做法，较早期技术而言更为安全谨慎，可控程度更高，对高浮雕器形的塑造更准确。例如，楚王玉枕的构件之一——青白玉质的兽面玉枕首（狮：947），整体以减地结合透雕工艺制成高浮雕（图版3）。选择背面一处减地制成坑洞（4，红色框标识），将复制了该坑洞内表面的硅胶印模置于扫描电子显微镜下观察，发现该深度不到1厘米的坑洞经过多次管钻，内部玉料被大体掏除后再经打磨形成。内壁面中部可见一组4个依序排列的管钻痕迹，意味着玉工在此处至少分4次管钻，逐层深入去除内部玉料；再往左侧可见一组3个由浅入深的管钻痕迹，且第2层次管钻尺寸明显小于其他管径；坑洞最底部有一较大直径的类似实心钻痕迹，应是连续管钻数次掏出坑洞雏形后，再以实心旋转磨砣对地底面稍事打磨，但未将先前的管钻痕迹完全磨净（图版4）。经SEM测量，该部位所用管钻直径多数为2毫米左右，钻管厚度不到0.2毫米，打破管钻痕迹的实心磨砣直径约3毫米（图版5）。此类以微型管钻技术连续堆叠施工，深入去除内部玉料的技法，在狮子山楚王陵出土玉器上属于普遍现象。根据微痕观察和统计，大多钻管直径约2—3毫米，管壁厚0.1—0.2毫米，如此小而薄的微型钻具在施工中要保持快速转动，不仅需添加极细的解玉砂和水，还得保证钻管与玉器二者之间一定得安装至很稳定的状态。我们推测这种精密钻孔技术使用了连动的旋转机械，且很可能使用了横置轴承机械。狮子山楚王陵出土的玉卮、耳杯和高足杯等玉容器，均采用循序渐进的连续管钻去料工艺，但多数玉器内外打磨抛光极其光滑，工痕鲜有残留。

  微型管钻技术在精工细作中可确保玉器制作的精确度并对玉料损害减至最低限度，可谓是钻孔技术在具体应用上的重要突破。战国秦汉时期，平面雕或浅浮雕的玉器风格逐渐转向立体感更突出的高浮雕玉器风格。除社会文化因素外，铁质工具的普及和优化也是促成这种转变的主要的因素。西汉玉工不仅掌握了高超的玉雕技术，整个技术体系也得以完善，这些先进的技术集中呈现在王室和贵族所使用的精美玉器上。此项工作的部分研究成果与出土玉器同时展出于徐州博物馆，某些特定的程度上为观众提供了更直观的文物解读与技术阐释（图版6）。

  上述轮轴机械大型钻孔技术和高浮雕玉器的微型钻孔技术两项研究成果显示，玉器技术在考古学研究中具有特殊价值。而玉器技术的传播更是史前考古研究的重要课题，其中玉器类型学研究，原料来源、类型组合、出土玉器的时代及空间分布等，对史前人类的技术交流、人口流动、思想文化传播方式及路线等方面的探索都有着重要参考价值。

  我们相信，由中国东北起源的史前轮轴机械构造，最终传播至整个东亚大陆及岛屿，是独树一帜的中国玉文化最重要的技术支撑。从考古学上看，如果同一技术类型的玉器及组合，在广大时空范围内得到确认，则基本上可以反映史前时期人类网络的形成。

  从9000多年前起，自东北亚黑龙江中下游一带出现软玉玦饰、匕形器及玉管组合，代表着东亚真玉文化产生，也可视为玉文化讯息革命的爆发，其背后必定蕴含着丰富的宇宙和宗教思想内涵。

  早期砂绳切割技术的出现，为玉器文化诞生的指标性指征。黑龙江流域软玉文化影响遍及东北亚以及我国东南沿海，并传播到日本列岛。日本本州岛北陆桑野遗址7000多年前环玦、匕形器及玉管等玉器的发现，为东亚大陆8000年前出现真玉文化讯息革命向周边远距离直接辐射的证据。

  我们从玦饰、匕形器制作流程与工艺中，发现一些特征性传统如砂绳切割、玦口开口、匕形器凹槽、轮轴机械加工形成玉芯的制作痕迹及使用痕迹等，对比俄罗斯、日本和韩国的早期玉器，显示了同类技术上的渊源关系。这些是技术传播对文化扩散支撑绝好的例子。自中国东北玉文化横空出世，之后由轴心地区向外扩散表现出的速度及强度，体现了中国玉文化讯息革命强大而持续的影响力。

  中国被誉为东方玉国，世界玉文化研究的核心地区，科技考古研究方兴未艾。玉器和玉文化是中华优良历史传统文化的杰出代表，通过对其深入全面地开展多学科综合研究，为博物馆建设、文化建设提供了重要的学术支撑，具有非常明显的应用价值；同时，借助这些重要的国家历史背景和文化窗口，现代科技将学术成果与珍贵文物融合展示，能更好地满足观众需求，增强人民群众的文化自信，增强中华文化的国际影响力。

  （作者：邓聪，山东大学文化遗产研究院特聘教授；叶晓红，中国社会科学院考古研究所副研究员）