古代玻璃起源的研究：丝绸之路上的探索

从玻璃技术与冶金技术的关系看中国古代玻璃的起源

潜　伟

（北京科技大学冶金与材料史研究所，北京100083）

玻璃是经过熔融后冷却下来保持液体结构的一种非晶态固体物质。玻璃作为一种人工材料，在人类文明史上扮演了重要的角色。考古资料表明，玻璃技术最早发明于公元前2500年左右的埃及或美索不达米亚。在西方，玻璃先用作各种装饰品，后来发展到玻璃器皿，再到建筑材料，对推动西方文明的进程起到了积极的作用，能够和中国青铜器和瓷器铸就辉煌的华夏文明相媲美。

玻璃作为中西文化技术交流的重要载体，受到普遍重视。随着古代玻璃制品出土越来越多，对中国玻璃技术起源问题的关注与日俱增，这一问题同时也一直困扰着国内外的学者。考古发现的中国古代玻璃年代晚于西方玻璃，至今经过科学分析的人工玻璃制品的年代最早是在西周到春秋早期^［1］。现有研究表明，中国古代玻璃从材质成分上看，既有与西方玻璃体系相似之处，又存在着较大的差异。中国古代玻璃是外来的还是本地生产的，中国古代玻璃技术有否独立起源的可能，是值得深入研究的问题。特别是中国商周时期领先世界的冶金技术，铸就了灿烂的青铜文明，但是针对同物理化学性质相似的冶金渣和玻璃的关系，目前还没有系统的研究。本文试从古代玻璃技术与冶金技术的关系入手，浅谈中国玻璃技术的起源。

一、玻璃技术起源的冶金说

对于玻璃技术的起源问题是国际学术界研究的热点和难题。目前普遍认为玻璃技术起源主要有5种可能途径：

①天然玻璃。火山喷发后急剧冷却的黑曜石和天空流星产生的玻陨石，能够激发人类对玻璃的最早认识。

②陶器。在掌握火法工艺后，也许是在制陶过程中，原料配制达到玻璃原料成分时，经过一定的高温过程，得到原始的玻璃。

③釉料。在掌握高温制陶技术以后，无意中得到玻璃态的釉料物质，带釉陶和瓷器的出现证明当时具备玻璃起源的技术条件。

④冶金。金属熔炼过程中的炉渣，经过冷却下来容易形成各种颜色的玻璃态物质，也许是玻璃技术起源的动因之一。

⑤炼丹术。这种技术熟练掌握各种物质的化学反应，其原料使用更接近玻璃制作所需，特别是中国唐代独特的高铅玻璃制作也许与之关系密切。

冶金技术与玻璃技术一样，也是人类文明史上极其重要的一项技术发明，两者都属于高温物理化学过程的生产工艺，存在一定的技术相关性。根据现有考古发掘资料，冶金技术起源于公元前5000年的西亚地区，年代早于玻璃技术。冶金技术对玻璃技术起源的影响已经成为国际学术界关注的重大课题。

近期国外对玻璃技术起源的研究也是集中于探索玻璃技术起源与冶金技术的联系上：对德国下萨克森和黑森的一批青铜时代的玻璃进行检验，发现含有较高的锑元素，检验者认为这与其附近的含锑铜矿有密切关系^［2］；英国伦敦大学学院的Rehren教授^［3，4］对近东地区包括古埃及的玻璃制作技术进行研究，也注意到了冶金渣与玻璃起源的关系。美国学者^［5］近期对古埃及玻璃作坊出土的古代玻璃的研究表明，炼铜过程中的炉渣、锈蚀产物或容器可能是蓝色玻璃的着色剂的来源，而使用的铅锑矿物质可能是黄色和绿色玻璃着色剂的来源。

中国学者也有不少支持玻璃起源的冶金说，主要包括：杨伯达^［6］认为中国玻璃起源同中国商周时代发达的冶铜术是分不开的，很可能是冶炼精铜排渣过程中偶然产生的，但还没有直接的科学实验证据。赵匡华^［7］通过文献推测认为中国古代传统的铅玻璃就是在冶炼铅矿过程中发展起来的，也没有科学实验证据。周双林等^［8］对河南登封阳城铸铁遗址出土的熔炉残留下来的琉璃层进行了分析，认为冶铁业促进了中国玻璃技术的发展，但这仅仅是对汉代以后的玻璃发展提供了证据，并没有解决我国早期玻璃起源的问题。

二、拜城克孜尔吐尔墓地出土玻璃的检测分析

新疆拜城克孜尔吐尔墓地是一处位于西部天山南麓重要的青铜－早期铁器时代的遗址，新疆文物考古研究所于1990年至1992年为配合水库建设工程进行了抢救性发掘，共发掘墓葬160余座，出土有彩陶器、铜器、铁器、石器、骨器、琉璃器等多种器物。作者对出土的琉璃珠进行了分析和研究［9］。所取5件样品分别来自不同的3座墓葬，其中有一件较完整的器物为珠饰，其余为珠饰残块，样品情况和检测分析结果如表1、表2所示。

表1　拜城克孜尔吐尔墓地出土玻璃样品的检测

根据微区成分分析，可知样品1、样品2、样品5出现的长条形晶体的成分接近，应该为同一种锆石类矿物；样品1、样品3的晶体芯部微区分析结果显示为同一种稳定的硅酸镁类；样品2、样品4都有富铜相存在，是氧化铜的未熔物；样品3中发现的富铅锑相应是黄色玻璃主要的着色粒子；样品4中发现的富铜铁相与铜矿的冶炼有某种联系；样品5中发现的富锑相，可能与使用的原料有关。

图1是样品3的扫描电镜背散射像，可见玻璃相比较均匀，偶有夹杂的小质点分布其中，白亮色的颗粒是富铅锑相，铅、锑元素在黄色的着色方面起着主导地位，电镜下观察样品的气泡和裂纹比较明显。图2是样品4的扫描电镜背散射像，中间大块晶体颗粒是着色粒子，其中最亮的部位是富铜相，次亮的过渡层是富铜铁相，外面基体是玻璃相，深黑色的是气泡和裂纹，从着色颗粒到基体之间的颜色渐渐从白亮色变为深色而融入到基体的颜色当中，可以清楚地看到着色作用。

显微分析表明，这几件样品或多或少地存在着一些富铜、铁、锑相，这些都可能与铜的冶炼有关。我们知道，作为铜冶炼原料的硫化铜常常伴生有硫化铁和硫化锑成分，前者的伴生矿叫黄铜矿，后者称为黝铜矿，它们都是自然界中常见的铜伴生矿。铜冶炼渣中最常见的元素是铁元素，此外锑元素和铜元素也有少量进入到渣中。一般炼铜渣中含量较高的氧化铁相，很容易与二氧化硅形成低熔点的晶态铁橄榄石，而玻璃相中主要成分是钙和镁等的氧化物。这几件样品玻璃相中高的钙含量也说明这很可能是炼铜渣急剧冷却下来形成的玻璃相。

表2　拜城克孜尔吐尔墓地出土玻璃样品的微区成分分析

注：n．d．＝not detected（没有检测到）。

检验的玻璃样品中有一件含锑的铅玻璃（样品3），其中铅高达10%以上，显然不是熔制玻璃原料时无意识混有少量铅元素的原因，这应当与金属合金化类似，是有意识地加入某种矿物来改变材料的性能以达到某些使用价值的结果。墓地周边丰富的铅矿为铅原料提供了可能。同一墓地出土的一件铜勺经过检验发现，是含铅10%以上的铅锡青铜^［10］，时代和地缘相近的察吾呼沟四号墓地出土的一件铜扣的鉴定结果是铅青铜。这些都说明这里有条件较早地认识到铅矿的作用并加以冶炼，在这里使用铅矿融入到玻璃当中应当不是太难理解的事情。

图1　样品3，扫描电镜背散射像

白亮色的为富铅锑相

图2　样品4，扫描电镜背散射像

白亮色的为富铜相，灰色的为富铜铁相

三、拜城克孜尔吐尔墓地邻近的早期冶炼遗址出土炉渣的研究

对位于拜城县南方向塔里木盆地腹地的克里雅河流域的、约公元前200年的遗址出土的炉渣进行过分析，显示有玻璃渣存在^［11］。在矿相显微镜正交偏光条件下观察，炉渣呈玻璃态，内中有大量气泡，灰白色透明物质为SiO₂、Al₂O₃、CaO混合物，中心分布有红色的Cu₂O，其中含有少量Cu金属颗粒，还有零星的蓝色CuS与褐色的含Fe的物质分布其中。炉渣的SEM－EDS平均百分含量分析结果为Cu 12．7%，Mg 4．62%，Fe 11．9%，S 6．20%，Si 44．4%，Ca 13．0%，Al 5．50%，P 1．60%。

拜城克孜尔吐尔墓地邻近的库车县康村和克孜里亚的炼铜遗址有大量炉渣堆积，年代大约是汉代到唐代。对出土的炉渣进行观察，炉渣多有玻璃态物质存在，其成分分析结果显示有一定的钠和钾的成分，似乎与钠钙玻璃有某种联系（如表3）。

表3　库车县康村和克孜里亚冶炼遗址铜渣的XRF分析结果（wt．%）

数据来源：根据梅建军在伦敦大学学院（UCL）实验分析的结果。

四、玻璃技术与冶金技术的关系

现代工业中常用冶金废渣进行玻璃生产，已经显示出玻璃技术与冶金技术的关系^{［12，13］}。而探讨古代玻璃技术与冶金技术的关系，至少可以从以下4点来看。

（1）冶金原料和玻璃原料

冶金原料主要是各种天然的金属矿产和助熔剂（如石灰石），冶金原料中的许多矿物质在冶金过程中形成各种氧化物，有的混入金属中成为夹杂物，有的混入炉渣中成为炉渣的组成成分。制作玻璃使用的原料也需要从自然界中的各种矿石采集，并加以提炼，得到有用的矿物质，其中许多矿物质来源和金属矿产有直接的关系。对金属矿物质的认识，可能促进了玻璃制作工艺的产生和进步。

（2）冶金渣与玻璃

玻璃态冶金渣具有与玻璃相似的物理化学性质，从组成成分上看也非常接近。比如，钠钙系的玻璃中普遍含有大量的氧化钙，这与冶金渣的高钙特征相吻合。而玻璃中的许多主要成分在冶金渣中也能找到对应，含铅玻璃与冶炼铅矿有许多联系，就连玻璃中较常出现的钠、钾等氧化物，以前认为冶金渣中比较少，现在检测发现在炉渣中也能出现。

（3）冶金用坩埚和玻璃用坩埚

虽然现在已经发现的玻璃制作遗址很少，但是已发现的玻璃用坩埚在很大程度上也受到冶金坩埚的影响，甚至玻璃制作可能使用冶金工艺同样的坩埚。冶炼或铸造用坩埚一般具有较强的耐高温性能，对于酸性氧化物（主要是氧化硅）也具有很好的抗腐蚀作用。这对于玻璃制作来说是至关重要的，因为玻璃的主要成分就是各种硅酸盐且一般碱度较低。

（4）冶金微量元素与玻璃着色剂

玻璃的着色剂是玻璃技术研究的重要方面，很多研究表明，着色剂本身就与冶金微量元素有着许多联系。各种冶金矿物带来的各种微量元素，在冶金的各工艺过程中都有可能被早期的玻璃工匠发现并利用，比如冶炼用坩埚残留着炉渣，后来此坩埚又用来制作玻璃，很容易让玻璃中混入炉渣的某些物质，然后在高温过程中形成着色粒子，逐渐扩散到整个玻璃器物，这一点在早期透明度较差的玻璃制品中尤其显著。

五、中国玻璃技术起源新探

中国具有延绵数千年的古代文明，出土的古代玻璃特别是其起源问题自然也引起了国外学者的浓厚兴趣和广泛关注。20世纪30年代，Beck和Seligman^{［14，15］}对搜集到的中国古代玻璃进行了成分分析，发现其含PbO和BaO，不同于古埃及和美索不达米亚的古代玻璃，据此推断中国玻璃具有独立起源的可能。英国、俄国、美国、日本等国的学者也对中国古代玻璃进行了成分分析，基本认为同时含PbO和BaO是中国自产古代玻璃的基本特征，并研究了中国古代玻璃可能的传播路线。美国康宁玻璃博物馆对中国古代玻璃也进行了许多有益的研究，Brill^［16］采用铅同位素比值方法对中国古代玻璃进行研究以寻找玻璃产地来源，发现中国战国至汉代古代玻璃的铅同位素比值要比国外的高。Hall^［17］对俄罗斯和哈萨克斯坦边界早期萨尔马泰文化的玻璃珠检测发现，这是与中国古代玻璃类似的铅玻璃。

中国学者从20世纪50年代开始关注对中国玻璃技术起源问题。袁翰青对长沙和洛阳出土的战国玻璃进行分析发现，这是铅钡或铅硅酸盐玻璃。80年代，由于考古发掘资料的不断丰富，加上玻璃技术专家的介入，使中国玻璃起源研究有了较快发展；1983年和1984年，分别在长沙和北京召开了“中国古代玻璃研究学术研讨会”和“国际玻璃学术讨论会玻璃考古专题”的学术活动，会后出版的论文集至今仍是中国玻璃考古研究的重要资料^［18］。90年代以后，文物考古界和科学界对中国玻璃技术起源的问题仍然非常重视，特别是广东、广西地区出土的汉代K₂O－SiO₂系列玻璃和新疆出土的Na₂O－CaO－SiO₂系列玻璃的发现，为研究海上丝绸之路和西北丝绸之路对玻璃技术的起源和传播有着重要的意义。

这些研究中具有代表性的包括：干福熹等^［19］在化学分析研究的基础上，认为中国古代玻璃主要是铅钡系玻璃，不同于西方钠钙系的玻璃，因此主张中国玻璃是独立起源的；他们近期对中国古代玻璃研究进行总结，重申了包括中国古代玻璃技术起源研究的重要意义^［20］。史美光［^21］系统分析了中国出土的古代铅玻璃，认为西周已经掌握铅化合物的使用，并且陶瓷的烧成温度能够达到1 200℃，具备熔制玻璃所需的温度条件。程珠海^［22］提出把西周时期宝鸡、沣西和河南洛阳、陕县等地出土的早期琉璃当作是中国早期玻璃起源的雏形。张福康等^［23］经过科学分析和检验认为，陕西宝鸡西周墓地出土的琉璃管珠是含有少量玻璃相的多晶石英珠，即Faience制品，不是中国的早期玻璃，也不同意中国早期玻璃的釉料起源说。安家瑶^［24］认为中国最早的镶嵌玻璃珠出现在春秋末战国初，其工艺、纹饰和化学成分与西亚同类产品相似，很可能是通过游牧民族传播到中国中原地区的。李晓岑^［25］对部分玻璃进行了铅同位素比值的测定，认为中国铅钡玻璃起源于云南。姜中宏等^［26］利用铅同位素比值法研究了中国古代铅（钡）玻璃，得出这些古代玻璃是中国本地产的结论。李青会等^{［27，28］}总结了玻璃考古的各种分析测试技术，并运用PIXE研究方法对近期出土的部分中国古代玻璃进行了较为系统的研究。(www.xing528.com)

这些研究成果都依靠考古发掘资料，多数具有较为准确的考古学断代，有的从玻璃型制研究入手，有的通过逐步改进分析测试手段进行成分分析，并开始用铅同位素比值方法进行产地研究。研究结果普遍认为，铅钡硅酸盐玻璃是中国古代玻璃独特的系统，有别于西方的钠钙硅酸盐玻璃和钾硅酸盐玻璃；中国古代玻璃起源可能比较复杂，存在从海外直接交流传播而来和本地自制等多种可能，仍需要进一步的科学实验分析。

新疆拜城克孜尔吐尔墓地的考古新发现可能有助于重新审视这些资料和发现。目前，将从克孜尔吐尔墓地采集的墓葬朽木作为标本，一共有9组¹⁴C测年数据，其中河西墓地的M9为2 494±61年，M11为2 578±92年，M14为2 569±65年，M15为2 522±62年，M22为2 569±72年，M27为2 787±62年；河东墓地的M20为2 893±66年，M13为2 873±63年，M8为3 327±83年。上述列举的是距今的绝对年代数据，经过树轮校正，均在公元前1110年至公元前600年左右。结合各墓葬发掘的陶器资料，认为克孜尔吐尔墓地与察吾呼沟墓地（990B．C．—625B．C．）、轮台群巴克等墓地（950B．C．—62B．C．）有着密切的联系，甚至其本身就属于察吾呼文化的一种地方类型，因此从考古学上来断代也可判断此墓地的时代相当于中原地区的西周至春秋早期。这些玻璃珠及残块应该是目前中国出土的经过科学鉴定年代最早的一批玻璃。

就世界范围来看，一般认为最早的玻璃是出土于公元前2500年左右的埃及或美索不达米亚，而后玻璃技术逐渐流传至整个近东与中东地区，比如伊拉克的Nuzi遗址出土一批公元前1700年至公元前1400年的玻璃珠，其外形与克孜尔水库墓地出土的非常相像，经过检验都是钠钙玻璃^［29］。此外，印度地区的玻璃制品也应引起较多的重视，《汉书·西域传》记载有罽宾国（今印度河上游地区）盛产“璧流离”的事实，而本文所及的几件新疆早期玻璃都是低铝高镁的，与印度的早期玻璃有相同之处，这或许暗示着新疆玻璃与古代印度之间存在着某种联系。西方玻璃比中国中原地区的玻璃起源大约早了1 500多年的历史，鉴于公元前1000年左右丝绸之路上的文化和技术交流已经相当频繁，玻璃作为西方一种重要的手工业品经过新疆传入中国也不是难以理解的，同时还有一批工匠利用新疆本地的矿料资源熔制出新疆最早的玻璃制品，其年代也可能要早于中原地区自制的玻璃。克孜尔吐尔墓地出土的玻璃珠属于这个特殊摸索阶段的工艺不成熟的早期玻璃，它直接受到来自西方的影响，甚至与南亚次大陆的早期玻璃存在着联系。我们寄希望于新疆的考古新发现和研究能进一步证实玻璃从西方经新疆传入中国中原地区的路线。

六、中国玻璃技术起源研究的思路

结合国内外研究的最新成果，在国内考古发掘出土玻璃文物的基础上，对其进行成分检测、显微结构分析，辅之以相关矿冶遗址的调查研究，着重研究古代冶金技术对玻璃制作的影响，同时兼顾其他技术与玻璃技术起源的关系，并进行玻璃制作的模拟实验，有助于系统地研究中国玻璃技术起源问题。

①玻璃考古资料的整理：对汉代以前玻璃文物出土情况进行总结，按器物类型、颜色、出土状况、区域、时代等进行分类统计。

②玻璃文物的分析研究：对早期出土玻璃文物进行成分、结构、显微组织、光学性能等分析。由于早期玻璃制作技术的复杂性，有必要有针对性地对玻璃样品进行显微组织和结构分析，着重进行熔炼杂质和微量元素着色机理的研究。

③玻璃制作遗存的调查与研究：期待发现早期玻璃熔炼制作使用的坩埚或者炉窑，可以对其进行全面细致的考察研究，并取样分析。

④冶金技术对玻璃起源的影响：系统进行相关矿冶遗存的调查和研究，注意金属熔炼使用的坩埚，特别对冶金渣进行成分和结构分析，并且和相关的玻璃文物进行对比研究。

⑤陶瓷技术对玻璃起源的影响：结合已有古代陶瓷技术研究成果，对釉料成分材质、同一文化层出土陶器的制陶温度等进行分析研究，探讨陶瓷技术与玻璃技术的关系。

⑥玻璃产地来源研究：运用铅同位素比值法，着重对中国早期的铅（钡）玻璃进行测定，结合地质矿产研究和铜器铅同位素比值研究结果，探索早期玻璃的产地来源。

⑦综合比较研究：根据上述研究结果，结合国内外相关文献资料，进行模拟实验，综合集成，探索中国玻璃技术起源。

七、结　语

中国古代玻璃样品研究刚刚起步，需要各部门通力合作，多种实验方法联用，建立数据库。汉代以后的玻璃以成分分析为主，汉代以前的玻璃研究更需要重视显微组织结构的研究。随着研究的深入，将中国古代玻璃按地域划分为南方玻璃和北方玻璃，许多玻璃分析的结果表明似乎已经很难反映其真实的特征，因此可以将中国作为一个整体来考虑，适当进行区域划分。冶金考古、陶瓷考古探索共性的东西，寻求与古玻璃之间的相互联系，有助于进行中国玻璃技术起源的深入研究。我们期待着考古新发现和科学分析的结合，能够为我们解开中国古代玻璃起源这个千古之谜。

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