建立夯土墙的微形态特征：黄河下游（中国）的综合实验与民族地质考古学研究

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Establishing micromorphological characteristics of the rammed-earth wall: an integrated experimental and ethnogeoarchaeological study in the Lower Yellow River, China

　　•系统运用土壤微形态学方法研究新石器时代中国版筑夯土建筑。
•整合实验、民族考古学及历史参考样品，建立对比性微形态学框架。
•识别与土壤制备、夯击及版筑工艺相关的微形态学特征。
•提供支持焦家城墙可能采用版筑技术的微形态学证据。
•证明土壤微形态学作为研究古代土筑建筑技术的补充方法的价值。

引言

城墙是古代城市聚落的核心组成部分，为理解聚落与社会提供了重要证据（钱，1998，1999）。在建造古代城墙的各种材料中，夯土在新石器时代的中国及其他地区成为最广泛使用的形式之一（郭，2017；金，2018；张等，2021）。在土筑技术中，版筑技术——中文称为“版筑”，韩语称为“panchuck”，法语称为“pisé”，西班牙语称为“tapial”，葡萄牙语称为“taipa”——代表了一种独特的夯筑技术（Kim和Heo，2019；Xie等，2021）。该技术使用可拆卸的木制模板，通过逐层压实来塑造墙体（Jaquin等，2008）。施工程序包括一系列相互关联的操作：土壤制备、木制模板的制作与架设、反复填土与夯击，以及模板的逐步移位（张，2018）。这一复杂的施工程序使得建造大规模城墙、宫殿建筑群和礼仪建筑成为可能，使版筑技术成为古代社会最具影响力的土筑传统之一（张，2004）。版筑技术似乎是在两个地区独立发展起来的：新石器时代的中国（张等，1999）和铁器时代的地中海地区（Jaquin等，2008）。随后，该技术传播到非洲、欧洲、中亚及世界其他地区（Hallock，2004；Loppe，2007）。作为一种多功能且适应性强的建筑技术，它对世界各地不同文明的建筑和城市发展做出了重大贡献。

然而，在考古背景中识别版筑夯土仍然具有挑战性（Cammas，2018）。尽管田野发掘提供了关于墙体形态的宝贵信息，但对夯土的诊断仍主要依赖于主观的宏观标准，如土壤压实程度。此外，原始特征常常因沉积后过程而被改变或遮蔽，而许多在土壤制备、压实和夯击过程中产生的技术特征仅在微观尺度上得以保存，无法在田野中被可靠识别（Chausserie-Laprée和de Chazelles，2003；Macphail和Goldberg，2010）。土壤微形态学利用显微镜和超显微技术研究未扰动的土壤和风化层样品（Stoops，2021），为原位研究沉积物的组成、组构及空间关系提供了手段。由于土筑建筑从根本上改变了土壤组构，微形态学分析已成为识别土筑结构中建筑技术的有效方法（Cammas，2018；Mateu等，2020，2022）。

以往研究表明，土壤微形态学可以通过将微观特征与建筑活动序列联系起来，重建土筑建筑的多个阶段（Courty等，1989；Hamard等，2016；Cammas，2016，2018；Mateu等，2020，2022）。建筑施工始于取土，在此过程中，成土特征、矿物组成及其他特性保存了关于建筑材料来源和类型的信息。在土壤制备阶段，残留团聚体的丰度、混合程度和圆度、基质均匀性以及粗细颗粒的分布，为原材料的选择和制备提供了证据（Cammas，1994；Matthews等，1994；Cammas，2003；Goodman-Elgar，2008；Friesem等，2014a；Mateu等，2022）。此外，人为包裹体的类型和空间分布也可以通过显微镜进行识别（Matthews，2010）。施工期间的水分状态进一步影响基质和孔隙结构。致密基质中的气泡可能表明高含水量（Cammas，1994；Matthews等，1994；Cammas，2003；Fedoroff等，2010；Stoops，2010；Hamard等，2016），而具有不规则粗糙壁的孔洞则表明较低湿度（Fedoroff等，2010；Hamard等，2016；Cammas，2018）。粉砂质黏土夹层可能表明局部水饱和，暗示土壤混合期间相对较高的含水量（Cammas，2003；Wattez，2009；Fedoroff等，2010；Macphail和Goldberg，2010；Hamard等，2016）。机械压实和夯击是土筑建筑中最关键的步骤。持续的机械应力会产生一系列特征，包括扁平化孔隙（Gé等，1993；Matthews等，1994；Karkanas和Van de Moortel，2014）、拉长孔隙（Cammas，2003；Wattez，2009a；Cammas，2018；Karkanas和Van de Moortel，2014）、平行裂隙（Gé等，1993；Vissac，2002；Wattez，2009a；Germain-Vallée等，2011；Milek，2012；Banerjea等，2015）、裂隙孔隙度（Jongerius，1983）、颗粒定向（Jim，1990）、应变特征（Hamard等，2016）以及与压实相关的微结构。还存在压实梯度，即夯层上部通常比下部更致密，因为施工期间受到重复冲击（Bui等，2009，2014；Hamard等，2016；Pi?a Guido等，2019）。此外，一些研究关注了土坯等土筑材料中临时模板的使用。塑性土材料的变形和拉长，伴随弯曲的、卷曲的孔隙和定向颗粒线，表明土体沿模板壁或模具边缘发生了重组（Gebhardt和Langohr，1999；Karkanas和Van de Moortel，2014；Cammas，2018；Pi?a Guido等，2019）。这些研究表明，夯土包含多种且复杂的微形态学特征，应按照操作链进行解释。

尽管考古土筑建筑的微形态学研究已广泛用于草泥、土坯和房屋地面（Goldberg，1979；Morgenstein和Redmount，1998；Gebhardt和Langohr，1999；Goodman-Elgar，2008；Nodarou等，2008；Friesem等，2011；Homsher，2012；Friesem等，2014a，2014b），但针对大规模夯土建筑，尤其是城墙的研究仍相对有限。此外，大多数现有的解释框架基于欧洲、近东和中美洲的案例研究，其对于东亚史前土筑建筑的适用性尚未得到充分检验。尽管一些研究者识别了与临时模板相关的微观特征（Cammas，2018；Pi?a Guido等，2019；Mateu等，2020），但专门针对版筑技术的诊断特征，特别是垂直模板线与水平层面之间的正交关系，尚未被系统记录。以往关于版筑的实验研究主要关注施工效率和建筑能量学（Xie等，2021），而非微形态学解释。因此，需要考古实验来建立系统的微形态学参考框架，以识别史前版筑夯土城墙。

焦家遗址为研究夯土的微形态学特征提供了重要案例。作为目前已知的黄河下游地区最早的史前城址之一，其年代不晚于大汶口文化中晚期（约公元前3500—前2600年）。田野发掘揭示了可能使用版筑技术的宏观特征。微形态学分析为进一步评估这一解释提供了手段（山东大学考古学与博物馆学系，济南市章丘区城子崖遗址博物馆，2019）。

本研究旨在解决两个核心问题：（1）如何建立夯土结构的微形态学诊断标准；（2）如何应用这些标准来确定焦家城墙的建造技术。研究设计首先进行了版筑夯土城墙的考古实验，并收集历史与现代参考样品。对这些样品的微形态学分析用于定义一套夯土的诊断特征。随后，将该诊断体系应用于焦家遗址的考古样品，以评估方法并增进对城墙性质和建造技术的理解。通过关注古代夯土城址，该方法论框架为考古背景中的夯土结构提供了一种分析方法。

段落片段

考古背景

焦家遗址是黄河下游地区最早的史前城址之一（图1；山东大学考古学与博物馆学系，济南市章丘区城子崖遗址博物馆，2019）。识别夯筑技术对于理解中国史前建筑技术的演变提供了关键线索，并为了解夯土建筑的微形态学分析提供了特殊案例研究。

材料与方法

经筛选，选择了15个样品制备薄片。参考材料包括三个来自实验版筑夯土墙的样品，覆盖夯层界面和模板线，以及三个来自焦家遗址周边历史与现代夯土墙的民族考古学样品。这些样品主要取自夯层界面。

焦家遗址的考古样品分为四组。四个城墙样品取自

结果

结果分三部分呈现。第一部分描述实验版筑夯土墙的微形态学特征（第4.1节）。第二部分考察现代和历史参考墙体及柱洞样品（4.2 现代焦家村土墙微形态学特征（CD1），4.3 现代党家土墙微形态学特征（R1），4.4 汉代东平陵城墙微形态学特征）

夯土建筑微形态学特征总结

在考古实验及历史与现代样品中观察到的夯土微形态学特征，按照从土壤制备到夯击和成型的施工顺序总结如下。

结论

本研究提供了与夯土建筑相关的微形态学特征的初步综合，特别关注可能使用的版筑技术。通过复制版筑夯土墙建造的考古实验，结合来自历史与现代夯土墙的民族考古学参考，基于这些对比材料，与土壤制备、夯击应力和版筑相关的微形态学特征

CRediT作者贡献声明

赵依然：写作——审阅与编辑，写作——初稿，数据管理。苏凯：写作——审阅与编辑。姚帅：调查。连慧茹：方法。饶宗岳：方法。Anne Underhill：写作——审阅与编辑。王芬：验证，资源，项目管理。吴昊：调查，概念化。

利益冲突声明

作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究由中华人民共和国教育部资助（22JZDW004），青岛市科技惠民示范项目资助（25-1-5-cspz-16-nsh）。我们衷心感谢山东大学靳桂云教授在本文撰写过程中提出的宝贵意见和建议。我们也感谢山东大学学生边荣伟和刘梦在样品处理中提供的帮助。

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