乌兹别克斯坦南部Kugitangtau与Boysuntau山脉中世纪铁冶金的考古冶金学证据——以Lungi Tepa新发现炉渣为中心

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Traces of metallurgy in the Kugitangtau and Boysuntau mountain ranges of southern Uzbekistan in the light of new slag finds from Lungi Tepa

　　

• 乌兹别克斯坦南部Kugitangtau与Boysuntau山脉冶金活动痕迹的新证据。
• Lungi Tepa为公元9—10世纪（9th–10th centuries CE）的冶金活动提供了证据。
• 炉渣（slag）分析识别出铁冶炼（iron smelting）与铁器锻造（smithing）活动。
• 冶金残留物指示采用出渣竖炉（slag-tapping shaft furnaces）。
• Kugitangtau与Boysuntau构成了一个重要的中世纪冶金景观（metallurgical landscape）。

研究背景方面，东伊朗和中亚铁矿石利用及铁冶金起始相对晚于伊朗西部和近东，文献将其归因于青铜加工技术先进且原料易得。该区域最早铁器见于Anau（土库曼斯坦），原定为公元前9—8世纪，但因同一语境发现铜币而受到质疑；Jarkutan遗址房址中发现公元前13—10世纪铁环；Dal'verzin Tepa亦列出铁刀和炉渣。至公元前6—4世纪，铁工具已从Parthia、Margiana经Bactria、Sogdiana分布至Fergana Valley；Hellenistic（公元前4—2世纪）和Kushan（公元1—3世纪）时期铁工具、武器与装备已广泛使用。至Early and High Medieval periods（公元4—13世纪），中亚铁冶金已确立。Kugitangtau和Boysuntau为Hissar山脉西南支，文献长期将其视为富铁和多金属矿石并存在初级冶炼的地区，但对其年代、规模与性质认识有限；既有解释几乎完全依赖地表调查、孤立观察和民族志类比，缺乏分层考古资料和冶金残留物分析，术语与解释亦不一致。铁冶金通常被归入中世纪，却缺乏可靠断代证据。为此，研究人员批判性重估Kugitangtau和Boysuntau的冶金证据，并结合Lungi Tepa发掘资料，旨在建立该遗址冶金活动的年代框架、识别所处理金属及炉渣组合代表的技术阶段、评估旧有年代解释，并检验该区冶金活动主要与铁冶金相关的既有认识。该研究提供了Kugitangtau–Boysuntau地区首个分层考古冶金学证据，确认中世纪盛期铁生产，并提示应将仅置于11—12世纪的解释予以修正。

方法上，研究人员以CUAE于2019、2021年在Lungi Tepa主丘南坡S1探沟的发掘样品为对象；野外初判31件金属生产相关物，后确认25件（20件冶炼渣、4件锻造渣、1件铁半成品）。采用放射性碳测年（radiocarbon dating）以木炭样校准（OxCal 4.4；IntCal20；CRL实验室）；用金相学（metallography）制样并在数字显微镜下观察7件渣和1件烧结黏土；用便携式X射线荧光光谱（pXRF，portable X-ray fluorescence）作半定量元素分析并以主成分分析（PCA，principal component analysis）分群；用能量色散X射线荧光（ED-XRF）分析8件粉末样；用X射线衍射（XRD，X-ray diffraction）结合Rietveld精修和CeO₂内标估算无定形相。样本来源为Lungi Tepa遗址S1探沟2019、2021年CUAE发掘。

研究结果如下。4.1 Lungi Tepa的炉渣发现：通过2019、2021年S1探沟发掘与初步分类，31件疑似金属生产相关物件中6件为烧结或玻璃化黏土，25件为金属生产相关物（20件铁冶炼渣、4件铁锻造渣、1件铁半成品）；这些物件均非原位，而出自二次堆积，分布于PI–PIV，其中PIII 14件、PIV 2件、PI 7件、PII 1件；PI、PII被解释为PIII–PV再沉积并可能有晚期侵入。4.2 炉渣来源——矿石冶炼区：通过主丘及周边平台调查，未发现炉渣堆或炉炉等直接冶金证据；由于炉渣为废弃物且遗址周边未见冶炼痕迹，研究人员推断矿石冶炼应在遗址邻近地区进行，但具体冶炼区尚不能确定；文献记载Lungi Tepa以西约3.5 km的Chuyan Tumshuq/Tolbulak有炉渣和炉炉，说明Khojaunkan山谷内可能存在多处冶炼。4.3 年代学：通过地层分布与放射性碳测年，炉渣沉积可稳妥定在公元9—10世纪；含炉渣且经放射性碳测年的context 503定在9—10世纪晚期，context 37位于定在9—10世纪的窖藏坑之上；PIV的context 16单件炉渣与铁半成品提示铁生产或可早至公元7—8世纪，但仅为孤立证据，须谨慎。5.1 宏观结构：通过形态、断口、颜色、孔隙、重量和腐蚀观察，冶炼渣呈石墨暗色、致密、大孔并具流动纹理和底部印痕，符合出渣竖炉高温排放；锻造渣含棕至橙色铁腐蚀产物，呈层状细孔断口；烧结黏土轻质多孔，未识别为炉炉部件。5.2 微观结构：通过金相切片和数字显微镜观察，冶炼渣为多相渣，含法亚利石（fayalite，Fe₂SiO₄）、方铁矿（wüstite，FeO）、玻璃基质和少量磁铁矿（magnetite，Fe₃O₄）；SM107含锰橄榄石（tephroite-magnesian）；锻造渣结构更非均质，SM81-2以铬铁矿（chromite）为主。5.3 元素组成分析——pXRF：通过pXRF和PCA，烧结黏土富Si、K、Al，铁渣富Fe、Mg，冶炼渣较锻造渣富Ca、Mn；因样品表面未制备且单点测量，次要和微量元素结果按相对富集解释。5.4 粉末样品的元素组成（ED-XRF）：通过8件粉末样分析，复现pXRF分组；冶炼渣Ca为0.8—3.9 wt%、Mn为0.09—0.19 wt%，高于锻造渣Ca 0.6—1.5 wt%、Mn 0.06—0.11 wt%；烧结黏土低Fe而高Si、Al、K。5.5 矿物学分析（XRD）：通过XRD和Rietveld精修确认冶炼渣含方铁矿和法亚利石，SM70-2与SM108部分为镁法亚利石固溶体，SM107含锰橄榄石；锻造渣和烧结黏土以铁氧化物风化产物、石英和长石为主，SM81-2以铬铁矿为主；Ca在多个样品中以钙镁橄榄石（monticellite）、透辉石（diopside）、钙铝黄长石（gehlenite）和二铝酸钙（calcium dialuminate）等独立晶相出现，部分Ca进入晶相而非仅吸附于表面；但共分析烧结黏土亦含丰富钙硅酸盐相，故冶炼渣高Ca来自人工助熔剂、矿石脉石或天然钙质沉积尚不能区分。5.6 炉渣分析小结：多方法一致区分冶炼渣、锻造渣和烧结黏土；Mn非独立氧化物而赋存于矿石来源的橄榄石结构，Ca部分进入独立钙硅酸盐和铝酸盐相；两件宏观定为冶炼渣的样品化学上接近锻造渣，显示宏观鉴定需分析验证；所有分析指向铁生产，未识别非铁冶金证据。

讨论部分可概括为：综合调查地点，除Panjob 1外，多数可断代地点主要但非 exclusive 地属于中世纪，并至少含中世纪盛期陶片；然而炉渣难以与某组地表陶片直接对应，Sverchkov曾将炉渣与陶片共现定在11—12世纪，近期田野未发现如此清晰的时间对应。Lungi Tepa炉渣首次以定居地层语境将附近生铁生产定在9—10世纪并广义置于中世纪盛期，支持该区金属开采与加工主要属中世纪的旧说；但单一地点不足以评估规模、持续时间和强度，且仅将活动置于中世纪盛期后期（11—12世纪）的解释应重新考虑。其起源或可早至中世纪早期或更早，但除地表调查外无分层证据；Lungi Tepa的PIV单件炉渣仅提示7—8世纪可能开始，需更多证据。Lungi Tepa仅记录铁加工，与旧说及调查数据一致；Kampyr–Machayli调查有非铁矿石开采证据，但无非铁冶金直接证据。SM81-2富铬尖晶石组分值得未来溯源研究，但不单独指示加工不同金属。金属开采与加工至少在中世纪盛期占重要地位，真实规模待定；需更多分层发现或可靠断代炉炉细化年代框架；未解问题包括冶金活动对聚落动态与景观的影响，以及木炭需求在半干旱景观中的环境效应。研究结论翻译如下：本研究汇集的证据展示了Kugitangtau和Boysuntau山区及山麓历史冶金研究的潜力与局限。一方面，已识别34个地点，确认金属开采与加工是该区域重要且反复发生的活动；若接受已发表数据，采矿点（以非铁为主）集中于Kugitangtau东坡南部，而加工证据（据报道以铁为主）较均匀分布。另一方面，现有数据几乎全部来自地表调查，加之诊断性陶器常缺失，仍妨碍精确断代、所处理金属识别和技术判断；综合已发表来源与近期调查，只能将冶金活动宽泛归入中世纪，但不能排除晚古典时期起源。Lungi Tepa提供了罕见的定居地层炉渣案例；炉渣均非原位，也不与炉炉直接关联，而出自二次定居层，表明矿石冶炼在遗址邻近进行；具体冶炼地点因现代土地利用和系统遗址外调查有限而未知，但Chuyan Tumshuq/Tolbulak已知有金属加工。地层分析显示炉渣反复进入定居语境始于中世纪盛期PIII公元9—10世纪；无法判断炉渣是长期反复沉积还是在较短时间内进入并随后在遗址内循环；中世纪早期废弃物语境中的孤立炉渣提示铁生产或可早至7—8世纪，但须暂定。S1炉渣组合以铁冶炼渣20件为主，另有4件锻造渣和1件铁半成品；宏观观察、金相分析和pXRF一致区分冶炼渣、锻造渣与烧结黏土；XRD确认冶炼渣中Mn为矿石来源并赋存于橄榄石（fayalite–tephroite）结构，Ca部分存在于独立钙硅酸盐相，其来源（人工助熔剂、矿石脉石或天然钙质沉积）尚无对比矿石数据而不能解决；所有分析方法一致指向铁生产，分析组合中未识别非铁冶金证据。基于现有证据，研究人员可以稳妥地指出，铁生产在中世纪盛期的常见断代与Lungi Tepa公元9—10世纪证据相符；区域非铁冶金仍属假设，因无直接证据；未来需专门研究铁生产的起始、规模、持续时间、组织及影响；本文证据表明铁生产是南乌兹别克斯坦Kugitangtau和Boysuntau地区中世纪盛期/前蒙古时期经济的重要组成部分。