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从内蒙古敖汉旗兴隆洼聚落遗址出土的石器探讨古人对矿物岩石的认识与利用
王子祥
刘国祥
1.内蒙古赤峰地质矿产勘查院
2. 中国社会科学院考古研究所
内蒙古敖汉旗兴隆洼聚落遗址，经考古工作者近 30年来的不懈发掘、研究，被确认为全国唯一一处经过全面挖掘而发现的年代最早、存有最完整的原始村落，称为
“华夏第一村”，并被学术界命名为 “兴隆洼文化”。在近 30000m2的遗址上，保留着一个原始村落。考古学家对兴隆洼遗址遗存的标本进行了C14年龄测定和树轮校正，测得年代为8000年。从遗址见有遗存完整的古代建筑、墓葬遗迹，并出土了大量的陶器、骨器、石器和玉器。出土的大量石质农业生产工具表明，8000年前的兴隆洼人已有比较发达的农业生产技术和制作生产工具的能力，是中国最早的原始农业文化地区之一。8000多年前，兴隆洼人在从事生产劳动和同自然环境做斗争的过程中，发现和认识了岩石、矿物材料，并利用它们的各种性能制作成不同的工具，创造了灿烂的兴隆洼文化，将中华
5000年文明史向前推进了3000年，也为人类认识和利用矿物岩石材料开了先河。
石器是兴隆洼文化的主要内涵之一，在出土的大量文物中，石器竟达6382件，占出土文物的80%。这些石器主要为石铲、石锄
(锄形器)、石斧 (斧形器)、石刀、石球、石磨盘、石磨棒、镑形器、石片、石叶、石块、石核、石饼、凿形器、石粕、石柞、石锨等。通过对兴隆洼聚落遗址出土的6382件石器所用岩石材料的系统鉴定和统计，本文拟主要阐述石器所用岩石材料的种类、岩石材料的分布、岩石材料的性能与石器的关系，从而分析先民对矿物岩石的认识和利用_程度，并推断先民当时的活动范围。
1兴隆洼石器所使用的主摹岩石类型及来源
1.1 兴隆洼石器所使用的主要岩石类型
兴隆洼人在生产生活中制作石器的岩石种类涉及三大类、14类、60种不同的岩石。
(1)沉积岩类:主要为砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、砂L1_J、细砂岩、粉砂岩、灰色砂岩、灰色细砂岩、黑色砂岩、石英砂岩、长石石英砂岩、凝灰质砂岩、灰岩、泥灰岩、条带状灰岩。
(2)变质岩类:主要为浅变质岩石，有板岩、泥质板岩、绢云母泥质板岩、粉砂质板岩、砂质板岩、斑点板岩、千枚岩、大理岩、角岩、蚀变岩、软玉等。
(3)岩浆岩类:有火山岩类的熔岩、黑色熔岩、晶屑熔岩、岩屑晶屑熔岩、硅质熔岩、流纹岩、角砾熔岩、玛瑙、碧玉、蛋白石、火山玻璃、安山扮岩、英安岩、英安斑岩，侵入岩类的花岗岩、细粒花岗岩、角闪花岗岩、辉长岩、辉绿岩、闪长岩、煌斑岩、长石斑岩、石英斑岩、脉石英。
1.2 兴隆洼聚落遗址的地质背景
兴隆洼聚落遗址在地质学上所处的构造位置位于华北地台北缘与天山一兴安地槽过渡带上，华北一塔里木大陆边缘的内蒙地槽东部敖汉复向斜中。这里是古生代发育起来的海槽，沉积了志留系、泥盆系、石炭系、海相、浅海相地层。
遗址的北东部是开鲁拗陷的边缘，为宝国图火山断陷盆地，沉积了一套中生代火山岩、火山碎屑岩类及砂页岩类。
1.3 兴隆洼人制作石器所使用岩石材料的来源
兴隆洼人制作石器所使用的岩石种类十分丰富，几乎囊扩了该地区的所有岩石类型。这些岩石来自下列各组:
志留系下石碑组、下泥盆统前坤头沟组、下石炭统朝吐沟组、中石炭统家道沟组、上石炭统洒局子组、二叠系青凤山组、上侏罗统马尼吐组、白音高老组、上白醒统义县组和燕山期形成的花岗岩体、岩脉。
在石器中见有一残玉镯，经初步鉴定应属软玉类 (蛇纹石玉)。该玉在附近未有出露，属于外来岩石。
从上述古人制作石器所采用岩石的产出位置、分布上间接推断古人主要生产生活活动范围，应在遗迹北东30km，东 10-20km，西
40km，西南 50km。此活动范围基本圈定在教来河以东和蟒牛河以西的范围内。
2 岩石材料的主要性质
自然界中的岩石是由矿物组成的，矿物是由化学元素或化合物按一定晶体结构组成。因此岩石的性能主要决定于岩石的化学成分、矿物成分及其结构构造。岩石灯届
“地球科学I文化”学术研讨会暨地质学史专业委员会第 17R学术年会沦文集的性质又分为岩石化学性质和岩石的物理性质。
2.1 岩石的化学性质
岩石的化学性质取决于岩石的矿物成分和化学成分及结构构造。如:灰岩及大理岩，由于其成分为
CaC仇，抵御酸性环境的侵蚀能力较差，容易遭受化学风化作用的破坏，硅酸盐成分的岩石，抗酸碱风化的能力较强。
2.2 岩石的物理性质
岩石物理性质主要有岩石的结构、构造、硬度、密度、强度、韧性、脆性、弹性、磨蚀性等。
(1)结构:岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒度、形状和矿物颗粒之间的连结方式。岩石的结构不同坚固程度也不同。一般地，组成岩石的矿物颗粒愈细，组织愈致密，岩石越坚硬，密度也愈大。
(2)构造:指组成岩石各部分物质的空间分布及相互关系。也指岩石生成或生成后受动力地质作用所形成的层理、板理、节理、裂隙等。
(3)硬度:指岩石抵抗工具切入的性能，与组成岩石的颗粒大小和结构有关。
岩石是一种或多种矿物的集合体，所以岩石的硬度可表现于矿物或多种矿物的集合硬度，常用莫式分级法将矿物硬度分为
10级。
(4)强度:指岩石抗压、抗拉、抗剪的能力，木文指抗压。
(5)韧性:指岩石抵抗外力分离成碎块、颗粒的性能，即说韧性大的岩石在外力作用下很难破碎成碎块。
(6)弹性、塑性和脆性:岩石在外力作用下产生变形，外力解除后能完全恢复原来的形态和体积的性能称为岩石的弹性。外力消除后变形不能消失，而又不破坏自身的连续性，这种性质称为塑性
(或塑性变形)。岩石在外力的作用下直至发生破碎，无明显的变形，这种性质称为岩石的脆性。
(7)研磨性:指岩石对工具或对谷物的磨损能力。岩石的研磨性会使骨头变成骨针、骨锥，使谷物脱壳、脱皮。岩石的研磨性与组成岩石的矿物或物质的颗粒大小、硬度高低及高硬度矿物含量有关，一般矿物或岩石碎屑颗粒大、高硬度的石英等矿物含量高的岩石研磨性强。另外，当岩石碎屑与胶结物之间硬度差大，胶结不牢，在研磨过程中表而矿物颗粒易于更新。还与岩石的粗糙度有关，岩石越粗糙研磨性也越高。
兴隆洼遗址石器制作所用主要岩石材料的主要性能见表 la
3 兴隆洼人在制作石器时对岩石材料的选择及应用
对兴隆洼出土的石器所使用的岩石材料进行了系统鉴定、统计，并对某种石器首届 “地球科学与文化”学术研讨会暨地质学史专业委员会第
17届学术年会论文集
1几具所使用的岩石材料所占比例进行了计算，统计结果见表20
从表2中可惊奇地发现，距今 8000年的兴隆洼先民在制作不同用途的工具时对岩石材料有了很强的选择性。
先民在从事农耕时用得较多的石锄 (锄形器)是古人用来耕作的一种常用的消耗量较大的工具。石锄形状扁平，厚度一般在2-3cm,易于打制，硬度中等，并要求有韧性。古人在制作此种工具时选择了具有板状构造的板岩、泥质板岩、绢云母泥质板岩。板岩类岩石占此类工具的30
。由于岩石板理发育，加工时岩石沿板理裂开，易于加工成形，韧性较大，工具在耕做时不易破碎。
兴隆洼遗址共出土石磨盘403件，石磨棒 205件，是先民用来脱除谷壳、谷皮的工具。其中用砂岩制作的有
171件，占总件数的42%;粗砂岩 134件，占33%;花岗岩41件，占10%。兴隆洼人在众多岩石中选择了砂岩、粗砂岩作为加工石磨盘、石磨棒的主要原料，是因为砂岩有较高的硬度和较粗的结构。砂岩和粗砂岩主要由2种物质构成，一种是颗粒物质，即石英、长石和岩屑，一般砂颗粒直径0.5mm左右，粗砂在2mm左右;另一种为胶结物，多为粘土质，颗粒硬度较大，胶结物硬度较低，胶结不牢固，在研磨谷物过程中岩石表面易于更新，使锐利的碎屑不断裸露，钝化的颗粒脱落，则岩石的研磨性较高。另外，砂岩、粗砂岩、花岗岩结构粗糙，颗粒与谷物的接触面积小，载荷集中，有利于谷物皮壳的脱除。
1
石斧是先民用来砍树、砍砸兽骨等的一种刀具。古人选择了细砂岩、黑色砂岩、角岩、熔岩作为制作石斧的材料。这几种岩石结构致密，密度大，坚硬，比重均在2.8g/cm3左右，其物理性能决定了石斧
(斧形器)在砍砸物体时锋利、坚硬、冲击力较大。
石刀是先民用来砍物体的一种工具，为长条形板状物体，刀刃较石斧长。古人采用了板岩、砂质板岩、平行裂隙发育的熔岩、晶屑熔岩制作，使石刀既有一定的硬度，又有一定的韧性。
石球是先民用来狩猎或敲击其他物体的一种球形工具，其直径一般
5~ l0cm,大者7-8cm。在制作过程中多采用岩石各向同性、坚硬、较粗糙的砂岩、脉石英、粗砂岩，占工具的39.6%。使用各向异性的板岩类制作的仅有
1件。
石块是一种不规则形状的块状石器，是古人用来投掷或敲砸物体的工具。多采用各向同性的块状岩石制作，有脉石英、熔岩
、砂岩、粗砂岩。
石片、石叶、石锨是古人用来刮、削、剥和用做箭头的工具，这几类工具小巧，只有 0.35-0.7cm宽，2-3cm长，一般厚
1-5mm。石核是在制作以上 3种石器后母料的残留部分。古人在制作此类工具时选材十分讲究，要求材料硬度高，多为6-7级，结构细腻，又要有韧性，多为玻璃质和隐晶质或胶体沉积的岩石，化学成分多为硅质，这才能保证石器能呈现出既薄又锋利的刀刃。多采用硅质熔岩
(占75.8%),,碧玉
(0.34%)、蛋白石、玛瑙、火山玻璃、火山熔岩、流纹岩等。兴隆洼附近 ((30km范围内)并没有此类岩石产出，在遗址西南50km以外的贝子府西南才有火山岩、碧玉、熔岩产出。也有一部分较大的石片是用泥质板岩制作的，但不是作为刀具使用的。
石饼是一种扁平的饼状物体，古人多采用具有板状构造的板岩、泥质板岩或有层状构造的砂岩制作。
镑形器多用安山岩、英安岩制作。这类岩石平行节理发育，便于打制。
古人在制作工具时也有选错材料的时候，见有 3件石斧是用泥灰岩制作的。石斧己遭风化，斧刃部分已脱落，这是因为泥灰岩主要成分为CaC03，加泥砂质成分，当遇有酸性水介质条件或含有CO，的雨水时，岩石都会被溶失，遭受化学风化。
4 结论
(1)兴隆洼聚落遗址所在地区地质背景十分复杂，是4.4亿年前发育起来的一个古生代海槽，接受了早古生代、晚古生代的海相沉积，中生代受中国东部大陆构造一岩浆活动影响而形成的中生代火山断陷盆地。这里地质事件复杂，形成了多样性岩石，为古人制作生产生活工具提供了丰富的材料。
(2)各个地质时代形成的沉积岩、变质岩和不同时期或同一时期不同地区形成的侵入岩、火山岩都有其差别，表现在化学成分、矿物成分、结构、构造、岩石组合上。通过对6382件石器所采用岩石材料的岩性鉴定，以及对这些岩石在该地区的具体分布和出露的研究，判断古人制作石器所用岩石的采集地点或地区，间接地推断古人的活动范围，推断出兴隆洼人的最近活动范围:以兴隆洼聚落遗址为中心，向北东为30km，向南西为50km，向北西为30
km，向北为28 km。古人生产、生活范围是一个北东一南西长80km，东西宽60km的地带。
(3)通过对石器所使用岩石的岩性系统鉴定与统计，得出古人在制作不同工具
时选择了不同的岩石，在选材上己有专属性。这些特定用途的工具选择特定的岩石来制作。制作石器时已利用了岩石的成分、结构、构造、密度、硬度、强度、韧性、脆性、弹性、研磨性、颜色、装饰性等性能。说明生活在
8000多年前的兴隆洼人对岩石矿物的认识程度己到了令人叹为观止的程度。这种对岩石矿物的认识程度应该是社会群体的认识程度
(先民知识素质)，己高于现代非专业人员的普通人对岩石、矿物的认识程度。兴隆洼先民对岩石矿物的认识和利用水平，不仅对兴隆洼文化研究具有重要意义，而且对研究地质学发展史、人类对矿物岩石认识和开发应用的历史也有重要意义。这一发现将丰富和完善地质学与矿床学的历史。
岩石薄片鉴定由柴建萍工程师完成，岩石材料统计工作由王东风、孟庆忠、李广友同志协助完成，在此一并致谢。
参考文献
[1】杨虎，刘国样。内蒙古敖汉旗兴隆注聚落遗址[[J] 1992年发掘简报 考古 1997.1
[2l内v古地质局第二区域地质侧量大队。中华人民共和国区域地质报告 (、二20万)「洼幅[R]19670
作者简介:王子祥 (1949- )，男，教授级高级工程师
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