新疆托里县那仁苏墓地出土陨铁器分析

新疆托里县那仁苏墓地出土陨铁器分析

新疆托里县那仁苏墓地出土的两件铁刀，经科学分析证实为陨铁制品，其年代可追溯至公元前3000年左右，是国内目前发现最早的陨铁制品。这一发现不仅填补了我国早期铁器研究的空白，也为中亚地区与欧亚草原游牧文化的研究提供了重要线索。

样品与分析方法

那仁苏墓地位于新疆塔城地区托里县东南约50多公里的库普乡和庙尔沟镇交界处，墓葬分布在那仁苏河与哈拉赛河之间的二级台地上。此处地处加依尔山间谷地，海拔约1700米，水草丰美，是当地牧民理想的夏牧场。2021年4～8月，为配合基本建设，新疆文物考古研究所在托里县那仁苏引水工程水坝淹没区发掘古墓葬74座。M2、M4、M5代表的墓葬遗存，根据墓葬形制、随葬器物等推断属于铜石并用时代的阿凡纳谢沃文化遗存。其中M4、M5两座墓葬中分别出土了一件铁刀，经过碳十四测年并进行树轮校正（表1），结果显示两座墓葬的年代为公元前3000年左右。

本文对这两座墓葬出土的两件铁刀进行了实验室分析检测。样品信息如表2所示。

我们选取TDM4铁刀没有刀鞘的一小段作为分析样品，选取TDM5铁刀刀头尖端没有刀鞘处使用金刚石带锯进行切割取样。将选取好的样品放置在硅胶模具中进行冷镶，镶嵌好的样品使用由粗到细的砂纸进行打磨，随后进行抛光处理，对抛光的样品表面喷碳，然后进行扫描电镜能谱测试。

我们使用TESCAN公司的钨灯丝光源VAGA3-XMU扫描电子显微镜配合BRUKER公司的XFLASH-DETECTOR系列610M能谱分析仪，对两个试样进行扫描电镜能谱分析。能谱测试中的工作电压控制在20kV，数据采集时间为60s。

分析结果

铁刀TDM4的截面锈蚀矿化极为严重，仅在一侧刃部和一侧断口处发现非常少量的金属本体残留。图3电镜照片显示，最靠外刃部的部分呈现非常明显的分层交替分布现象，并且存在选择性优先腐蚀的现象，靠近内侧则没有明显的分层交替分布现象。根据能谱的分析数据，残留的金属本体中存在很高的Ni元素以及少量的Co元素，并且最外侧刃部和靠近内侧的残留金属中Ni元素的含量不同，最外侧刃部金属本体含Ni大约为12%，靠近内侧金属本体含Ni大约为7%。

铁刀TDM5的截面锈蚀矿化程度更高于TDM4，仅存在很微量的残留金属本体。图4电镜照片显示了残留的金属本体，能谱分析的元素含量表明，其中含有很高的Ni元素，达到18.62%，还有少量的Co元素。

由于试样锈蚀矿化严重，原本的金属元素随着锈蚀程度的加重而不断流失，在不考虑锈蚀的情况下，根据能谱数据估测了原样本中的Ni含量。如图5所示，估测铁刀TDM4原样品中Ni元素含量与残留金属本体中的Ni元素含量基本一致，靠近外刃部含Ni大约为13%，内侧断口处含Ni大约为8%。图6显示，估测铁刀TDM5原样品中的平均Ni元素含量大约为9%。镍元素是区分陨铁制品和人工冶铁制品的一个很重要的判断因素，根据镍元素含量，初步判断两件铁刀为陨铁制品。

再对铁刀TDM4样品中最靠外刃部呈现分层交替分布的区域进行更细致的分析。图7显示，在电镜的高倍率下，残留金属本体中的高低镍相分层交替现象可清晰看到。经过能谱分析，较亮的条带为高镍相，较暗的条带为低镍相。高镍相的Ni元素含量达到20%～25%左右，低镍相的Ni元素含量在6%左右。同时，发现Ni元素含量与Co和Fe元素含量在各相之间呈现高低交错分布的特征。对选择性优先腐蚀的区域也进行能谱分析，如图8所示，较亮的条带为高镍相，低镍相被优先腐蚀。尽管低镍相被优先腐蚀，但从能谱数据依然可以看出Ni元素含量与Co和Fe元素含量在各相之间呈现高低交错分布的特征。

进一步对残留金属本体中分层交替分布区域分别进行线扫描和面扫描。线扫描结果如图9a所示，图9b的曲线图清晰地反映出Ni元素含量和Fe元素含量高低交错，且分层条带的平均宽度大约为600μm。面扫描结果如图10a-c所示，其中b图和c图清晰地反映出Ni元素和Fe元素的分布，可以看到两元素含量呈高低交错分布。

在铁刀TDM5样品中，发现了含镍量极高的富镍相，如图11中的亮色区域所示。根据能谱分析，亮色区域中A点的Ni元素含量高达46.5%。

因此，可以确定TDM4铁刀为陨铁制品，呈现分层交替分布特征的区域为合纹石，其中的高镍相为镍纹石α相，低镍相为铁纹石γ相，两相呈带状交替分布，无分层交替分布现象的区域为铁纹石。确定TDM5铁刀也为陨铁制品，富镍相为α相的镍纹石，残留的金属本体区域应当为含镍量较高的合纹石，因此其中铁纹石和镍纹石交替生长的现象消失。

除此之外，在两件铁刀样品中均发现了随机分布的富磷相。图12的B、C、D点为TDM4铁刀腐蚀区域中残留的富磷相金属颗粒。图13的A、B、C点为TDM4铁刀残留金属本体中的富磷相颗粒。能谱分析显示，富磷相颗粒中P含量大约为13%～14%，Ni含量大约为20%～37%，高于金属本体中高镍相的Ni含量，Fe含量大约为50%～67%。图14为TDM5铁刀腐蚀区域中残留的富磷相金属颗粒，对其中的A、B、C、D、E点分别进行能谱分析，显示5个富磷相金属颗粒中均含有14%左右的P元素，Ni元素含量大约为14%～16%。根据富磷相颗粒中P、Ni、Fe、Co元素的含量，此富磷相应当是陨铁当中的副矿物陨磷铁镍石。

根据以上对两件铁刀进行的扫描电镜能谱分析结果，可以证实两件铁刀均为陨铁制品，其中TDM4铁刀样品的原铁陨石中含有主要矿物铁纹石、合纹石以及副矿物陨磷铁镍石，TDM5铁刀样品的原铁陨石中含有主要矿物合纹石、镍纹石以及副矿物陨磷铁镍石。

讨论

在以往的研究中，我国发现最早的陨铁制品为河北藁城台西村商代遗址发现的一件铁刃铜钺，它表明我国从商代开始，就已经认识了铁，区分了铁与铜在性能上的差异，并使用铁陨石制作器物。除此之外，已发表的研究中还报道过几件陨铁制品，如表3所示，这些陨铁制品对研究我国冶铁技术的起源有着重要的意义。

从表3可以看出，已发现的陨铁制品年代从商中期到西周末，出土地多数为中原地区。而本文的两件铁刀，年代为公元前3000年左右，时间远远早于我国已发现的所有陨铁制品。并且，以往发现的所有陨铁制品均为铜铁复合器，且均用陨铁制作器物的刃部。本文的两件铁刀为纯陨铁制品，因此，不仅是我国目前发现最早的陨铁制品，还是我国目前发现唯一的纯陨铁制品。

国外的相关研究也报道过陨铁制品，表4列出了已有相关分析数据的国外陨铁制品的情况。本文的两件铁刀，在世界范围内，也属于年代极早的陨铁制品。

阿凡纳谢沃文化属于铜石并用的时代，主要范围分布在俄罗斯境内，我国的新疆地区也发现了阿凡纳谢沃文化。目前，还没有与阿凡纳谢沃文化相关的陨铁制品的分析数据。本文两件铁刀所属的那仁苏墓地为阿凡纳谢沃文化遗存，这两件铁刀的分析数据为首次报道的阿凡纳谢沃文化陨铁制品的分析数据，这也为阿凡纳谢沃文化的铁器技术传播和使用提供了参考依据。

结论

本文对新疆托里县那仁苏墓地M4、M5出土的两件铁刀进行了初步的分析，判定两件铁刀均为陨铁制品，其中含有主要矿物铁纹石、镍纹石、合纹石，以及副矿物陨磷铁镍石。据碳十四测年显示，M4、M5的年代为公元前3000年左右，是我国目前发现最早的陨铁制品。那仁苏墓地M4、M5所代表的墓葬遗存，根据墓葬形制、随葬器物等推断属于铜石并用时代的阿凡纳谢沃文化遗存，这是首次对阿凡纳谢沃文化陨铁制品的相关分析数据作出报道。这对于中亚地区与欧亚草原游牧文化的研究以及探讨早期铁器的传播和使用都具有重要的价值和意义。

本文为国家重点研发计划重点专项 “馆藏脆弱铁质文物稳定性评估关键技术研究”（项目编号：2020YFC1522101）的阶段成果。

参考文献

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[5]Koryakova Ludmila，Epimakhov Andrej-Vladimirovich，The Urals and Western Siberia in the Bronze and iron Ages，Cambridge University Press，2006，p.190.

（作者单位：张昕瑞 李延祥　北京科技大学科技史与文化遗产研究院；阿里甫江·尼亚孜　新疆文物考古研究所）

编校：杨春红

审校：宋　俐

审核：陈　霞