河南固始侯古堆一号墓出土东周玉器的科技分析

摘 要 古代玉器不仅是装饰品，其中还蕴藏着丰富的文化内涵。为探究春秋时期河南地区出土玉器在矿 物属性、制作工艺、器物功能等之间存在的关系，选取了河南固始侯古堆一号墓（Ｍ１）出土的１０件玉器，应 用 Ｘ射线荧光光谱（ＸＲＦ）、共焦显微激光拉曼光谱（ＬＲＳ）、超景深光学显微系统等光学无损分析技术，结合 扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和硅胶覆膜技术对其进行了综合性分析。首先通过光谱信息获知样品的化学成分和 物相结构，对样品进行了基本的矿物学表征，明确其矿物种类；再利用超景深光学显微镜对样品进行观察， 利用硅胶覆膜技术复刻出样品中典型的钻孔痕、切割痕和阴刻痕，并进行二次观察和测量，综合判断出其加 工工艺，并统计了刻痕深度、切口角度、浅浮雕高度等相关数据。结果表明：此玉器的矿物种类包括透闪石 和云母两种，透闪石质的样品多为礼器，云母质的样品为葬玉。从阴刻工艺、钻孔工艺、切割及打磨工艺和 其他特殊工艺这四方面对加工工艺进行了分析，阴刻加工工具分为手持硬质工具和砣具两种，此 批 样 品 中 以砣具为主；总结了两种不同加工工具雕刻产生的阴线在表面痕迹、切口角度和刻痕深度中的规律性变化；钻孔方式均为双面对钻，钻孔工具均 为 实 心 钻 具，部分样品钻孔时添加了解玉砂；多数样品经过了打磨抛 光，对其中一件未完全加工完成的样品开片痕迹进行了分析，判断所用开片工具为硬质片状工具。另外对其 他特殊加工工艺进行探讨，讨论了两种浅浮雕工艺的差异，以及实心钻定位技术在掏膛工艺中的应用。上述 结果说明古代玉器制作工艺的选择受玉料矿物属性和玉器器型功能的影响，并结合已有研究结果，探 讨 了 春秋末年中原地区治玉过程中玉料的来源、墓主生活年代及片切割工具的变革等问题。

关键词 古代玉器；加工工艺；拉曼光谱；无损分析；硅胶覆膜

中图分类号：Ｏ４３３．４　　文献标识码：Ａ　　　ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０２１）０４－１３０６－０８

引 言 　　

中国玉器的使用历史已有近万年，古代玉器的材料属性 和制作工艺是古玉科技研究领域中的两个重要内容。玉器材 料属性的的获取主要利用 ＰＩＸＥ，ＸＲＤ 和 ＬＲＳ等方法，干福 熹［１］、董俊卿［２］、张希［３］等 先 后 对 浙 江、河 南、广 东 等 地 的 出土玉器进行了检测，为地区化分析出土玉器的矿物属性提 供了参考依据。玉器微痕分析是基于对石器微痕分析中“低 倍法”的拓展应用，结合硅胶覆膜技术在光学显微镜下以适 宜倍率观察并区分玉器表面不同微痕，国外学者 Ｓａｘ曾先后 应用此方法分析并描述了收藏于大英博物馆［４］和山西天马曲 村晋侯墓［５］出土的商周时期玉器阴刻、钻孔和切割工艺的特 征，学者 Ｙｕｅ［６］、杜 金 鹏［７］、刘 珺［８］等分别总结了出土于 河 南省安阳市、南阳市和新郑市的商周时期玉器中不同加工工 艺的微痕特点，为系统化探究河南地区的出土玉器积累了重 要信息。先前对玉器加工工艺的研究侧重于定性分析，缺 乏 玉器加工工艺关键参数的量化表征。

本研究选取河南固始侯古堆一号墓（Ｍ１）出土的１０件玉 器，应用多种光学无损分析技术对其进行分析，表 征 了 样 品 的材料属性；基于表面微痕信息，探索了玉器制作加工工艺 的关键性参数的选择及其量化表征，进而推断采用的治玉工 艺。

实验部分

１．１ 样品

河南固始侯古堆 Ｍ１位于河南省固始县，东 与 安 徽 省 霍 丘县交界，南与 安 徽、湖 北 两 省 接 壤，为春秋末年的墓葬， 出土了大批青铜器、玉 器、漆 器 和 陶 器 等。实 验 样 品 均 来 自 于河南固始侯古堆 Ｍ１，由河南省文物考古研究院提供，共 计１０件，其基本情况 参 见 图 １及 表１，器 型 以 玉 璜、玉 璧、 玉环等礼器为主，表面多刻有云雷纹、饕 餮 纹、卷 云 纹 等 繁 复纹饰；还有尺寸小巧、制作精良的玉带钩、玉人等装饰物。

１．２ 原理与方法

１．２．１ Ｘ射线荧光光谱技术（ＸＲＦ）

样品的化学成分信息由手持式能量色散型 Ｘ 射 线 荧 光 光谱仪获取，采用了美国 ＴｈｅｒｍｏＮｉｔｏｎ公 司，型 号 为 Ｎｉｔｏｎ ＸＬ３ｔ９５０ＧＯＬＤＤ＋ ｓｅｒｉｅｓ的 光 谱 仪。其主要激发源为微型 Ｘ射线管，靶材为 Ａｇ，Ｘ射线管的激发电 压 为５０ｋＶ，最 大 值分析元素范围为 Ｍｇ～Ｕ。采用高级别的 ＧＯＬＤＤＸ射线探 测器，采 样 热 电（ｐｅｌｔｉｅｒ）制 冷 技 术，具有极高的灵敏度与分 析精度，用于快速无损检测。配备 ＣａｍＳｈｏｔＴＭ ＣＣＤ 彩色摄 像功能，可实时记录测试部位的照片。１．２．２ 激光拉曼光谱技术（ＬＲＳ）

样品的物相结构信息通过微型便携式拉曼光谱仪获取， 采用了必达泰克光电科技（上 海）有 限 公 司 的 ＭｉｎｉＲａｍ 微 型 近红外激光 拉 曼 光 谱 仪，型 号 为 ＢＴＲ１１１－７８５，由 美 国 必 达 泰克公司生产，采用高纯度７８５ｎｍ 窄线宽激光光源（输出功 率大于３００ｍＷ），高灵敏度响应范围在１７５～２８００ｃｍ－１。采用１６位模数转换仪，传感器为 ＴＥ致冷控温 ＣＣＤ传感器。１．２．３ 超景深光学显微技术

显微观察与测量是获取样品表面微痕迹信息的重要手 段，采用日本基恩士（ＫＥＹＥＮＣＥ）公司生产的超景深三维显 微系统，型 号 为 ＶＨＸ－５０００，该 仪 器 配 备１／１．８英 寸 ＣＭＯＳ 图像传感器，实效 像 素１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ），进 行 逐 行 扫 描，帧率最大可达５０Ｆ·ｓ－１，增 压 快 门 可 在 ０．０２～４ｓ之 间，放大倍率为２０×～２０００×，具备多种尺寸测量、透射观 察及图像拼接等功能。本实验中的微痕观察采用２０×～２００ ×的小型高性能变焦镜头。 １．２．４ 扫描电子显微技术（ＳＥＭ）

采用日本日立（ＨＩＴＡＣＨＩ）公司生产的台式扫描电子显 微镜，型号为 ＴＭ３０３０，由中国丝绸博物馆提供。具有５ｋＶ， １５ｋＶ 和 ＥＤＸ三种观 察 模 式，可分别用于观察样品的表面 细节、高分辨观察和元 素 分 析。实验时工作条件 为：加 速 电 压１５ｋＶ，放大倍率为２０×～２００×。

２ 结果与讨论

２．１ 化学成分及物相结构分析 根据化学成分和物相结构分析结果（表１）样品可分为 两 类，第一类样品包含 Ｍ１－３６－８，Ｍ１－３６－７等９件 样 品，ＭｇＯ， ＣａＯ 和ＳｉＯ２ 的含量范围分别为１０．５％～１２．４％，１０．１％～ １２．６％和 ７３．６％ ～７６．６％，与 阳 起－透 闪 石 系 列 矿 物 （Ｃａ２ （Ｍｇ，Ｆｅ）５［Ｓｉ４Ｏ１１］２）的理论组分（ＭｇＯ２４．８％，ＣａＯ１３．８％ 和ＳｉＯ２ ５９．２％）较 为 接 近。此类样品的拉曼特征峰主要在 １０６１，６８１和２２６ｃｍ－１处［图２（ａ，ｂ，ｃ）］，其中１０６１ｃｍ－１ 反映Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ的反对称伸 缩 振 动 模 式，６８１ｃｍ－１反 映 Ｓｉ— Ｏ—Ｓｉ的对称伸缩 振 动 模 式，２２６ｃｍ－１反 映 Ｏ—Ｈ—Ｏ 基 团 的晶格振动峰，与阳起－透闪石系列矿物拉曼特征峰一致，综 合两项结果判断该类样品为阳起－透 闪 质 矿 物［９］。随 着 矿 物 中 Ｆｅ２＋ 对 Ｍｇ２＋ 类质同象替代的增加，透闪石会转变为阳起 石。一般 认 为 将 Ｍｇ２＋／（Ｍｇ２＋ ＋ Ｆｅ２＋ ）的摩尔比值作为参 照，当其 大 于９０％时 为 透 闪 石，在５０％～９０％之 间 为 阳 起石，小于５０％时 为 铁 阳 起 石。经 计 算 这 ９件样品均为透闪 石。第 二 类 样 品 仅 Ｍ１－３５－１４ 一 件，化 学 成 分 为 Ａｌ２Ｏ３ ２４．８０％，ＳｉＯ２ ５６．４３％ 和 Ｋ２Ｏ １０．３３％， 与 云 母 ［ＫＡｌ２ （Ｓｉ３Ａｌ）Ｏ１０（ＯＨ）２］的 理 论 值（Ａｌ２Ｏ３ ３８．５０％，ＳｉＯ２ ４５．２０％ 和 Ｋ２Ｏ１１．８％）较 为 接 近，其 中 ＳｉＯ２ 含 量 偏 高 而 Ａｌ２Ｏ３ 含 量偏低可能是因为表面浮 有杂质。拉 曼 峰 位 于 ２６５ 和 ４１０ ｃｍ－１［图２（ｄ）］；其中２６５ｃｍ－１反映晶格振动和阳离子交换， ４１０ｃｍ－１归属于 Ｏｎｂ—Ｓｉ—Ｏｎｂ 变 形 振 动。此 件 样 品 的 化 学 成分与拉曼特征峰位置均与云母类矿物吻合，综合两项结果 判断该类样品为富钾铝的云母质矿物.

２．２ 加工工艺分析

加工工艺的研究技术以显微观察为主导，以硅胶覆膜为 辅助工具，选用３ＭＥＳＰＥＥｘｐｒｅｓｓ轻型硅胶对重点微痕进行 了复刻。样品中９件为平面型，１件为圆雕型，有明显钻孔痕 迹，抛光精良。故从钻孔、切割打磨工艺和其他特殊工艺四 方面展开对加工工艺的研究。

２．２．１ 阴刻工艺

相关学者探究了古代玉器［１０］和 石 器［１１］等硅酸盐类文物 阴刻特点，总结出砣刻的主要特征为线段流畅、切 口 圆 滑 规 整，中部宽深 两 端 尖 浅，而手持硬质工具刻划无规律性特 点。本次试验中直线刻痕的典型代表为 Ｍ１－３６－７。在 较 低 倍 率下整体观察其表面［图３（ａ）］，阴刻双阴线流畅度高，线段 整体长直，中部宽窄均 匀，两 端 尖 锐。对 其 中 部 间 隔 一 段 距 离取点观察［图３（ｂ）］，刻痕深度平均深度为０．１ｍｍ，最大 差值为０．０４ｍｍ，切 口 角 度 平 均 值 为 １４６．２３°，标 准 偏 差 为 １．５７。剖面沟槽下凹并呈现“Ｕ”字 形［图３（ｃ）］，下 凹 的 最 深 点为砣具的着力点。整体来看［图３（ｄ）］该段阴刻直线中部深 度和切口角度变化比较均匀，这种有序规律的变化由砣具加 工所致。裸眼观察 Ｍ１－３６－８，阴刻直线宽度变化不均，但 在 较低倍率下［图３（ｅ）］直线流畅度高，对其硅胶脱模相应位置 处测量［图３（ｆ）］，刻痕深度平均值为０．０７ｍｍ，最大差值为 ０．０３ｍｍ；切口角度平均值为１４８．６７°，标准偏差为１．８２，刻 痕深度和切口角度变化较小。故该件样品也是由砣具加工， 宽度不均应是砣具在同一位置多次刻划所致。而 Ｍ１－３５－１４ 底部十字状交叉阴刻直线，在较低倍率整体观察其表面痕迹 ［图３（ｇ）］，阴刻宽度 变 化 不 均，底面凹槽有多次刻画痕迹， 破裂面杂乱。对其硅胶脱模阴刻直线处间隔一段距离取点， 平均深 度 为０．８３ｍｍ，最 大 差 值 为０．９ｍｍ；切 口 角 度 平 均 值为９３．６６°，标准偏差为１８．８３。整体来看［图３（ｈ）］刻 痕 深 度和切口角度均明显呈现无序变化，可能为手持硬质工具加 工.

曲线刻痕的典型代表为 Ｍ１－３７－１２，在 较 低 倍 率 下 观 察 ［图４（ａ）］，阴刻曲线流畅度高，对其硅胶脱模阴刻直线处间 隔一段距离取点观测，除末端与阴刻直线连接处刻痕加深， 曲线部分刻痕深度整体呈两端较浅、中间较深的分布，平 均 深度为０．０５ｍｍ，最大差值为０．０４ｍｍ，切口角度平均值为 １５３．１２°，标准偏差为７．４７，切口角度变动不大，符合砣刻特 征。在转弯处有放射状痕迹［图４（ｂ）］，凹槽底部有凹凸不平 的脊洼，推测是砣具搭配解玉砂雕刻。该件玉器上还出现流 畅度不足、多段短线段拼接的曲线［图４（ｃ）］，推测是玉匠手 艺差异等主 观 因 素 所 致。样 品 Ｍ１－３７－１也 出 现 类 似 阴 刻 曲 线，在扫描电镜下观察其硅胶脱模［图 ４（ｆ）］，线 条 流 畅 平 整，末端尖浅，宽度变化均匀。对其相应位置进行测量［图４ （ｄ，ｅ）］，平均深度为０．１１ｍｍ，深度最大差值为０．０４ｍｍ， 切口角度平均值为１２８．９６°，标 准 偏 差 为４．７４，角 度 变 化 均 匀，符合砣具加工特点，但无明显解玉砂痕迹，凹 槽 底 部 纹 理平滑。该类现象 与 邓 峰［１２］所做的模拟实验结果砣刻不一 定要添加解玉砂的观点相符，但也可能与后期的抛磨有关。　　

阴刻痕迹的宽度反映加工工具的刃宽，但在转弯处因工 具与样品的接触面增大宽度也会增大，故选取该批玉器砣刻 部分中部均匀处进行测量。该批砣刻玉器的阴刻线线宽变化 均匀，平均值为０．５２ｍｍ，说明当时已具备加工刃部较锋 利 的砣具机械技术，金属砣具或已出现。本试验中仅 Ｍ１－３５－１４ 出现手持硬质工具多次刻划痕迹，其他都为砣刻加工，平 均 深度 在 ０．０５～０．１ ｍｍ 之 间，切口角度标准偏差均小于 ７．４７。综合实验结果和前人对手持硬质工具加工的研究，对 不同工具加工产生的阴刻痕迹特征作出小结（表３）。２．２．２ 钻孔工艺 。

测试的样品中共４件有明显钻孔。其中 Ｍ１－３６－７有３个 钻孔，两面孔径差值在０．１６～１．９３ｍｍ 之间，均为双面对钻 开孔。中间孔 孔 型 较 为 笔 直［图 ５（ａ）］，左侧孔孔型呈锥形 ［图５（ｃ）］，台阶痕 均 靠 近 孔 口，说明钻孔时先从一端开始， 快钻穿时再从另一侧对钻联通。右侧钻孔呈明显锥形［图５（ｂ）］，为实心钻钻 孔；孔 壁 粗 糙，内有明显螺旋纹，且 孔 径 宽于同一玉器的其他两孔，推测扩孔时添加解玉 砂所致。Ｍ１－３６－８有４个 钻 孔［图５（ｄ）］，两面孔径的差值 在 ０．８２～ １．８５ｍｍ 之间，孔 道 均 呈 锥 形，孔壁内无明显圆周状螺旋 纹，故推测是由实心钻双面对钻开孔，并 添 加 解 玉 砂［１１］。Ｍ１－３６－１０有８个 钻 孔，两 面 钻 孔 的 差 值 在 ０．０１～１．０２ｍｍ 之间，由该孔的硅胶脱模可判断钻孔方式为双面对钻，多 有 钻孔时钻具晃动的痕迹。其中的一个钻孔对接处出现明显偏 差，硅胶脱模结果反映出钻孔工具为实心钻［图５（ｅ，ｆ）］，直 径约为１．６７ｍｍ。该件玉器两面孔径的差值较其他样品小， 推测是使用了机械性能较好的金属钻头。Ｍ１－３５－１４有１个钻 孔［图３（ｇ）］，孔壁内有圆周状螺旋纹，深度较深，贯 穿 玉 人 的头脚，且两端孔径大小差值为０．３ｍｍ，推测为双面对 钻， 但无法判断钻 孔 工 具。底部钻孔痕迹与十字纹阴刻痕迹相 切，钻孔痕迹打破阴刻痕迹，加工顺序为先阴刻，再 于 交 叉 处中心位置钻孔。

２．２．３ 切割、打磨工艺

切割工艺和打磨工艺分别是治玉流程的首末。春秋时期 的切割工艺有柔性线切割和片切割两种，国 内 相 关 学 者［１２］ 对此进行的模拟实验发现柔性线切割开片时，由于工具在切 割过程中产生弹性形变，会在样品表面留下短弧线；片 切 割 开片遗留痕迹多为长直线。Ｍ１－３６－１有两处切割痕迹，一 是 在样品底面有明显长直开片痕迹［图６（ａ）］，放大至１００倍观 察切割处有水平平行磨痕，推测为片 切 割 开 片；二 是 样 品 侧 面有未完成的切割开片痕迹，透射模式下观察［图６（ｂ）］开片 过程中更换了多个切入角度，切割工具与玉料相切处均为直 线，故切割方式为片切割。切割处的凹口宽度反映出锯片刃 宽［图６（ｃ）］，经测量约为０．６７ｍｍ。打磨痕迹在每件样品上 都存在，较多出现在样品的水平的棱面上。如 Ｍ１－３６－１７号 玉器［图６（ｄ）］，环内缘无明显螺旋纹，被打磨痕迹所覆盖， 呈现出较高的光泽度。２．２．４ 其他特殊工艺

浅浮雕工艺流行于东周时期，是指在平面上雕刻处高低 起伏、立体感强的纹饰，实验中多个样品上均出现浅浮雕工 艺，主要分为两类，一是以 Ｍ１－３６－３为例的完全减地地浅浮 雕［图６（ｅ）］，先采用压砣砣磨掉部分玉料，再使用勾砣进行 阴 刻 加 工；还 存 在 于 Ｍ１－３６－１７，Ｍ１－３６－３，Ｍ１－３６－４－１ 和 Ｍ１－３６－７，顶部到底部的高度差在２．５８～４．６１ｍｍ之 间。二

是以 Ｍ１－３６－８为例的未完全减地浅浮雕［图６（ｆ）］，顶部到底 部的高度差４．８２ｍｍ，以勾画的阴线作凹槽，将凹槽两端 琢 磨成两个分离的圆形弧坡，这种浅浮雕风格具有早期楚玉特 征。

掏膛工艺是指将玉料除去内芯的一种加工手段，主要分 为两类，一是用实心钻多次钻孔去料掏膛，形状可根据钻孔 位置改变；二是管钻钻 孔 取 出 内 芯，去 料 部 分 呈 圆 柱 状。样 品 Ｍ１－３７－１掏膛部分呈长方体，底部四个角有明显实心钻钻 孔痕迹［图６（ｇ）］，钻具尺寸约为２．１１ｍｍ［图６（ｈ）］，棱边平 直，凹槽内部有平行磨痕。加工流程应为先钻孔定位，后 使 用手持硬质工具除去多余玉料所成。２．３ 东周时期河南地区玉料材质与加工工艺的讨论

玉料材 质 方 面，研 究 测 试 的１０件 样 品 中９件 为 透 闪 石 材质，莫氏硬度５～６，器型为玉璜、玉环等礼器和日常用品 玉带钩；１件为云母材质，但色泽与透闪石相似，莫氏硬度２ ～３，器型为圆雕玉人，为用于代替人殉的葬玉。这一现象反 映出两点，一是当时的玉匠对玉料硬度有粗略判断，选 择 硬 度较低的材料采用圆雕工艺；二是不同材质的玉料或已产生等级之分，软玉为较高等级的玉料。西周时期使用的玉器材 质已很丰富［１３］，本研究中透闪石质的软玉用于祭祀和日常 生活，云母玉用于陪葬，说明东周时期贵族阶层在用玉方面 规避了滑石、玛瑙等杂项，以软玉为主流的用玉制度逐渐形 成。目前的研究提出该时期透闪石质玉料的主要来源有新疆 地区的输入玉料和洛阳当地自产玉料，但对矿物来源的判定 目前还没有充分的依据，需要后续比较不同矿脉之间的细微 差异再做判断。

加工工艺方面，该批样品中的雕刻痕迹不论直线还是曲 线，多采用砣具作 为 雕 刻 工 具，部分有添加解玉砂的现象， 以高速运动的砣具带动解玉砂刻划出流畅的线条。但在云母 质玉人上出现手持硬质工具多次刻划的痕迹，不同的选择或 与玉料硬度有关。钻孔均采用实心钻双面钻孔进行加工，能 有效防止单面加工过深以致玉器崩坏，钻 孔 孔 径 较 小。开 料 方面，出现未完成的片切切割开料痕迹，锯 片 刃 口 锋 利，刃 片较窄。玉器表面温润 细 腻，说明打磨抛光工艺较好，应 经 过棉布、皮革等低粗糙度的有机质材料细磨。

目前对该墓墓主的身份有两种看法，一 是 吴 国 夫 人，二 是楚国贵族［１４］。样品中浅浮雕风格和边框处斜纹与早期楚 系玉器风格相似，可为判断提供信息。早期对河南安阳殷墟 玉器的研究中发现有柔性线切割开片和线锼痕迹，而本次样 品中出现了较为成熟的片切割痕迹，说明河南地区晚商至西 周时期片切割工具的制作发生了重大突破。

３ 结 论 　　

采用了 ＨＸＲＦ和 ＬＲＳ等无损科技分析手段探明出河南 省固始县侯古堆一号墓出土的１０件玉器的主要材质为透闪 石；利用硅胶覆膜技术对相关微痕信息进行提取和保存，结 合ＳＥＭ 和超景深光学显微系统观测并反推该时期的玉器加 工工艺。

综合多方面实验结果，认为在春秋末期河南地区透闪石 质的玉料已被有意识地应用于贵族墓葬中，砣具广泛应用于 玉器雕刻加工，机械性能较好的金属砣具和实心钻具或已出 现，片切割开料工艺较晚商时期有较大发展，取 代 了 先 前 的 柔性线切割开料工艺。二里头文化后玉器大型锯片切割技术 获得快速发展，又发现有未加工完成的片切割玉器。在 不 破 坏样品的前提下，后续可尝试对缝隙内残留锯片材料进行提 取分析，直观判断切割工具的材质，探明加工工具的制造技 术突破期.

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文章来源：光 谱 学 与 光 谱 分 析   第４１卷 ，第４期 ２０２１ 年 ４ 月

本文作者：袁仪梦１，２，胡永庆３，刘 松１，２，李青会１，２＊ １．中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心，上海 ２０１８００ ２．中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 １０００４９ ３．河南省文物考古研究院，河南 郑州 ４５００００

本文编辑：藏世界小川