黑曜岩的考古学研究综述

黑曜岩的考古学研究概述

刘爽1，2 吴小红1 陈全家2

（1 北京大学考古文博学院 2吉林大学边疆考古研究中心）

摘要：本文介绍了黑曜岩的产生条件、物化性质、用途及产地分布，并总结了相关的考古学意义及考古学研究课题。

关键词：黑曜岩；考古学研究；成份分析；产源

中图分类号：K871 文献标识码：A

1 黑曜岩的基本性质

1．1黑曜岩的产生

黑曜岩是在火山喷发过程中由粘性较大的酸性熔岩迅速冷凝形成的火山玻璃。因此，黑曜岩的产生需要三个基本条件：

（1） 火山喷发

（2） 酸性熔岩

（3） 迅速冷凝

在地质学中，根据SiO2 相对含量多少，将岩浆和岩石分为酸性（SiO2＞65％）、中性（SiO252—65％）、基性（SiO245—52％）和超基性（SiO2＜45％）。越是酸性的岩浆，粘性越大、温度越低，不易流动，因而凝固越快，在迅速冷凝的条件下越容易形成非晶质的玻璃态，因此，火山玻璃多以酸性岩为主。又由于酸性岩浆的火山以爆烈式喷发为主，而在剧烈的火山喷发过程岩浆混合充分，使得形成的黑曜岩质地通常是比较均匀的。而不同时期不同地域的火山喷发形成的黑曜岩具有不同的地球化学特征，这就是能够利用黑曜岩进行产源判断的最主要的理论依据。

1．2黑曜岩的化学性质

黑曜岩的化学组成与流纹岩相似，以SiO2 为主，其含量通常为70－75％，Al2O3含量为10－15％、（FeO＋ Fe2O3）含量为1－5％、 Na2O含量为3－5％、K2O含量为2-5%。以上为主量元素。含量在1%以下的为微量元素，一般情况下，微量元素对判源起决定作用，“微量元素组成曾成功地示踪古代大理石和黑曜石等石制品…的原料产地，因为石制品…的加工制造过程仅改变了原材料的物理性质和晶相结构，而原材料的化学组成并没有发生显著地变化，作为原材料产地指纹的微量元素组成依然被保留”［1］。对于黑曜岩而言，起比较显著的矿源指征作用的微量元素有Rb、Sr、Y、Zr、Nb和Ba等，我们称其为矿源的“特征元素组”，通常由一系列特征元素来指征一个源，而不同源的特征元素组并不一定相同。

下表显示黑曜岩与燧石化学组成上的区别（北京大学科技考古实验室的仪器LA-ICP-AES测试）：

硅质石叶(%)燧石(%)黑曜岩（和龙西山1）(%) Na2O 0.0000 0.0000 3.4244

MgO 0.1822 0.17350.0625

Al2O3 1.9156 1.876310.9429

SiO2 95.8271 96.092569.9300

K2O 0.2126 0.1432 4.2576

CaO 1.1520 1.15690.2601

TiO2 0.02970.0229 0.0959 MnO20.0369 0.03700.0331

Fe2O3 0.34900.1803 1.4228

CoO 0.00200.00050.0000

CuO 0.0007 0.00060.0003

ZnO 0.0000 0.00080.0001

Sr O 0.0009 0.0043 0.0000 Ba O 0.0042 0.0071 0.0054 Ni 0.0156 0.01800.0000

V 0.25280.25350.0000

Ce 0.0158 0.02810.0001

Nd 0.0017 0.0022——

利用黑曜岩是火山喷发过程中产生的含铀的玻璃质物质，可以对它进行裂变迳迹法测年。测年的结果代表黑曜岩形成或最后一次受热事件以来的年龄［2］。目前，这种方法也被用来判断遗址中的黑曜岩石器的矿料来源，但对于那些产生于同时期源的区别判断就显得无能为力。此外，也可以利用质谱仪通过锶同位素探寻黑曜石的产地，其主要的理论依据为锶、铅、钕是3种其同位素组成在自然界有显著地区和矿源涨落的中等重量以上的元素，不同地区可能具有不同的锶同位素组成［3］。而锶同位素结合铷、锶的浓度研究似乎更为有效，但相比常规分析也更为昂贵费时［4］。

1．3 黑曜岩的物理性质［5］［6］

通常在火山玻璃构成的基质中，常含有少量石英、长石等矿物的微晶、斑晶及骸晶。在偏光镜下，黑曜岩表现为光性均质体，但又略显明暗变化，主要是由于基质中的微晶造成的，微晶有球状、棒状等形态。在显微镜下，可观察到“雏晶”包体、似针状包体。其晶系和结晶习性为非晶质体，也就是说，它内部结构质点分布作不规则排列，因此不具有晶体的自限性、各向异性、对称性、最小内能和稳定性等基本性质。

黑曜岩具有玻璃光泽，其颜色有黑色、褐色、灰色、黄色、绿褐色、红色等，黑色不透明，其它颜色色调浅的透明度较好，色调深的透明度较差。颜色有时并不均匀，常带有白色或其他杂色的斑块和条带，是一种含斜长石聚斑状的黑曜岩，主要矿物为隐晶及玻璃质，斑晶由白色斜长石组成，有少量钾长石。古人加工黑曜岩作工具通常选用质地匀净的优质石料，以黑色不透明居多。

黑曜岩通常无紫外荧光，无特征吸收光谱。它的摩氏硬度接近5，无解理，断口多呈贝壳状，非常容易剥片, 适合加工细小精致的石器。

黑曜岩的密度G=2.33－2.46g/cm3 ，折射率N=1.48－1.52，多为1.49。一般情况下，其折射率在N=1.480-1.510，密度G=2.13-2.42g/cm3之间变化，随着地域的不同而表现出细微的差别，如下表所示：

地区密度G ,单位g/cm3折射率N

黄石公园 2.353 1.482

复活节岛 2.400 1.490

格陵岛 2.412 1.4939

墨西哥 2.394 1.4889

哥伦比亚 2.352 1.4830

尼圭多 2.336 1.484

利帕里Lepari岛（意） 2.363 1.490

黑曜岩矿物表面可以机械吸附水分子，其含量不固定，随温度和湿度不同而不同。作为非晶质物质，其水胶凝体中的胶体水被微弱的联结力固着在表面，胶体水是矿物的固有特征，是黑曜岩表面水合层形成的原因。

研究石质标本，首先面临的问题就是判断它是否被人加工和利用过，也就是确定人工制品的标准，如具有台面、打击点、半锥体、锥疤、同心纹及辐射线等，黑曜岩作为一种优质石料，各种特征往往都表现得很清楚［7］，如图：

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