突尼斯杜加（Thugga/Dougga）始新世灰岩的岩石学与地球化学表征：对古城建筑与雕塑石材来源的指示意义

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Petrographic and geochemical characterization of Eocene limestones from Thugga / Dougga (Tunisia): Implications for the provenance of stones used in construction and sculpture in the ancient town

　　

研究人员针对位于突尼斯的联合国教科文组织世界遗产古城杜加（Thugga/Dougga），开展了旨在厘清从古迦太基-努米底亚时期至罗马帝国时期建筑材料选择与来源的研究。该研究整合了岩石学、沉积学与地球化学手段，对杜加周边出露的始新世灰岩进行了系统表征，并对19件涵盖公元前3世纪至公元3世纪的建筑构件样品进行了分析。通过详细的野外填图与地层测量，研究人员识别出5个主要岩石地层单元（U1–U5）及10种岩相类型。其中，货币虫（Nummulites）-盘环虫（Discocyclina）漂浮岩（LF3）、扁平货币虫漂浮岩（LF2.1, LF2.2）及浮游有孔虫泥粒岩（LF6）等诊断性岩相，成功实现了考古文物与遗址1公里范围内特定采石区域的可靠关联。研究结果表明，石材的选择主要受力学性能、雕刻难易度及外观品质的驱动：软质白垩状灰岩（LF6）多用于低矮小型建筑；坚固的货币虫灰岩（LF1.1, LF2.2, LF3）用于纪念性大型建筑；细粒致密岩类（LF5）则专用于精细雕塑。罗马帝国时期，对含扁平货币虫的漂浮岩（LF2.1, LF2.2）及货币虫-盘环虫组合灰岩（LF3）的开采利用趋于系统化，尤其用于立柱与大块砌石，而均质细粒石材（LF5）始终是雕像的首选。这种结合岩石学与地球化学的方法为古代建筑石材来源研究提供了坚实依据，揭示了当地资源战略性利用与采石实践的历时演变。

研究背景与意义

杜加（Thugga）古城位于突尼斯西北部，是反映从古迦太基、努米底亚时期至罗马帝国晚期文化演变的重要遗址。尽管该遗址的纪念性建筑遗存已得到广泛考古学研究，但关于其建筑材料，特别是广泛使用的始新世灰岩的来源仍缺乏系统性约束。既往研究虽识别出有限的岩类并暗示存在本地采石活动，但缺乏对石灰岩露头、岩相变化及地层结构的综合系统表征。这一认知空白限制了研究人员准确判定石材来源、重建古代物资经济与采石实践的能力。因此，本研究旨在通过建立杜加始新世灰岩的地质框架，为解析建筑与雕塑材料的来源提供基础，进而深入理解罗马非洲地区的石材供应与建造物流体系。本研究成果发表于《Journal of Archaeological Science: Reports》。

关键技术方法

研究人员开展了多学科综合分析。首先在杜加周边完成了5条详细的沉积剖面测量与系统采样，共采集85件露头样品。其次，制备薄片进行岩石学显微分析，利用J-microvision?软件进行300点计数以量化组分，并通过图像分析估算总宏孔隙度，依据形态比（厚度/直径）区分货币虫形态。第三，在德国埃尔朗根-纽伦堡大学进行了95件样品的碳氧稳定同位素测试，数据经NBS-19标准校正，以V-PDB为标准表达δ¹³C与δ¹⁸O值。第四，选取了19件考古样品（10件来自公元前3至1世纪，9件来自公元2至3世纪）进行岩相比对，并结合手标本观察验证来源。

研究结果

4.1 沉积剖面特征

通过对杜加周边的5条沉积剖面进行详细测制与描述，研究人员建立了该区始新统的地层框架。Circus北崖剖面（A）揭示了从细粒到粗粒的颗粒灰岩、含货币虫与盘环虫的漂浮岩，直至含大型货币虫与牡蛎的块状粗粒灰岩的垂向序列，并可见交错层理。北道路剖面（B）显示了中-粗粒生屑颗粒灰岩与漂浮岩。Minerva 2神庙剖面（C）对应于上部的白垩质泥粒岩。A?n Mizeb剖面（D）记录了含燧石层的白垩质岩石与上覆具交错层理的粗粒颗粒灰岩。Upper Quarry剖面（E）则展示了中-粗粒的交错层理颗粒灰岩覆盖于细粒均质颗粒灰岩之上。

4.2 岩相分析

基于85个薄片的岩石学分析，研究人员将杜加下始新统灰岩划分为10种岩相。主要包括：含小型坚固货币虫、棘皮类与红藻的交错层理颗粒灰岩（LF1.1）；含小型坚固货币虫碎屑的泥粒岩-颗粒灰岩（LF1.2）；含小型坚固货币虫与亮晶方解石的颗粒灰岩（LF1.3）；富含小型（A型）扁平货币虫的漂浮岩（LF2.1）；富含大型（B型）扁平货币虫的漂浮岩-砾屑岩（LF2.2）；货币虫-盘环虫漂浮岩-砾屑岩（LF3）；扁平盘环虫漂浮岩（LF4）；货币虫碎屑泥粒岩-颗粒灰岩（LF5）；浮游有孔虫泥粒岩-颗粒灰岩（LF6）；以及含磷质颗粒的浮游有孔虫颗粒灰岩（LF7）。每种岩相均具有特定的生物组合、颗粒大小、沉积构造及成岩特征。

4.3 岩石地层单元划分与填图

根据地层中岩相组合的垂向演化，研究人员定义了5个岩石地层单元。单元U1以小型坚固货币虫颗粒灰岩（LF1.1-LF1.3）为主，夹少量货币虫-盘环虫漂浮岩（LF3）。单元U2完全由货币虫碎屑岩（LF4, LF5）组成。单元U3由含扁平货币虫的岩相（LF2.1, LF2.2）构成。单元U4大面积分布于高原，以浮游有孔虫岩（LF6）为主，含少量含磷质颗粒灰岩（LF7）。单元U5进一步细分为U5A（小型坚固货币虫颗粒灰岩）和U5B（货币虫碎屑岩）。通过野外填图，这些单元的空间分布被精确厘定，并与已知的古采石场位置叠合。

4.4 成岩作用特征

研究人员观察到颗粒支撑的岩相普遍发育压溶缝合线接触，表明压实作用强烈。胶结物类型包括棘皮类周围的连生方解石胶结物（SC）、嵌晶状亮晶方解石胶结物（PC）、等厚环边胶结物（IBC）及镶嵌状亮晶方解石胶结物（MC）。LF6岩相因微晶基质的重结晶与微溶解作用表现出显著的微孔隙度，呈软质白垩状。同位素数据显示，除U4单元外，其他单元的δ¹³C与δ¹⁸O呈协变关系，反映了海相碳酸盐与大气水成岩流体的混合。

4.5 稳定同位素组成

全岩碳氧同位素分析显示，杜加灰岩的δ¹⁸O值介于-5.95‰至-2.26‰之间，δ¹³C值介于-9.82‰至+0.54‰之间。U1、U2、U3、U5A和U5B单元的数据表现出强烈的协变性，指示了海相碳酸盐相与晚期的大气水亮晶方解石胶结物的混合。U4单元由于微晶基质的成岩改造，δ¹³C显著亏损。总体而言，同位素组成在各单元间重叠度高，难以单独用于杜加灰岩的精确溯源。

4.6 建筑与雕塑石材的表征及来源

通过对19件样品的分析，研究人员明确了不同时期石材的岩相归属。迦太基时期的Bazina 55墓葬使用了LF6岩相，源自附近的U4单元。努米底亚时期的南方与北方陵墓及马西尼萨纪念碑大量使用了坚固的LF1.1和LF3岩相，主要来自北崖下方的U1单元。罗马帝国时期，哈德良神庙的柱座、塞维鲁凯旋门的壁柱及Capitolium神庙的主体建筑大量使用了LF3和LF2.2岩相，均就近取自U1和U3单元。雕像则始终偏好使用均质细腻的LF5岩相，可能源自U2或U5B单元。

讨论与结论

讨论部分指出，杜加石材的选择策略受物理性能与开采便利性的双重驱动。史前巨石阵使用未加工的基岩，迦太基时期偏好易雕刻的软质灰岩（LF6）。努米底亚时期为建造高达21米的纪念建筑，转向使用高强度、低孔隙度的坚固货币虫灰岩（LF1.1, LF3），这标志着系统性采石的开始。罗马时期，随着建筑规模扩大与装饰精细化，材料选择进一步专业化，LF3和LF2岩相被系统地用于大型砌体与立柱，LF5则成为雕塑专用石材。研究证实，绝大多数石材源自遗址1公里范围内的特定地层单元，但也指出部分岩相（如LF1.1和LF5）分布广泛，仅靠岩石学与常规同位素难以区分具体采坑，需结合采石痕迹与更精细的地球化学手段。

结论部分强调，本研究建立的岩石学-地球化学框架为杜加石材溯源提供了可靠基准。识别出具有地层专属性（LF3, LF2.1, LF2.2, LF6）的诊断性岩相是方法论上的重要进展。研究揭示了从迦太基-努米底亚时期的相对机会性开采，到罗马时期针对特定岩相与采石场的定向、系统化利用的演变过程。这一成果不仅深化了对杜加古城资源管理的理解，也为罗马非洲地区的石材经济研究提供了范式。