參加夏商周斷代工程C-14 測(cè)年工作的回憶

□郭之虞

1995 年秋的一天， 仇士華先生給我打來(lái)電話(huà)：“老郭， 用加速器質(zhì)譜測(cè)夏商周系列樣品的事兒還想不想干？ ”那時(shí)我們有一個(gè)隸屬于中國(guó)第四紀(jì)研究會(huì)的C-14 年代學(xué)組，仇士華先生是組長(zhǎng)。在1994 年的全國(guó)C-14 測(cè)年學(xué)術(shù)會(huì)議上，幾位考古學(xué)家和C-14 測(cè)年專(zhuān)家曾經(jīng)討論過(guò)這個(gè)問(wèn)題。 在接到仇先生電話(huà)后我回答說(shuō)：“當(dāng)然想干了。 有什么好消息嗎？ ”他告訴我：“國(guó)家就要為夏商周斷代工程立項(xiàng)了！ ”原來(lái)他剛剛參加了宋健同志主持的座談會(huì)， 會(huì)上討論了啟動(dòng)夏商周斷代工程的事情。

我參加C-14 年代學(xué)組比較晚， 是在北京大學(xué)開(kāi)始建造基于EN 加速器的加速器質(zhì)譜計(jì)（AMS）之后。 EN 加速器是英國(guó)牛津大學(xué)1984 年贈(zèng)送給北京大學(xué)的。 1985 年，我到牛津大學(xué)從事訪(fǎng)問(wèn)工作。 1986 年，北京大學(xué)開(kāi)始籌建AMS，并安排我考察牛津大學(xué)的AMS 實(shí)驗(yàn)室。 同年，陳鐵梅先生也到牛津大學(xué)AMS 實(shí)驗(yàn)室從事訪(fǎng)問(wèn)工作。 1986 年6 月， 牛津大學(xué)AMS 實(shí)驗(yàn)室主辦了AMS 技術(shù)國(guó)際研討會(huì)， 借此機(jī)會(huì)我認(rèn)識(shí)了國(guó)際AMS 界的很多知名專(zhuān)家， 并對(duì)AMS 的原理和技術(shù)有了一定的了解。 1987 年春，我從牛津大學(xué)回到北京大學(xué)，隨即參加了北京大學(xué)EN-AMS 的建設(shè)工作。 該工作1988 年被立項(xiàng)為國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目，由陳佳洱先生和李坤教授擔(dān)任負(fù)責(zé)人。我同時(shí)參加了C-14 年代學(xué)組的工作，并從1988 年起參加了歷次C-14 全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議。 那時(shí)我們已開(kāi)始考慮用加速器質(zhì)譜方法測(cè)量夏商周系列樣品特別是殷商甲骨的事兒。 作為這方面的探索，1990 年，我去瑞士蘇黎世高工AMS 實(shí)驗(yàn)室從事訪(fǎng)問(wèn)工作時(shí)，特意從中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所帶了6 片無(wú)字卜骨去進(jìn)行測(cè)年的嘗試，并取得了初步的成功，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)有多片甲骨的年齡偏老。

1993 年春，北京大學(xué)EN-AMS 建成通過(guò)驗(yàn)收， 這是我國(guó)首臺(tái)可以進(jìn)行批量C-14 樣品測(cè)量的加速器質(zhì)譜計(jì)，在考古、地學(xué)、環(huán)境、生命科學(xué)各領(lǐng)域測(cè)量了大量C-14 樣品， 取得了一批重要的科研成果。但是這臺(tái)加速器是1962 年生產(chǎn)的老產(chǎn)品，由于EN-AMS 立項(xiàng)時(shí)投入的資金有限， 一些嚴(yán)重老化的設(shè)備沒(méi)有得到更新，EN-AMS 的C-14 測(cè)量精度只在1%左右，尚不能滿(mǎn)足夏商周斷代工程的要求。 要測(cè)量夏商周斷代工程的樣品就必須對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造，使其C-14 測(cè)量的精度提高到0.3%、0.5%。 在1996 年召開(kāi)的夏商周斷代工程領(lǐng)導(dǎo)小組和專(zhuān)家組聯(lián)系會(huì)議上，有人提出不如直接把樣品送到國(guó)外去測(cè)， 但是經(jīng)過(guò)反復(fù)討論， 改造現(xiàn)有AMS 的意見(jiàn)最終占了上風(fēng)。 夏商周斷代工程在C-14 測(cè)年課題下設(shè)立了AMS C-14 測(cè)年專(zhuān)題組，我擔(dān)任專(zhuān)題組組長(zhǎng)。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和技術(shù)準(zhǔn)備，我們于1997 年4 月開(kāi)始進(jìn)行包括離子源、加速器與束流輸運(yùn)線(xiàn)、加速器控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)獲取與測(cè)量控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室工作環(huán)境改善等五方面的改造工作。 1998 年4 月進(jìn)入調(diào)試階段，先后解決了C-13 測(cè)量法拉第杯定位、C-14 雙參數(shù)譜中的拖尾、 探測(cè)器入口處束流截面與窗口的匹配、 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化與傳輸效率提高等問(wèn)題， 還研究了離子源濺射區(qū)幾何尺寸、剝離氣體壓強(qiáng)、探測(cè)器氣體壓強(qiáng)、離子源流強(qiáng)等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 在ENAMS 的升級(jí)改造工作中， 很多年輕人挑起了大梁，魯向陽(yáng)負(fù)責(zé)交替注入與C-13 測(cè)量，汪建軍負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)獲取，李斌負(fù)責(zé)加速器控制系統(tǒng)，馬宏驥負(fù)責(zé)貝葉斯方法研究，張征芳、袁敬琳、張桂筠等多位工程師和技術(shù)物理系工廠(chǎng)的多位師傅都對(duì)設(shè)備改造做出了重要貢獻(xiàn)。 劉克新當(dāng)時(shí)正在澳大利亞國(guó)立大學(xué)做訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者， 導(dǎo)師希望他晚些回國(guó)，但他放棄了國(guó)外的優(yōu)越條件，毅然奉召回國(guó)，主持AMS 的調(diào)試與方法學(xué)研究。 李坤老師已屆退休年齡， 也全身心地投入到數(shù)據(jù)分析工作中。 1998 年12 月初，EN-AMS 開(kāi)始進(jìn)行C-14 樣品的測(cè)量。C-14 測(cè)年課題組交給我們4個(gè)樣品進(jìn)行盲檢， 就是說(shuō)我們不知道這是些什么樣品，也不知道它們的年代。盲檢的測(cè)量結(jié)果與常規(guī)C-14 實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果一致， 算是通過(guò)了考試。 此后， 我們邊測(cè)量樣品邊進(jìn)行方法學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)，使測(cè)量水平不斷提高，于1999 年年底達(dá)到了優(yōu)于0.5%的測(cè)量精度，并于2000 年5 月通過(guò)了專(zhuān)家組的驗(yàn)收。

在方法學(xué)研究方面， 我們對(duì)AMS C-14 測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了深入研究。 我用VBA語(yǔ)言MS-Office 編程開(kāi)發(fā)編寫(xiě)了一萬(wàn)多行的數(shù)據(jù)處理程序。 為了提高測(cè)量精度、 減少測(cè)量時(shí)間， 我們通常把一個(gè)樣品分別裝到兩個(gè)或三個(gè)靶中進(jìn)行測(cè)量， 然后運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的t檢驗(yàn)和F 檢驗(yàn)方法檢查其一致性， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多靶測(cè)量結(jié)果的合并處理。 為了縮短樣品校正年代的區(qū)間長(zhǎng)度以滿(mǎn)足夏商周斷代工程的要求， 我們對(duì)貝葉斯方法和OxCal 程序進(jìn)行了深入研究， 很好地掌握了系列樣品年代校正的方法。 我利用OxCal 提供的R_Simulate 模擬命令和批處理運(yùn)行方式， 對(duì)校正過(guò)程以及影響校正結(jié)果的各種因素進(jìn)行了系統(tǒng)的模擬研究，證明了對(duì)于構(gòu)建合理的校正模型， 可以用一個(gè)分期內(nèi)各樣品年代68%區(qū)間的范圍作為該分期的年代范圍。 這個(gè)范圍比95%區(qū)間的范圍更接近分期的真實(shí)年代。

對(duì)于C-14 測(cè)年來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的可靠性是十分重要的。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，我們一方面建立了嚴(yán)格的操作規(guī)程， 保障設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面也采取了許多監(jiān)測(cè)與檢驗(yàn)措施。例如，在每個(gè)靶輪上除了校正用的標(biāo)準(zhǔn)樣之外，還要安排額外的監(jiān)測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)樣， 看其測(cè)量值是否符合預(yù)期。 對(duì)于結(jié)果可疑的樣品或用戶(hù)有異議的樣品都安排了復(fù)測(cè)。 我們還有計(jì)劃地安排了對(duì)不同實(shí)驗(yàn)室的相應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比， 包括國(guó)際知名AMS 實(shí)驗(yàn)室， 如加拿大多倫多大學(xué)IsoTrace 實(shí)驗(yàn)室和奧地利維也納大學(xué)AMS 實(shí)驗(yàn)室，這些對(duì)比都取得了良好的一致性。2004 年9月到2005 年5 月， 北京大學(xué)AMS 實(shí)驗(yàn)室參加了第5 次國(guó)際C-14 樣品比對(duì)，我們實(shí)驗(yàn)室所測(cè)量的四個(gè)比對(duì)樣品的測(cè)量結(jié)果與IAEA（國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)）加權(quán)統(tǒng)計(jì)平均值都十分接近，在全世界66 個(gè)C-14 實(shí)驗(yàn)室提交的100 多組數(shù)據(jù)中處于上游水平。 這說(shuō)明北京大學(xué)AMS 很好地掌握了制樣技術(shù)與測(cè)量技術(shù)，其C-14 測(cè)年數(shù)據(jù)是可靠的。

在以上工作的基礎(chǔ)上， 我們測(cè)量了十幾個(gè)遺址的200 多個(gè)C-14 測(cè)年數(shù)據(jù)，以及殷墟甲骨樣品及相關(guān)骨樣品的158 個(gè)C-14 測(cè)年數(shù)據(jù)（有的樣品測(cè)量了多個(gè)數(shù)據(jù)）。殷墟甲骨由于取樣量的限制，只能用AMS 測(cè)量。 有些遺址，如王城崗、瓦店、新砦、洹北花園莊、東先賢、天馬-曲村等的系列樣品只用AMS 進(jìn)行了C-14 測(cè)年，沒(méi)有用常規(guī)方法測(cè)年。 晉侯墓的完整系列是用AMS 測(cè)的， 常規(guī)方法測(cè)了部分墓的樣品。 也有些遺址，如偃師商城、鄭州商城、灃西馬王村、琉璃河等遺址用AMS 和常規(guī)方法都進(jìn)行了C-14測(cè)年。 這些遺址中大部分遺址的兩種方法測(cè)年結(jié)果吻合良好，只是鄭州商城的測(cè)年結(jié)果有些差別，需要進(jìn)一步研究。以上AMS C-14 測(cè)年的結(jié)果為夏商周斷代工程做出了重要貢獻(xiàn)。事實(shí)上，在2000 年夏商周斷代工程驗(yàn)收、發(fā)表《夏商周斷代工程1996—2000 年階段成果報(bào)告》（簡(jiǎn)本）后，我們的AMS C-14 測(cè)年工作并沒(méi)有停止。新砦遺址的年代測(cè)定就是在這之后進(jìn)行的， 還有晉侯墓地后來(lái)發(fā)現(xiàn)的大墓M113 和M114 也是在這之后進(jìn)行的測(cè)年。 殷墟甲骨到簡(jiǎn)本發(fā)表時(shí)只測(cè)了37 個(gè)有字卜骨，大部分甲骨樣品也是在這之后進(jìn)行的測(cè)年。這些成果均未收入簡(jiǎn)本，只能在繁本即《夏商周斷代工程報(bào)告》中見(jiàn)到。

夏商周斷代工程是一個(gè)多學(xué)科結(jié)合的研究項(xiàng)目，我有幸成為夏商周斷代工程專(zhuān)家組的成員。 參加這項(xiàng)研究工作使我接觸到歷史、考古、天文等各領(lǐng)域的專(zhuān)家，我們經(jīng)常一起討論在工程中遇到的各種問(wèn)題， 也經(jīng)常發(fā)生爭(zhēng)論，但是大家都是為了一個(gè)共同的目標(biāo)，本著科學(xué)的精神，實(shí)事求是，各抒己見(jiàn)，各自運(yùn)用自己的學(xué)識(shí)，發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。 我們的專(zhuān)題和原思訓(xùn)先生負(fù)責(zé)的“骨質(zhì)樣品的制備研究”專(zhuān)題有密切的合作。 鑒于木炭樣品有時(shí)會(huì)給出不可靠的年代， 夏商周斷代工程大量采用了骨質(zhì)樣品。但骨質(zhì)樣品的制備比較復(fù)雜，特別是甲骨樣品還存在黏合劑、保護(hù)劑的污染問(wèn)題，有可能使樣品的年代不同程度地偏老。 為此，原思訓(xùn)先生試驗(yàn)了多種純化方法，而每次我們都配合測(cè)量經(jīng)純化后的樣品。 這樣經(jīng)過(guò)多次反復(fù)，終于找到了比較有效的純化方法。 我們的專(zhuān)題和劉一曼先生負(fù)責(zé)的 “殷墟甲骨分期與年代測(cè)定”專(zhuān)題也有密切的合作，多次在一起討論甲骨測(cè)年中的問(wèn)題。 我們和仇士華、陳鐵梅先生負(fù)責(zé)的“常規(guī)法技術(shù)改造與測(cè)試研究”專(zhuān)題也經(jīng)常進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和測(cè)年結(jié)果的比較。 仇士華先生多次和我們討論AMS C-14 測(cè)年中遇到的問(wèn)題， 幫助我們不斷提高測(cè)量的精度和可靠性。同時(shí)C-14 測(cè)年課題多次組織常規(guī)法與AMS法測(cè)年結(jié)果的對(duì)比。 例如，灃西馬王村遺址是研究武王克商年代的關(guān)鍵遺址，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所常規(guī)C-14 實(shí)驗(yàn)室、 北京大學(xué)常規(guī)C-14 實(shí)驗(yàn)室和我們AMS C-14 實(shí)驗(yàn)室對(duì)采自該遺址的系列樣品各自進(jìn)行了獨(dú)立的測(cè)量，結(jié)果三個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)年結(jié)果相互吻合得相當(dāng)好。 又如，與推定西周王年支點(diǎn)密切相關(guān)的晉侯墓M8 中木炭的年代， 三個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)年結(jié)果相互吻合得也相當(dāng)好。 從1997 年到2009年，夏商周斷代工程共召開(kāi)了20 次C-14 測(cè)年研討會(huì)， 其中半數(shù)是與考古學(xué)家在一起召開(kāi)的。通過(guò)這些研討會(huì)，在C-14 測(cè)年專(zhuān)題組內(nèi)部以及C-14 測(cè)年專(zhuān)題組與考古學(xué)家之間進(jìn)行了充分的討論與溝通，對(duì)于C-14 測(cè)年的方法、系列樣品年代校正、C-14 測(cè)年結(jié)果與考古學(xué)的整合等問(wèn)題逐步取得了共識(shí)。

在進(jìn)行夏商周斷代工程C-14 測(cè)年工作的過(guò)程中，我們開(kāi)展了大量國(guó)際合作與交流。在研究貝葉斯方法和OxCal 程序的過(guò)程中， 我與OxCal 程序的作者Bronk Ramsey 互相發(fā)了60多封電子郵件， 并利用共同參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的機(jī)會(huì)安排了數(shù)次專(zhuān)門(mén)的討論， 涉及OxCal 使用中的數(shù)據(jù)舍棄原則、中間邊界使用、系列樣品模型校正的模擬研究等相關(guān)問(wèn)題。應(yīng)我的要求，他在發(fā)布OxCal v3.8 時(shí)增加了批處理功能，在發(fā)布OxCal v3.9 時(shí)修改了R_Simulate 命令以計(jì)入校正曲線(xiàn)的誤差。 在正式發(fā)布OxCal v3.9 之前他還先把程序發(fā)給我試用， 并根據(jù)試用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提高了隨機(jī)數(shù)發(fā)生器種子更新的頻率。 國(guó)際知名的AMS 與C-14 測(cè)年專(zhuān)家英國(guó)牛津大學(xué)的Hedges（赫奇斯）、美國(guó)Livermore（利弗莫爾）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Southon（索森）、奧地利維也納大學(xué)的Kutschera（庫(kù)切拉）、加拿大多倫多大學(xué)的Beukens（貝肯斯）、美國(guó)亞利桑那大學(xué)的Jull（朱爾）等先后訪(fǎng)問(wèn)了北京大學(xué)，介紹了他們?cè)贏(yíng)MS 與C-14 測(cè)年方面的成果與經(jīng)驗(yàn)。 我們?cè)谶M(jìn)行夏商周斷代工程研究期間先后參加了第14 屆和第15 屆加速器在研究與工業(yè)中應(yīng)用國(guó)際會(huì)議、 第8 屆AMS 國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議和第17屆C-14 國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議， 并順訪(fǎng)了多個(gè)AMS 實(shí)驗(yàn)室， 與國(guó)際上的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了深入的學(xué)術(shù)交流。 我還擔(dān)任了1999 年召開(kāi)的第8 屆AMS國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的國(guó)際顧問(wèn)委員會(huì)委員。 2001年， 受夏商周斷代工程專(zhuān)家組和4 位首席科學(xué)家的委托，我出席了在墨西哥舉行的第21 屆國(guó)際科學(xué)史大會(huì)，并在全體會(huì)議上做了45 分鐘的大會(huì)特邀報(bào)告（Plenary Talk），介紹夏商周斷代工程及其成果。

參加夏商周斷代工程C-14 測(cè)年工作是我一生之中的一段非常有意義的經(jīng)歷， 它給我留下了十分美好的回憶。