王睿哲 王 宁 李 佩 杨 弢 罗武干
(1.中国科学院古脊椎动物与古人类研究所中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室，北京 100044；
2.中国科学院大学人文学院考古学与人类学系，北京 100049；
3.成都文物考古研究院，成都 610072)
秦并巴蜀(公元前316年)是巴蜀古史及秦帝国史上一次重要的历史事件。秦兼并巴蜀后，一方面使得巴蜀地区在政治、经济、文化等方面得到发展；
另一方面也使巴蜀地区成为秦统一中国事业的基地，为秦帝国的形成奠定了基础[1]。
众多学者对秦并巴蜀这一重要历史事件进行了深入研究。有研究对比了秦并巴蜀前后，巴蜀地区的政治制度、经济形态、社会结构、军事形势及农业与手工业技术等方面的异同[2]；
也有研究专注于探讨秦并巴蜀后，巴蜀文化的变迁及其与中原文化的融合互动[3—5]；
还有学者分析了秦兼并巴蜀后，在巴蜀地区所推行的治理制度创新，及其对巴蜀社会的影响[6]。可见，历史及考古学家们已对秦并巴蜀历史事件进行了全方位、多视角的深度解读。
晚期巴蜀青铜器的冶金考古研究也备受关注。研究人员分别对巴蜀地区东周至汉代青铜器的主量元素成分[7—13]、同位素[13—16]及微量元素特征[14—16]进行了分析，探讨了其合金配比、加工工艺及矿料来源等问题。同时，也对巴蜀青铜兵器表面特殊的斑纹工艺进行了系统分析，揭示了晚期巴蜀青铜文化的特色[12]。调研已有文献可知，前期工作多关注巴蜀地区出土东周时期青铜器的冶金考古研究，而对秦人入主巴蜀地区之后的青铜器冶金考古研究关注较少。特别是，罕见从冶金考古视角对比分析秦并巴蜀这一重要时间节点前后巴蜀地区青铜冶金工业的发展与当时的现状。加之，几乎不见有关秦并巴蜀后巴蜀青铜工业的文献记载。因此，至今我们并不清楚秦并巴蜀这一重要历史事件对巴蜀地区青铜手工业是否产生了影响。其具体的影响如何？是合金技术的变化还是加工工艺的转变，抑或是青铜工业管理制度的变革？
为了探讨以上问题，本文对成都出土战国中期至西汉早期时代特征明确的典型“烟荷包钺”进行了取样，并开展了X光成像、金相显微观察与合金成分分析，考察自战国中期至西汉早期该地区铜钺制作技术的演进。在此基础上，结合前人的研究成果，探讨秦并巴蜀对蜀地铜工业的影响，以期从铜冶金考古视角对秦并蜀历史事件进行解读。
2.1 样品背景
本文所取九件“烟荷包钺”均来自成都地区，其中两件取自青白江区民强村墓群，7件取自青羊区光华村街墓群。“烟荷包钺”是典型巴蜀式器物，外形具有竖銎、颈肩分化、长身有腰、端刃等特点[17]。多数学者认为烟荷包铜钺为兵器，也有学者提出有可能作为农具使用[17—19]。烟荷包钺最早出现于春秋晚期，使用时间历经春秋至汉代，是典型巴蜀式器物中年代特征最明显的器物之一[19]。结合墓葬年代与铜钺的类型学特征可判断本文所分析9件样品的年代：来自民强村的两件铜钺(编号为2018CQMM5：1、2018CQMM7：2)年代下限不晚于战国晚期早段，应属于战国中期；
而来自光华村街七件铜钺年代上限不早于战国晚期，应属于战国晚期至西汉初期。样品照片见图1，背景信息及取样部位见表1。
表1 铜钺合金成分SEM-EDS分析结果
图1 铜钺实物照片与X光成像分析结果注：图中圆圈标明区域为垫片。
需要说明的是，本文的年代划分标准主要参考向明文的论述，以秦灭巴蜀之年(公元前316年)为战国晚期起始年，之前的战国时期均分为二，分属战国早、中期。秦代范围为公元前221—前207年。西汉初期以刘邦王巴、蜀、汉中之年(公元前206年)为起始，以汉武帝元狩五年(公元前118年)为终止[20]。
2.2 分析方法
利用Yxlon MG325型高频恒压固定式X射线无损检测系统对本文所取铜钺样品进行X光成像分析，以探讨此批铜钺的铸造质量、銎腔形状及垫片设置等信息。所有样品测试电流为2mA，测试时间为60s。
分别从9件铜钺的銎口和刃部取一小部分基体样品，经镶样、磨抛后，运用ZEISS EVO18型扫描电镜及附带的Oxford X-MAXN50MM2型X射线能谱仪，在高真空模式加速电压为20kV、测量时间50s的情况下对样品进行显微形貌观察和微区能谱无标样定性成分分析。分析时避开锈蚀区域，选取较小的放大倍数，使扫描面积尽可能大，并在样品的不同部位进行测试，取平均值以使测试误差最小化。
利用Axio Imager A2m型金相显微镜观察样品的显微组织。先在显微镜下观察样品未腐蚀之前的夹杂物分布、锈蚀状况及加工缺陷等情况，再利用6%的三氯化铁盐酸酒精溶液侵蚀样品，进行金相组织观察。
3.1 X光成像分析
根据样品的X光成像分析结果(图1)可知，民强村两件铜钺钺身前半段为铜实心，銎腔为圆柱体，可见其腔体所占空间较小，而钺身实心部位较多。光华村街7件铜钺的銎腔则近乎填充了整个钺身，钺身实心部位所占空间很小。其中光华街村有5件铜钺，在其钺身部位可观察到两处颜色偏暗四边形方块区域(编号分别为2017CQXM59：1、2017CQXM71：1、2017CQXM60：4、2017CQXM56：2和2017CQXM58：9)。已有研究指出，由于铜质垫片与周边器物本体材质不同(一般垫片的铜含量高，而锡、铅含量低)，其对X射线的吸收能力较器物本体要弱，且垫片在埋藏过程中的锈蚀程度较大，这进一步降低了其对X射线的吸收能力，从而使得垫片与周边器物本体有明暗的差异[21]。可见，这5件铜钺应该是铸造过程中使用了垫片(图1中用圆圈标出区域为垫片)。
3.2 合金成分分析
由样品的成分分析结果(表1)可知，根据目前学术界普遍采用的铜合金元素含量2%的划分标准[22]，所分析的9件样品中有锡青铜两件和铅锡青铜7件。其中民强村两件铜钺均为锡青铜，铜含量在83%—86%之间，锡含量在12%—14%之间，铅含量在1.4%—1.8%之间。光华村街7件铜钺均为铅锡青铜，铜含量在71%—82%之间，锡含量在3%—13%之间，铅含量在7%—23%之间。另外，光华村街两件铜钺中含有少量的砷(编号分别为2017CQXM56：2和2017CQXM58：9)，其砷含量均在2%以下，应是铜料中的杂质元素。
3.3 金相组织分析结果
金相分析是研究金属材料内部组织和微观结构最重要的方法，其在古代金属文物的制作技术、加工工艺等分析中具有不可替代的作用。考虑到铜钺的不同部位可能存在不同的加工工艺，本工作对大部分铜钺的刃部和銎口都分别进行了相应的取样分析。由于编号为2017CQXM60：4和2017CQXM63：2的两件铜钺锈蚀较为严重，其只在銎口部位残存金属基体，故对这两件铜钺只在銎口处进行了取样分析。样品的典型金相组织观察结果如图2和表2所示，战国晚期至西汉初期7件铜钺刃部和銎口金相组织一致，故在表中未分开描述。
表2 铜钺金相组织观察结果
续表2
图2 铜钺典型金相显微相组织
根据分析结果可知，样品金相组织可分为铸造、铸后热锻、铸后热锻并经冷加工三类。其中光华村街墓地出土7件样品均显现为铸造金相。民强村墓地出土两件铜钺均显示为形变金相，且其銎口与刃部金相组织存在差异，表现为：銎口为典型的等轴晶及孪晶组织，说明銎口为铸后热锻；
而刃部则存在形变的等轴晶及孪晶晶粒，且可见夹杂物沿着加工方向产生定向性形变，说明刃部为铸后热锻并经冷加工而成。
4.1 秦并巴蜀前后成都平原铜钺的技术特征
4.1.1战国中期铜钺技术特征
迄今为止，关于巴蜀文化出土铜钺的研究工作相对较少，且多集中于重庆及附近的巴文化区域。目前已对巴文化峡江地区出土的39件战国时期铜钺进行了科技分析，而已分析的成都平原出土战国时期铜钺只有12件。
已分析的39件峡江地区战国时期铜钺中，有锡青铜7件，铅锡青铜32件；
经金相分析的34件峡江地区战国时期铜钺中，17件为典型铸造显微组织、12件铸后经热处理、1件为热锻组织、4件为热锻及冷加工组织。具体研究为，魏国锋等对重庆万州大坪墓群出土的1件铜钺进行了分析，结果显示其铜含量为80%、锡含量为17.8%、铅含量2.2%，系铸造后经过热处理[11]；
姚智辉对云阳李家坝遗址出土的11件铜钺进行分析，结果显示其中有2件锡青铜、9件铅锡青铜，其中5件为铸造组织、4件铸后经过加热、1件经热冷加工而成、1件为热锻组织[12]；
杨小刚对出土于万州大坪墓群、涪陵小田溪墓群、云阳李家坝遗址和开县余家坝等遗址出土的27件铜钺进行了分析，结果显示这批铜钺锡含量为6.4%—22.6%、铅含量为0.13%—16.4%，对其中22件铜钺銎口的金相分析结果显示12件为铸造组织、7件铸后经过热处理、3件为热锻及冷加工组织[13]。
已分析的12件成都平原战国时期铜钺中，有锡青铜2件，铅锡青铜10件；
经金相分析的6件成都平原战国时期铜钺均为典型铸造组织。具体研究为，何堂坤对成都郊区出土的1件铜钺进行了分析，结果显示其铜含量为82.2%、锡含量为10.6%、铅含量为6.2%，系典型铸造显微组织[8]；
黎海超等分析了百寿路出土的5件铜钺，结果显示其锡含量为11.3%—45.5%、铅含量为2.9%—8.6%，均为铸造显微组织[14，15]；
曾中懋分析了6件出土于新都马家、峨眉符溪、犍为罗城、绵竹清道的铜钺，结果显示这批铜钺铜含量为71.7%—83.5%、锡含量为10.5%—16.4%、铅含量为0.43%—9.2%，其中2件为锡青铜、4件为铅锡青铜[9]。
以上经过分析的51件巴蜀地区铜钺中，可确定属于秦并蜀前成都平原的样品有3件(均出土于战国中期墓葬)，其分析结果如表3所示。结合本文所做两件战国中期铜钺的成分数据可知，经过科技分析的5件成都平原出土战国中期铜钺中，3件为锡青铜、2件是铅锡青铜，锡含量在12%—17%之间，铅含量在0%—10%之间。根据D.Handson[23]和W.T.Chase[24]的研究可知，战国中期铜钺对应的布氏硬度在100—175HB之间，延伸率在10%—30%之间，抗拉强度在274—370N/mm2之间，具有较高的硬度和抗拉强度，符合兵器的使用性能。
表3 已发表战国中期铜钺合金成分分析结果[10]
迄今为止，已进行金相分析的秦并蜀前的铜钺样品为两件，均来自本文。结果表明，其銎口均为典型的等轴晶及孪晶组织，而刃部则为存在形变的等轴晶及孪晶晶粒。说明其銎口经过热锻处理，而刃部则经历了热锻及冷加工过程。通过宏观观察并结合X光成像分析结果可知，两件战国中期铜钺钺身两侧都有范线痕迹，銎腔为圆柱体，应是使用了双面范合范置内芯浇注成型。综合以上分析结果可知，此两件铜钺在浇注成型后，又在銎口和刃部进行了热锻处理。通过热锻可以消除或减少铸造孔洞，使组织致密，从而改善合金的硬度和强度，特别是降低其脆性[25]。刃部的晶粒相较于銎口更为细碎且存在定向性形变，表明刃部在热锻后又经过冷加工处理，从而进一步提升了刃部的机械性能。
4.1.2战国晚期至西汉初期铜钺技术特征
由于多数已分析的晚期巴蜀文化铜钺样品年代为战国到秦汉时期，且已发表文章中所给年代范围跨度比较大，很难确定较为精确的年代。已经分析的51件巴蜀地区铜钺中，目前还没有可确定属于秦并蜀后成都平原铜钺的科技分析数据以资对比。本文分析的光华村街出土7件战国晚期至西汉初期铜钺均为铅锡青铜，铜含量在71%—82%之间，锡含量在3%—13%之间，铅含量在7%—23%之间。通过锡铅含量箱式图(图3)可知，战国中期铜钺锡含量在12%—17%之间，平均值为14.35%，铅含量在0%—10%之间，平均值为3.88%；
战国晚期至西汉初期铜钺锡含量在3—13%之间，平均值为8.65%，多数铜钺(占比86%)锡含量低于12%，铅含量在7%—23%之间，平均值为13.79%，多数铜钺(占比71%)铅含量大于10%。相比于秦并蜀前(战国中期)，秦并蜀之后(战国晚期至西汉初期)铜钺的锡含量降低而铅含量升高，且秦并蜀后铜钺的锡、铅含量波动范围增大。根据D.Handson[23]和W.T.Chase[24]的研究可知，战国晚期至西汉初期铜钺的布氏硬度在60—120HB之间，延伸率在10%—20%之间，抗拉强度在152—274N/mm2之间。可见，秦并蜀后，蜀地铜钺的硬度、延伸率与抗拉强度都大幅度降低，显然已难以满足作为兵器的使用性能要求。
图3 铜钺锡铅含量箱式图
迄今为止，已进行金相分析的秦并蜀后的铜钺样品为7件，均来自本文。结果表明，其銎口及刃部均为典型的铸造显微组织。通过宏观观察并结合X光成像分析结果可知，光华村街7件铜钺钺身两侧都有范线痕迹，銎腔内有泥芯残留，銎腔近乎填充整个钺身，说明铜钺在制作时使用了双面合范置内芯铸造成型。相比于秦并蜀前，铜钺的銎腔体积扩大，这样一来使得铸造一件铜钺所用金属原料减少，但也降低了其牢固程度。同时，还在5件铜钺钺身上发现有垫片的存在，这可能与秦并蜀后铜钺銎腔体积变大、钺体变薄有关。已有研究指出，使用垫片可以起到控制壁厚和定位的作用[21]。
4.1.3小结
综合类型学及上述分析结果可知，秦并蜀之后，蜀地铜钺在器型、合金配比和制作工艺等方面都发生了转变。在器型上，弧腰渐折渐上移，腰部以下渐成圆形[19]。钺身由前半段为铜实心、銎腔为圆柱形到钺身前半段全部变为銎腔，使得銎腔几乎填充整个钺身；
合金配比上，锡含量降低而铅含量升高，且锡、铅含量波动范围增加；
在制作工艺上，沿用了双面合范置内芯的铸造方式，但是多在内外范间采用垫片固定，相比于战国中期，秦并蜀后，铜钺在铸造成型后不再在刃部进行热锻和冷加工。秦并蜀前后，铜钺合金配比以及制作工艺的转变使得其硬度、延伸率与抗拉强度降低，使其难以满足作为兵器的使用性能要求。
4.2 秦并巴蜀前后铜钺制作技术转变的原因
4.2.1周边文化兵器合金技术的影响
战国时期各国之间的交流与往来频繁，巴蜀与秦、楚相邻，巴蜀文化中除自身因素外，秦、楚的因素是很强烈的，受到中原文化的影响更是由来已久[26]。秦并巴蜀后，秦文化对巴蜀地区的影响加深[27]。在秦并巴蜀至秦末一百余年的时间里，为巩固对巴蜀地区的统治，持续进行了移民活动[2]。随着人口流动与文化交流的加剧，蜀地铜钺的制作技术是否是受到了周边地区的铜兵器技术影响呢？通过对比分析目前已有的江陵地区[28]、胶东地区[29]、秦俑坑[30]和长治分水岭东周墓地[31]等战国时期多个区域出土兵器的成分分析数据可知，战国时期巴蜀文化圈周边区域出土兵器锡含量多在15%—20%之间，部分高达20%—25%，铅含量多在5%以下，合金配比相对稳定，偏向于高锡低铅的特征，这一合金技术特征与成都地区铜钺锡含量降低而铅含量升高的变化不符。因此，秦并蜀前后成都地区铜钺的合金配比变化应该不是受周边文化兵器合金技术的影响。
4.2.2秦对蜀地改造的影响
秦并蜀后，为了争取蜀地社会对秦统治的认同和拥护，选择了渐进式的改造模式，在各项政策的制定上表现得既宽容又灵活[32]。这在一定程度上稳定了民心，缓解了秦人与蜀人之间的矛盾，为蜀地平稳过渡创造了良好的政治氛围[6]。虽然目前关于秦入蜀后，对蜀地实行何种军事政策及有关铜钺等铜兵器的管理方式还不甚明晰，但很可能蜀地的原有军事组织力量在秦并蜀之后极度地削弱了，加上相对和平稳定的政治与社会环境，从而使得蜀地不再像战国中期之前需要同时面对巴、秦、楚等周边各国的强大兵力压力，其对铜钺等兵器的需求降低，且不再在意铜钺等兵器的机械性能是否符合其实际使用要求。
另外，秦并巴蜀后铜钺銎腔几乎占据整个钺身所体现的用料减少情况，可能与秦对蜀地铜矿资源的掠夺有关。《战国策》记载：“夫蜀，西辟之国也……取其地，足以广国也；
得其财，足以富民。”从中可以看出，秦举兵蜀的动机之一是“取其财以富民缮兵”[6]。秦在攻占蜀地后，又在蜀郡设立“东工”，为秦生产兵器等用具[33]。这样一来，生产蜀式兵器的原料急剧减少，从而降低了蜀式兵器的制作要求。因此，很可能秦并蜀以后，铜钺不再作为实用性的兵器，而更偏向于作为明器使用。随着巴蜀文化的衰落，铜钺的象征意义加重。直至西汉中期，蜀文化基本上完全被汉文化融合[34]，蜀地铜钺也就退出历史舞台了。
本文在充分调研已有晚期巴蜀文化出土铜钺科技分析的基础上，通过对成都地区出土器型及时代已明确的铜钺的系统科技分析，首次从铜冶金考古角度对秦并蜀这一重要历史事件进行了初步解读，并获得了以下两方面重要认识。
(1)秦并巴蜀前后蜀地铜钺的合金配比、加工工艺及铸造技术都发生了变化。秦并巴蜀后，铜钺的铅含量明显升高，且铅、锡含量不稳定；
器物均为铸造而成，且成型后不再对刃部及銎口进行形变加工处理；
铸造时多使用垫片，且銎腔占据整个钺身而不再在钺身前半段铸出实心。以上转变都使秦并蜀后铜钺的强度、硬度及韧性等机械性能明显下降。
(2)战国晚期蜀地周边文化地域兵器的合金配比与蜀地铜钺差异较大，因此，秦并蜀前后铜钺制作技术发生变化的原因应与周边文化地域兵器技术的影响无关，而很可能与秦对蜀地的改造策略相关。在秦“取其财以富民缮兵”及相对宽松的政治社会环境下，蜀地原有军事组织力量削弱，对铜钺这类兵器的需求降低，从而导致了其对铜钺等兵器的机械性能和制作工艺的要求降低。
最后需要指出的是，由于目前经过分析的年代明确为秦并蜀前后的铜钺数量还非常有限，因此本文所获得的推论还需要进一步的工作佐证。作为首次从铜冶金考古视角下解读秦并蜀这一历史事件的文章，本文只是一个初步探讨，不足之处，敬请各位方家指正。
猜你喜欢蜀地铅含量战国MSA镀液体系下镀锡板面铅含量影响因素分析宝钢技术(2021年4期)2021-09-10战国讨债传奇——围魏救赵趣味(数学)(2020年5期)2020-11-16战国少年孟轲家教世界(2020年25期)2020-10-07早、晚稻对土壤铅吸收差异性研究环境影响评价(2020年3期)2020-09-18战国少年孟轲家教世界(2020年13期)2020-06-18战国少年孟轲家教世界(2020年1期)2020-03-07宝墩遗址：蜀地城市之源艺术品鉴(2019年7期)2019-09-02西湖龙井茶基地一级保护区茶叶铅含量调查研究中国茶叶加工(2019年1期)2019-04-17城市环境变化对银杏树轮中铅含量的影响现代园艺(2017年19期)2018-01-19地灵人杰 蜀地少年四川党的建设(2014年9期)2014-08-23