秦始皇陵中埋藏汞的初步研究
常勇，李同
秦始皇陵位于陕西省临潼县城东五公里，秦始皇35年(公元前212年)开始营建，但是大规模的修建是统一六国之后，时间前后长达37年之处。
《史记》记载，秦始皇陵内“以水银为百川江河大海，机相灌输，上具天文，下具地理”。①这一记载究竟确切与否，史学家、考古工作者及自然科学家们都颇感兴超，迄今尚有不同看法②，但皆认为非到陵墓发掘之日无法提前验证。鉴于秦始皇在我国历史上曾有过特殊的、重要的作用，加之秦始皇陵是中国帝王陵中保存较好、时代最早的一个，所以对秦始皇陵的研究为学术界和广大公众所关心。
1981年，中国科学院地学部学部委员谢学锦先生建议将勘查地球化学中的汞量测量技术应用于秦始皇陵，并认为通过测定秦始皇陵封土的汞含量，有可能直接验证《史记》中关于秦陵内汞的记载是否可靠。
汞量测量技术
汞量测量是一种新的地球化学探矿方法③，它可以用来找寻隐伏的汞及各种硫化物床，这包括盲矿、或被厚层运积物覆盖的埋藏矿床。在许多金属硫化物矿床中都有汞伴生，其含量为数个ppm(ppm为百万分之一)④。汞在矿石中可呈单矿物(主要是辰矿)或在其它矿物中呈类质同像的或是机械的混合物存在，还可以呈吸附、溶液或孔隙间蒸气存在。在所有的金属中，汞的蒸气压最高，挥发性最强，即使在普通温度下，汞的蒸气压已相当显著。在0℃时为0.00019毫米，20℃时为0.0013毫米，1OO℃时为0.285毫米。由于汞及其化合物的高度挥发性，所以它们的扩散、迁移能力极强，它们可以从深部的矿床及邻近围岩中主要以气体状态向地表迁移，并以气体状态保留在土壤间隙中，或者被固着在土壤颗粒上，这样就在深部埋藏矿床的上方地表形成汞的异常⑤。
另外汞在土壤中的迁移是各向异性这一特点已被人们所掌握，即在垂直方向上扩散较大而侧向扩散较小。
已有不少文献报道，在已知盲矿及埋藏矿床上发现有清晰的汞异常或者根据地表汞异常找到新的盲矿或埋藏矿床。
汞量测量有各种不同形式的作法，最常用的有以下二种：
①壤中汞气测量。在土壤中钻孔，用一特制的取样器将孔密闭，抽出土壤中的气体，并将其中的汞蒸气捕捉在适当的富集器中(例如金丝富集器)，将富集器加热，驱出汞进行分析。
②土壤或岩石汞量测量。采储地表土壤或岩石样品，有一定温度下加热驱出在样品中固着的汞进行分析。
尽管汞量测量是为找矿而研制的新方法，但如果秦始皇陵墓中如《史记》所记载，埋藏有较大量的汞，则汞蒸气必然会由陵墓中向上迁移，并在封土表层形成汞异常。证实和发现这个汞异常的存在会给《史记》的可靠性提供直接证据。
根据这样的设想，在谢学锦先生与地质矿产部物化探研究所高级工程师郑康乐先生的具体指导下，我们于1981年及1982年两次在秦始皇陵进行了汞量测量的工作。
采样与分析
1981年12月，我们在秦始皇陵封土上布置了三条南北向测线及一条东西向测线。并以10米的间距在30—60厘米深处采集土壤样品，目的是先以少量工作迅速侦察封土中有无汞的高含量存在。这批样品于1982年初在物化探所北京西峰寺实验站分析后，发现封土的中央部分确有连续的汞的高含量存在，于是又在1982年5月继续在封土上加密测线，采用10X10米的网格，采样深度同前，目的是详细圈出封土中汞异常的细节，并将其中数条测线向外延伸，目的是了解汞异常周围更大范围内土壤中汞含量的背景变化，以便进一步确证封土中央部分汞异常的存在。
土壤样品中汞的分析是利用郑康乐等研制的SG—4型塞曼原子吸收测汞仪进行的。该仪器可以检测出土壤或岩石中低达1ppb(十亿分之一)的汞含量，并具有很强的抗干扰能力⑥。将样品在空气中干燥，磨碎至过160目孔筛，然后称取100—200毫克，置入石英舟，送进与测汞仪连接的热解炉中，在800℃下热解以释放汞，同时以空气为载气连续抽气，抽气流量为1.2升／分，用SG—4型塞曼测汞仪的积分档测量，档位为0.1At，积分时间为1分钟。根据测得的积分值，要标准工作曲线上查出相对应的汞重量，并计算成汞在土壤样品中的浓度ppb数。
我们在采集秦始皇陵土壤样品的同时，在一条测线上进行了壤中气汞量测量。在每个采样点上以钢钻出一个70—100厘米深的钻孔，然后旋入物化探所设计的椎形螺旋采样器⑦，用小型薄膜泵抽气1分钟，通过金丝富集器将汞捕集，然后送回物化探所北京西峰寺实验站进行分析。
另外还将部分样品送往物化探所廊坊中心实验室，用该所与西北冶金地质研究所共同研制的WYD—2型双道氢化物无色散原子萤光分析仪对样品进行了砷、锑、铋分析。
数据处理
为了抑制采样与分析中的噪音，以便更确切地勾绘汞异常的分布趋势及内部浓度变化，采用了勘查地球化学中常用的移动平均法对取得的分析数据进行处理。
在封土中部的测点密集区使用全面的移动平均法，开一个3X3单位格子(900M2)的窗口*①，将窗内的数据简单平均后置于中央格子中，然后将窗上下左右移动并将窗内数据进行平均，移动时每次重叠2／3。对于那几条向外延伸以便了解更大范围内背景变化点的数据平均，平均后的数据置于中央，然后向前移动1个点，再将5个点的数据平均后将数值置于中央。(*①封土中部采样网格为10X10米，故每个单位采样格子为100M2)
计算全部移动平均结果(近900个分析)的平均值为35ppb，该值为秦始皇陵及周围的背景值。始皇陵周围汞的这种背景变化，与国内外文献上报道的数据是大致可以对比的。例如苏联学者B.3 YPCOB报道苏联各种不同类型土壤中汞含量的背景系在27—88ppb之间变动⑧，而美国内华达与德克萨斯的土壤中汞含量变化是在20—40ppb之间⑨。
然后，我们暂以一种最简单的方法来确定始皇陵封土中汞的异常下限值；即将背景平均值35ppb的二倍70ppb作为圈定汞异常的下限。并将异常值按二倍、四倍、八倍于背景值分为三级，全部背景及异常值以不同的符号标绘于图上⑩。
从图二可以看到在125900M2始皇陵封土中发现了一个约12000M2范围的强汞异常，在异常内汞含量变化为70—1500ppb，异常区汞含量平均值为205ppb，高于140ppb的点为43个(43M2)，高于280ppb的点为11个(11OOM2)。
对汞异常的解释
在秦始皇陵封土上方发现如此强的汞异常，证实了《史记》中关于始皇陵中埋藏有大量水银的记载是可靠的，但我们认为还需要进一步追究一下始皇陵封土中的异常是不是土壤中固有的，它有没有可能取自某一矿化地区。
如果始皇陵土采自某个我们尚且不知的汞的高含量地区，则总可以在样品中发现汞的高含量与其它元素的异常含量相伴生，并有较好的相关关系，因为自然界汞的富集过程总会与一些其它元素特别是与砷、碲、铋等元素的富集过程相伴生，自然界很少有单一元素富集的现象(11)。
用原子萤光方法分析了始皇陵封土中的砷、碲、铋元素，分析结果见表一。
《水经注》记载：“始皇陵取土，其地汙深，水积成池，谓之鱼池也。”(12)据陕西省考古研究所袁仲一同志和秦俑博物馆考古工作队程学华同志介绍，《水经注》所记鱼池，即是始皇陵东北五里处的今鱼池水库。我们布置的土壤采样剖面中有一条通过始皇陵中心，南至骊山，北抵鱼池水库，南北贯穿，长约7.5公里，在鱼池水库采集的土壤样品中，汞含量较低，仅在5—65ppb范围内变化，其平均值为30ppb，与始皇陵封土上方的高含量起伏形成鲜明的对照。由此可见，鱼池的土中汞含量原来是较低的，如果始皇陵封土取自鱼池是确实的，只能是陵墓中埋藏的汞挥发，才在封土中形成异常的汞含量。
尚待解决的问题
诸多古文献记述了始皇陵在历史上曾多次被盗掘。《水经注》记载：“项羽入关发之，以三十万人三十日运物不能究，关中盗贼消椁为铜，牧人寻羊烧之，火延九十日不能灭。”(13)在始皇陵封土中发现的汞异常高含量点分布比较集中和有规律，如果秦始皇陵墓确实遭受过那样大规模的破环和火焚，一般认为就不可能再出现这种形态较为规整的汞异常。由于目前掌握这方面的资料还较少，所以此问题的最后澄清有待于进一步的工作。
另外，在始皇陵封土一条测线上进行的壤中气测量未能发现汞异常，这个问题也有待解决。我们认为，壤中气汞异常是深部补给与向大气中逸失达于动态平衡时造成的，而土壤中的汞异常则是深部补给长时间累积而造成的。土壤中有明显的汞异常，而壤中气内没有发现汞异常，这似乎只能说明当前正在进行的气态汞从深部向上方的补给是比较微弱的，即始皇陵墓地下埋藏的汞经2000余年之后已有很大的消耗，或者汞自地下陵的密闭室中向上迁移的量本来是极少的，只有经过多年在土壤中的固着与累积才能在土壤中形成清晰的异常，当然这也是有待进一步研究的问题。
结 论
使用勘查地球化学中的汞量测量方法在秦始皇陵墓封土表层中发现了很强的汞异常，面积达12000M2，据考古钻探的资料，该异常位于秦始皇陵园的内城中央，这证明了史记中关于始皇陵中有大量埋藏汞的记载是可靠的。对封土中砷、碲、铋等自然界矿化过程中经常与汞伴生的元素进行了分析。从结果来看，这些元素均无象汞那样有异常含量，其含量变化与汞没有相关关系。对秦始皇陵封土取土的可能地点——鱼池水库的土壤进行的分析发现汞含量很低，这些都表明始皇陵封土中的汞异常含量不是封土固有的，而是封土堆积后，由陵墓中人工埋藏汞挥发而叠加于其中的。
这次工作，不但证实始皇陵使用水银的直实性，也为考古工作者推断陵墓座向、地宫的位置等提供了科学的可利用的资料。另外，从始皇陵汞异常的强度和面积，对了解秦代的汞矿开采程度和冶炼水平是有益的。
总之，由于人类活动造成的地壳元素再分配，无疑是勘查地球化学中饶有兴趣的课题。只有四十年发展史的勘查地球化学，也许有可能为考古学作出一点贡献。
作者在陕西工作期间，得到了陕西省考古研究所袁仲一同志、韩伟同志，秦俑博物馆考古工作队程学华同志的大力协助，地质矿产部物化探研究所的樊铎、莫根生工程师在野外采样、样品加工、分析及解释异常时都作了不少指导，在此一并致谢。
(1)《史记·秦始皇本纪》。
(2)曹元宇《中国古代金丹的设备和方法》，《科学》，11卷1期，1933年1月。朱晟：《我国人民用水银的历史》，《化学通报》，1957年4月号。
(3)C.H.James《近代地球化学勘探中汞的潜在作用》，毕德启译，《汞的地球化学译文集》，中国地质学地勘查地球化学专业委员会出版物第二号，1981年。
(4)B.3.YPCOB《各种系统中的汞》，邱郁文译，《汞的地球化学译文集》，中国地质学会勘查地球化学专业委员会出版物第二号，1981年。
(5)A.A.萨乌科夫《汞的地球化学》，谢学锦译，科学出版社，1955年。
(6)郑康乐、李仲模《SG—4塞曼测汞仪》，《物探与化探》，第6卷3期，1982年。
(7)卫敬生《壤中气汞量测量野外取样的几个问题》，《物探与化探》，第5卷5期，1981年。
(8)B.3.YPCOB《各种系统中的汞》，邱郁文译，《汞的地球化学译文集》，中国地质学会勘查地球化学专业委员会出版物第二号，1981年。
(9)谢学锦《区域化探》，地质出版社，1979年。
(10)谢学锦《区域化探》，地质出版社，1979年。
(11)谢学锦《区域化探》，地质出版社，1979年。
(12)《水经注》。
(13)《水经注》。
(原载《考古》1983年第7期)
秦俑学研究/秦始皇兵马俑博物馆编．—西安：陕西人民教育出版社，1996.8