外刊:爪哇海沉船出和青白瓷产地研究——便携式XRF成分分析-奇幻城平台

外刊:爪哇海沉船出和青白瓷产地研究——便携式XRF成分分析

2019-09


徐文鹏 美国伊利诺伊大学芝加哥分校


摘要

本文通过使用pXRF针对美国菲尔德博物馆(The Field Museum)藏12到13百年爪哇海沉船出水中国瓷器的胎和釉进行成分分析,评估了用该方法来区分风格相近的青白瓷并判定其产地的有用。本文还比较了胎和釉的分析结果,来评估对釉进行pXRF检测是否可以看作有别于风格相近瓷器成分并判断其产地的有用手段。


关键词

pXRF 成分分析 青白瓷 海上贸易 爪哇海沉船 宋代



1. 导论


1.1 项目介绍

作为一种无损的检测手段,便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)异常适用于博物馆研究,立即是因为文物的保护是博物馆研究计划中特别重要的因素。并且,pXRF但是迅速地、低成本地检测器物成分的优点也使这种手段对研究中国瓷器的产地格外起吸引力,因为国内数量最巨大的窑址需要大量的样品来建立可供对比和参考的数据库。通过使用pXRF针对美国菲尔德博物馆(The Field Museum)藏12-13百年爪哇海沉船(Java Sea Shipwreck)发生水中国瓷器的胎和釉进行成分分析,本文评估了用该方法来区分风格相近的青白瓷并判定其产地的有用。为建立参考组,我们首先根据沉船中器物的风格选取了四只可能的产地(景德镇、德化、华家山和闽清)出土的青白瓷,针对那进行胎釉成分分析。以后,我们以爪哇海沉船青白瓷的成分与窑址所呈现青白瓷的成分进行对照,来判断其可能的产地。由于瓷器胎的成分在pXRF检测中多次未容易获取,所以本文还比较了胎和釉的分析结果来评估对釉进行pXRF检测是否可以看作有别于风格相近瓷器成分并判断其产地的有用手段。


1.2 历史背景

爪哇海沉船(Java Sea Shipwreck)被20 百年80 年代末期在爪哇海(靠近印尼爪哇岛和苏门答腊岛之海域)被渔民发现(希冀1)。随即,沉船由打捞公司“太平洋海洋资源”(Pacific Sea Resources)进行了系统的打捞和恢复。爪哇海沉船的年代初期被判定为13百年中深,但是最新的研究显示沉船的年代可能早到12百年中深。依照原报告推断,立即艘船舶或是出发于福建泉州港,那个目的地可能为爪哇岛的图班(Tuban)。船上装有约10万件陶瓷器和200吨铁,和少量的象牙、香料以及锡锭。爪哇海沉船上的多数陶瓷器是来中国南的南宋时的器材,包括青白瓷、青瓷、地下釉瓷、绿釉黑彩瓷和黄褐釉瓷器,其中青白瓷是沉船中最大的瓷器品种。


希冀 1 爪哇海沉船的职位和四只参考窑址的职位



1.3 成分分析研究

针对陶瓷器的成分分析已经成为考古学家研究陶瓷产地和流通的重要手段。部分常用的检测手段包括INAA(中子活化分析)、ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱法)、ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪)和XRF(X射线荧光光谱仪)。近来,这些检测手段已经渐渐开始使用于对中华瓷器的分析上。这些研究多是用来了解单一窑场的瓷器成分,或者比较几只窑场的产品来了解风格相似产品的成分千差万别。除了,部分分分析的研究已开始对远方发现的华夏瓷器的产地进行判断。


近来,研究者已开始用pXRF来判断东非和东南亚出土的华夏青花瓷的产地。崔剑锋利用pXRF来分析肯尼亚耶稣堡出土的克拉克瓷的产地。研究结果显示利用pXRF分的成分分组与风格分析一致,连说明克拉克瓷来自三只产地——景德镇窑、漳州窑和日本的发生田窑。该研究还指出,釉中的Zr和Th素可以看作判断克拉克瓷产地的重要指纹元素。Fischer和Hsieh使用pXRF来分析了菲律宾和爪哇岛出土的16百年末到17百年初的青花瓷的胎、釉和青花,成功区分出了景德镇和漳州窑的产品。该研究还指出,尽管釉中的高原子序数元素(Rb、Sr、Zr和Th)的含量不可避免的带有一些胎中的成分,但是随即并不影响分析结果,因为关键点是只通过对釉的pXRF分析就可以肯定地有别于出景德镇和漳州窑的产品。


针对被爪哇海沉船出和的华夏瓷器,LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪)分析已经进行。例如,Niziolek成功地有别于出了景德镇青白瓷和福建的青白瓷。由于LA-ICP-MS可以检测50-60种素的成分且检测限值非常低,它成为很多考古学家所重视的同种量化分析陶瓷器成分的手段,但是这种方法也存在着有弊端,如果半发生害的检测方式和较高的检测价格。彼此比较于LA-ICP-MS,pXRF虽然是同种无损的检测方法,并且检测速度快、资本低。但是,pXRF啊存在着必然的不足,即使检测限值较高且准确度较低。所以,依照研究有少数只对象:(1)认清pXRF是不是可以看作一种有效的检测手段用以区分来自不同窑场的风格相似的产品;(2)通过对比窑址器物的成分来判断爪哇海沉船部分中国瓷器的产地。由于不同风格的产品(如果青白瓷、青瓷和非法釉瓷)有鲜明的成分千差万别,本文的研究只集中在相同种风格的产品, 即使青白瓷。



2. 样品和方法


2.1 样品

依照研究所用样品有少数只来自——菲尔德博物馆收藏爪哇海沉船出和瓷器和中华窑址出土的瓷器标本。我们从爪哇海沉船选取了60起青白瓷样品,连从窑址选取了69起样品来建立参考组。


根据器物风格,我们以爪哇海沉船的青白瓷分为三类。一类青白瓷为精细产品,那个特征是白胎细腻、胎体轻薄、黑白釉透亮,广泛的重视型为印花碗或盘(希冀2-a和2-b)。宋元时期高质量的青白瓷多为江西景德镇窑所生,所以我们想一类青白瓷为景德镇窑的产品。二类青白瓷为白胎,黑白釉较淡,重视型多为模制的盒和小瓶(希冀2-c和2-d)。福建发生多只生产青白瓷盒和瓶的窑场,如果德化和华家山窑。三类青白瓷为灰白胎,釉色偏灰白,重视型基本都为素面或准备云气纹的碗(希冀2-e和2-f)。福建闽清义窑发现了大量窑址生产类似的产品,所以我们认为这类青白瓷可能来自闽清义窑。所以,我们挑选了四只窑址(景德镇窑、德化窑、华家山窑和闽清义窑)的69起样品来进行pXRF分析。


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希冀2 本文分析所用的爪哇海沉船的三类青白瓷

达到排除左:a. 一类青白瓷盘(号345839)达到排除右:b. 一类青白瓷盘(号345865)

中排左:c. 二类青白瓷盒(号344280)中排右:d. 二类青白瓷盒(号344300)

下排左:e. 三类青白瓷碗(号346757)下排右:f. 三类青白瓷碗(号347440)



2.2 办法

早期我们试图分析所有样品的胎和釉,但是由于瓷器表面大部分都被釉覆盖,除非在无釉的部分(如果器物底部)才通过pXRF表来分析胎的成分,所以并非所有样品的胎的成分都可以用pXRF来取得。所以本文分析了全部129起样品的釉,但是只测了其中63起样品的胎。


成分分析采用菲尔德博物馆的Thermo Niton XL3t GOLDD+便携式X射线荧光光谱仪,电压40kv,电流100µA,检测时间为120秒,Ohio Red Clay作为参考标准,使用矿土全能模式(Test All Geo)来分析。


值得注意的是,当以pXRF分析瓷器的釉层时,强原子序数元素的含量可能反映了釉和部分胎的成分。华夏瓷器的透明釉层厚度通常为200-500微米,对于高原子序数元素(如果Rb、Sr、Y和Zr),透明釉的检测深度范围也382-645微米,所以我们不能完全排除来自胎体成分的烦扰。但是,由于我们利用pXRF分析的重要目的是为区分不同窑的产品如不对釉进行定量分析,我们仍认为用pXRF针对瓷器的釉进行分析是判断产地的同种有效的方法。此外,有关研究还表明尽管pXRF发生的断然元素含量可能不如另高灵敏度技术(如果NAA和ICP-MS)准确,但是pXRF依照可用于判定成分分组,所得结果和其他艺术十分接近。所以,依照研究下pXRF的目的是为认清pXRF是不是可以有效区分不同窑址的瓷器成分且判断爪哇海沉船瓷器的产地。



3. 结果和讨论


3.1. 不同窑址瓷器的成分千差万别

本文首先通过分析窑址的器材成分来判断pXRF针对胎和釉的分析是否能够区分不同产地的器材的成分。


3.1.1 

我们对十只因素(Si、Al、K、Fe、Ti、Rb、Sr、Zr、Nb和Th)的成分进行统计分析,包括主成分分析、聚拢类分析和马氏距离分析。前半只主成分生成的双标图清晰地显示四只窑址的青白瓷成分存在着鲜明差异(希冀3)。景德镇窑青白瓷釉中Fe含量较高,Nb和Th的含量较低;德化窑青白瓷Zr和Th较高,Fe和Rb含量较低;华家山窑青白瓷Rb和Nb含量较高,如果Ti和Zr含量较低;闽清义窑青白瓷Ti和Sr含量较高,如果Rb含量较低。Th-Zr和Th-Nb的双标图为理解地显示了自不同窑场的器材成比例里的差别。马氏距离分析结果为显示一个窑址的样品落入其他窑址分组的概率很低(全部小于1%)。聚拢类分析产生的树状图上同可以了解地看四只分组,每个窑的样品聚集在共同为同一组。这些结果表明四只窑址为保险的参考组。


表明1 爪哇海沉船青白瓷产地的马氏距离判别



希冀4 主成分1和2的R-Q模式双标图(革命为爪哇海沉船样品)


3.2.2 

针对沉船器物胎的成分进行聚类分析显示了和基于釉的成分分组一致的结论。主成分分析也显示一类青白瓷来自景德镇窑,二类青白瓷来自德化和华家山两只窑,三类青白瓷来自闽清义窑。尽管胎体分析结果和釉层分析结果同样,但是由于胎的样本数量较少,并非所有参考组都有足够的样品,导致通过胎的成分来判断爪哇海沉船青白瓷产地比通过釉的成分来判断更有挑战性。



4. 结论


以上结果充分证明pXRF可以看作一种有效的手段来区分不同窑址风格相似产品和判断海外发现中国瓷器产地。四只窑址(景德镇窑、德化窑、华家山窑和闽清义窑)的青白瓷胎、釉成分可以明确地区分开来。沉船中三种风格的青白瓷来自四只不同的窑址。有一类青白瓷都来自景德镇窑;二类青白瓷有少数只来自,其中多数来德化窑,其三件来自华家山窑;三类青白瓷都自闽清义窑。由于闽清义窑的产品是爪哇海沉船船货中最大的一类陶瓷产品,还沉船中大量陶瓷产品来自闽江流域(如果闽清义窑和建阳华家山窑等),所以我们想这艘船舶的开始港可能并不是原来报告判断的泉州,如果有可能是从福州港装船,下一场再驶向泉州装其他产品。


通过对胎和釉的成分分析结果进行对照,我们发现pXRF针对釉的分析可以区分来自不同窑的产品和判断爪哇海沉船青白瓷的产地。虽然釉中高原子序数元素的含量可能反映了釉和胎成分的结合,但是由于我们的重要目的是为成分分组而不提供定量分析,所以pXRF针对釉的分析还可以看作一种判断中国瓷器产地的有用手段。总而言之,考虑到pXRF的便携、无损和低成本等特征,我们认为使pXRF能够帮助快速地判断古代海上贸易路线中发现的华夏瓷器的产地。在这个基础上,我们可以用更灵活的检测手段如LA-ICP-MS来进一步健全产地分析的结果。



给予


我们要感谢福建博物院文物考古研究所羊泽林先生提供了闽清义窑和华家山窑的样品,中山大学的熊寰讲课提供了自华家山窑和景德镇窑的样品,和德化陶瓷博物馆的陈丽芳女士在德化窑址考察中给的热情帮助。感谢熊寰老师拍摄了本文所用部分器物的照片。感谢北京大学的崔剑锋讲课为pXRF分析提供了研究思路和指导。我们又感谢菲尔德博物馆Laure Dussubieux博士提供pXRF装备的使用和指导,Jamie Kelly知识分子在选择爪哇海沉船瓷器样品中给的帮助。我们呢感谢两个匿名审稿人的有利评论和建议。


本文由作者徐文鹏节译自 Xu W, Niziolek LC, Feinman GM. Sourcing qingbai porcelains from the Java Sea Shipwreck: Compositional analysis using portable XRF, Journal of Archaeological Science,vol. 103, pp. 57-71.