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一、北美史前铜器及其矿料来源问题
北美印第安人原本是2万多年前从亚洲迁徙到美洲的一个古老民族，经过漫长的岁月，印第安人遍布于北美大陆，并在那里繁衍生息。当哥伦布到达北美之时，印第安人仍然生活在一个以农业、采集、狩猎为主的原始社会之中。令人惊叹的是，北美印第安人大概在6800年前就开始制造并使用铜器，这一传统一直持续到欧洲人进入北美之后的17世纪。数千年来，北美印第安人生产大量各式各样的铜器(图1)。所有这些铜器都有一个共同的特点，那就是它们都是红铜器，生产这些铜器的原料是一种叫做自然铜的铜矿(图2)。自然铜是天然的纯铜矿，具有硬度低、延展性好等特点，通过锻打就可以加工成铜器。考古研究表明，自然铜是人类使用最早的金属之一，它与人类早期文明具有重要联系。早在公元前9000年，西亚早期文明中便出现由自然铜制成的饰物，我国甘肃青海地区早期齐家文化也出现了自然铜制成的红铜器。但在世界上所有早期文明中，使用自然铜最广泛和时间最长、规模最大的要属北美地区。6800年以前至17世纪，自然铜是北美制造铜器的唯一原料，这些铜器广泛分布于北美各地史前遗址。北美自然铜之所以使用如此广泛，最重要的原因在于北美拥有世界上最丰富、最易于为史前人类使用的自然铜矿。虽然自然铜矿在世界范围内的分布并不广泛，但是在北美大陆上，这种珍贵的铜矿却显得异常丰富。其中世界上最大的自然铜矿就在美国苏必利尔湖区密歇根州基维诺(Keweenaw)半岛上，据估计，此地的自然铜矿藏是世界上其他所有地方自然铜总量的60倍，该地的自然铜不仅产量巨大，而且大小、形状各异，很适合古印第安人加工成各种不同类型的铜器。因此，该地区一直是史前北美印第安人理想的采铜之地。考古发现表明，在这个面积不大的半岛上，曾经发现了5000多个古代采铜遗址。由于苏必利尔湖地区自然铜资源十分丰富，从19世纪中叶至20世纪中期，在超过一个世纪的时间内，学者们普遍认为北美早期人类所使用的铜皆来自于该地区，这种观点在北美学术界占的统治地位长达一个多世纪。但事实上，除了基维诺半岛之外，在北美许多地区的地表中也发现过自然铜矿，且有证据表明史前人类对这些自然铜矿的露头部分进行过开采。Veakis认为，早期土著居民易于开采的北美自然铜就有36处之多(表1)。考古研究表明，北美史前存在一个复杂、广泛的贸易与交换网络。在美国东部，铜是当时重要的交换商品，因此，北美不同地区所发现铜器的原料到底来自于何地，也就成了北美考古学家最关注的问题之一。此外，在16世纪晚期和17世纪初，在欧洲人与北美土著接触不久之后，铜工具和容器迅速流入北美，欧洲人的贸易铜迅速称为北美土著的主要铜源。这些欧洲冶炼铜所制成的铜器也在北美考古遗址中出现。因此，区分早期欧洲贸易和北美自然铜也是北美铜器矿料来源研究的一个重要问题。
二、探源研究中的科技方法
在哥伦布发现美洲大陆之前，北美还处于一种非常原始的社会状态，史前北美土著居民的生活图景，主要依赖考古研究去推断。探索这些早期铜器的矿料来源，对于了解北美史前矿业开发与利用、北美各部落间的商品交换和流通网络具有极其重要的意义。自19世纪中叶到现在，考古学家通过多种科技手段对北美自然铜铜器的矿料来源进行研究。
1、微量元素分析法
微量元素分析法是最早被用于探索北美史前铜器的矿料来源的方法。自19世纪中叶到20世纪末，它一直在这个北美史前铜矿矿料来源研究舞台上扮演着主要角色。
同一种矿物，由于不同地区的地质条件以及形成过程的差异，其内部微量元素分布式样也不尽相同，而在同一地区，其分布式样则相似。利用矿物的这一特点，考古学家将微量元素作为示踪剂来追踪古代器物的矿料来源。然而矿物在经过冶炼加工后，其微量元素的分布式样已经变得面目全非，要将矿山和器物直接联系起来非常困难，但北美铜器有一种比较特殊的情况，就是它们没有经过熔化和冶炼，而是直接由自然铜打制而成。自然铜通常是具有极高(97％－99％)纯度的金属块，与冶炼铜相比，自然铜所含杂质更少，这也是运用微量元素分析的有利条件。这种由自然铜直接打制而成的铜器，化学成份基本没有发生变化，因此，通过对比铜器和矿源中的微量元素组成，可以追踪北美铜器的矿料来源。
一个多世纪以来，微量元素分析所依赖的技术不断更新，其应用于考古研究中取得了很好的成绩，初步确定了一些出土铜器的矿料来源的范围，尤其值得一提的是，20世纪60年代以来的研究已经推翻了统治北美一个多世纪以来考古界所持有的北美所有自然铜都来自苏必利尔湖地区的观点。
从微量元素应用于考古的情况来看，北美自然铜微量元素研究史可以分为三个阶段：
第一阶段为起步期，时间从19世纪中叶到20世纪60年代。这个阶段虽然所经历的时间较长，但仅限于科技的发展，该阶段的微量元素研究基本还停留在定性或粗略定量分析上，真正精确的探源研究还没有。
第二阶段为北美自然铜微量元素研究的繁荣发展期，时间为20世纪60年代初到20世纪末。这个阶段的特点是，以INAA为主的多种分析技术的运用、统计方法的运用使微量元素研究更具科学性和可比性。新问题的发现和探讨、较多学者的参与、尤其是明尼苏达大学科技考古实验室Rapp团队将微量元素示踪研究推向高潮。其间有不少博士论文和硕士论文将自然铜微量元素示踪研究作为重点，他们之中有些研究所得出的结论改变了世人对于北美史前铜器矿料来源的看法。
第三阶段为更新期，时间从21世纪初开始。20世纪末，Rapp团队解散之后，北美自然铜微量元素研究沉寂了一段时间，但最近又体现了新的发展趋势。除了继续传承前人的研究方法之外，相关研究者正试图结合新技术和新方法，比如铅同位素分析等方法解答北美自然铜的矿料来源问题。在当前日新月异的科技发展势头下，可以预见到更多的分析技术和数据处理方法将被应用于微量元素探源之中。此外，跨学科、多种手段的结合也必将成为发展趋势。
当然，北美自然铜研究也有其存在的问题，除了矿山内部微量元素的变化之外，还有诸如冲突的标样、实验室间的程序偏差、不能相互比较的数据、未标准化的统计程序等问题的存在。尽管现在仪器分析技术已经大大改进，但此类问题仍然不可忽视。Rapp也坦承了微量元素研究的复杂性、不确定性以及其他问题。由于这些问题的存在，有不少学者曾对微量元素示踪法表示怀疑。但笔者认为，北美铜器的探源研究相对来说是独一无二的，由于没有经过冶炼，矿源地球化学特征仍然保持在铜器中，因此用微量元素进行示踪的可靠性相对较高。
从北美自然铜微量元素研究史来看，北美铜器研究的目的已经从简单地区别纯铜和合金发展到今 天精确地探源分析。在这个过程中，微量元素研究虽然成果不少，但是问题仍然很多，如果将这种方法与其他示踪方法相结合，会起到相得益彰的效果。
2、铅同位素分析
20世纪60年代，美国学者Brill等人将铅同位素分析应用于考古研究并取得重要的成果，由此开创铅同位素考古这个新的学科，目前铅同位素分析技术已经成为考古探源中的一种重要手段。
由于北美自然铜没有经过冶炼，因此在进行铅同位素示踪分析时不必考虑冶炼及混合的影响。北美史前铜器单一的成分，使得铅同位素组成所指征的含义十分明确，即代表其生产原料——自然铜矿的铅同位素特征。这为铅同位素示踪技术在北美自然铜考古探源研究中的运用提供了极大的便利。此外，北美最大的自然铜矿区——苏必利尔湖区自然铜矿山成矿地质年龄约为11亿年，其与地质年龄要小得多的东部和西南的铜矿中铅同位素特征应该具有较大的不同，因此铅同位素示踪法在北美自然铜考古研究中具有良好的应用前景。早在20世纪70年代初Patterson及80年代Wayman就曾提到铅同位素分析可能是区分北美自然铜的有效手段，但他们并没有进行具体铅同位素分析。1992年，加拿大一个研究组为了区分欧洲贸易铜和北美自然铜，进行了微量元素化学和铅同位素分析，其研究认为铅同位素分析结果与微量元素分析方法所得出的结果具有一致性，但遗憾的是他们没有给出具体的铅同位素数据。2008年，Copper等人也尝试对自然铜进行铅同位素分析，但实验以失败告终。总之，到目前为止，北美自然铜铅同位素研究还十分缺乏。这可能与自然铜中超低铅含量以及铅含量不均匀性有关。早期学者曾经对自然铜铅含量进行过分析，但未能检出铅，后来随着分析技术的提高，研究人员发现自然铜中铅含量非常低。Cooper等人通过电感偶合等离子体质谱仪(ICP-MS)对北美西北部30个样品的分析表明，其中26个样品铅含量低于0.1ppm，4样品铅含量在0.1－0.32ppm之间。此外，笔者最近对北美(美国和加拿大)9个自然铜矿山(区)52样品通过石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析表明，自然铜铅含量大多在1ppm以下，且其铅含量具有显著的不均匀性(数据待发表)。通常在进行铅同位素分析时，需要将自然铜中铅提取出来，由于铅含量过低以及样品内部铅含量的不均匀性，使得实验通常需要较大的样品量，如Patterson认为1克绝对纯净、绝对无腐蚀的材料是必须的，为了达到这个要求，一般需要从一个铜器的较厚部分取下10克样品来，Copper等也认为需要1克左右样品。因此，可能基于这种顾虑，此前北美铅同位素分析开展较少。
但随着分析技术和分析仪器的进步，目前可以在较少样品量的情况下得到铅同位素数据。最近美国北卡大学的一个研究组通过热电离质谱法(TIMS)比较了基维诺半岛与阿巴拉契亚下部地区自然铜的铅同位素特征。他们的研究表明，阿巴拉契亚地区的北卡罗来纳州某些自然铜矿铅同位素比值特征与基维诺半岛铅同位素特征有较为明显的区别。
笔者对北美4个自然铜矿区的13件自然铜样品铅同位素的分析表明，所有自然铜样品中没有出现高放射性成因铅。北美Minong、Bisbee、Chititu三地自然铜与北美史前人类利用最多的基维诺半岛自然铜的铅同位素特征具有较明显的差别。这一研究结果说明，铅同位素分析法可能用于区分不同自然铜矿区所生产的铜器，也就是说该分析法在北美自然铜考古探源研究中具有较好的应用前景。但需要指出的是，目前所得到北美自然铜的铅同位素数据还相当有限，要确立北美各地自然铜铅同位素特征尚需要进行大量的工作。此外，目前还未见有学者对北美史前铜器进行铅同位素分析，尽管北美铜器皆由自然铜直接打制而成，但由于史前人类没有能力对各种类型自然铜矿进行利用，地质样品并不能完全代表器物本身，因此，未来的铅同位素研究应该着重于对北美铜器进行分析。
3、铜同位素分析
近年来，一种新的地球化学方法——铜同位素示踪法开始在国际上兴起，并已在地质学、生物学、环境学、材料学和天文学等学科领域开始得到应用。最近，这种新方法也开始被应用到考古学研究中，并取得了一定的成果。铜同位素分析法应用于考古研究中的目的和已经较为成熟的铅同位素分析法相同，即对古代器物的矿料来源进行示踪。由于铜是铜矿中的主要成矿元素之一，所以铜同位素对于古代器物的铜料来源示踪比其他方法更为直接。因此，铜同位素示踪法在含铜器物的考古探源研究中具有极为诱人的前景。笔者首次运用铜同位素对北美自然铜进行了分析，并探讨了该分析法在北美史前铜器矿料来源研究中的应用前景。
笔者采用多接收电感耦合等离子体质谱分析法(MC-ICP-MS)对北美5个地区15个自然铜样品进行了铜同位素分析，结合前人的分析数据发现，北美原生自然铜与次生自然铜具有显著不同的铜同位素组成，且较多数据表明密歇根地区的原生自然铜铜同位素组成较为均匀，与其他地区原生自然铜可能存在一定差别。这种分析结果的考古意义在于，通过铜同位素分析，我们可以初步断定北美史前铜器是否由原生自然铜或次生自然铜制得，而这两种自然铜矿的分布范围是已知的，这样，铜同位素分析可以大大缩小北美铜器的产地范围，结合考古和其他资料进一步分析，甚至有可能追踪到铜器具体的原料产地。此外，通过比较还发现北美原生自然铜与黄铜矿和辉铜矿的铜同位素组成具有显著差别，而黄铜矿和辉铜矿通常是生产冶炼铜的主要铜矿，早期欧洲流入北美的铜器就是由这两种铜矿制得。综合上述分析结果认为，铜同位素分析技术在区分北美本土自然铜以及区分欧洲冶炼铜和北美自然铜等考古研究中具有较大的应用潜力和广阔的发展前景。通过铜同位素分析，极有可能发现北美考古遗址出土铜器的矿料来源地，这将是我们下一步的工作。
三、结语
北美史前自然铜文化历时悠久，特色鲜明。同时也给后人留下许多未解之谜(如北美史前铜器的矿料来源)。这些谜底通常需要通过科技分析才能揭开。一个多世纪以来，考古学家们通过微量元素示踪法对北美自然铜铜器进行分析，并由此认识到北美铜器的自然铜原料产地具有多样性。微量元素虽然已经建立一套较为完整的研究体系，但它并非探索北美铜器矿料来源问题的唯一方法。学者们在继续探讨微量元素示踪法的基础上，采用了铅同位素和铜同位素这两种新的示踪法对北美自然铜进行了研究，并试图确立北美自然铜矿的铅同位素和铜同位素特征，以便进一步探索史前北美铜器的矿料来源。从我们及前人的研究结果来看，这两种稳定的同位素示踪方法皆显示出了较好的考古应用前景，极有可能是解决北美铜器矿料来源问题的有效方法。
北美曾经出土了大量的铜器，但对它的系统研究尤其是科技探源方面的研究仍显不足。随着科技的不断发展与进步，我们相信将会有越来越多的科技手段运用到北美铜器考古研究之中，届时，北美史前铜器的矿料来源问题也终将会得到解决。
北美印第安人原本是2万多年前从亚洲迁徙到美洲的一个古老民族，经过漫长的岁月，印第安人遍布于北美大陆，并在那里繁衍生息。当哥伦布到达北美之时，印第安人仍然生活在一个以农业、采集、狩猎为主的原始社会之中。令人惊叹的是，北美印第安人大概在6800年前就开始制造并使用铜器，这一传统一直持续到欧洲人进入北美之后的17世纪。数千年来，北美印第安人生产大量各式各样的铜器(图1)。所有这些铜器都有一个共同的特点，那就是它们都是红铜器，生产这些铜器的原料是一种叫做自然铜的铜矿(图2)。自然铜是天然的纯铜矿，具有硬度低、延展性好等特点，通过锻打就可以加工成铜器。考古研究表明，自然铜是人类使用最早的金属之一，它与人类早期文明具有重要联系。早在公元前9000年，西亚早期文明中便出现由自然铜制成的饰物，我国甘肃青海地区早期齐家文化也出现了自然铜制成的红铜器。但在世界上所有早期文明中，使用自然铜最广泛和时间最长、规模最大的要属北美地区。6800年以前至17世纪，自然铜是北美制造铜器的唯一原料，这些铜器广泛分布于北美各地史前遗址。北美自然铜之所以使用如此广泛，最重要的原因在于北美拥有世界上最丰富、最易于为史前人类使用的自然铜矿。虽然自然铜矿在世界范围内的分布并不广泛，但是在北美大陆上，这种珍贵的铜矿却显得异常丰富。其中世界上最大的自然铜矿就在美国苏必利尔湖区密歇根州基维诺(Keweenaw)半岛上，据估计，此地的自然铜矿藏是世界上其他所有地方自然铜总量的60倍，该地的自然铜不仅产量巨大，而且大小、形状各异，很适合古印第安人加工成各种不同类型的铜器。因此，该地区一直是史前北美印第安人理想的采铜之地。考古发现表明，在这个面积不大的半岛上，曾经发现了5000多个古代采铜遗址。由于苏必利尔湖地区自然铜资源十分丰富，从19世纪中叶至20世纪中期，在超过一个世纪的时间内，学者们普遍认为北美早期人类所使用的铜皆来自于该地区，这种观点在北美学术界占的统治地位长达一个多世纪。但事实上，除了基维诺半岛之外，在北美许多地区的地表中也发现过自然铜矿，且有证据表明史前人类对这些自然铜矿的露头部分进行过开采。Veakis认为，早期土著居民易于开采的北美自然铜就有36处之多(表1)。考古研究表明，北美史前存在一个复杂、广泛的贸易与交换网络。在美国东部，铜是当时重要的交换商品，因此，北美不同地区所发现铜器的原料到底来自于何地，也就成了北美考古学家最关注的问题之一。此外，在16世纪晚期和17世纪初，在欧洲人与北美土著接触不久之后，铜工具和容器迅速流入北美，欧洲人的贸易铜迅速称为北美土著的主要铜源。这些欧洲冶炼铜所制成的铜器也在北美考古遗址中出现。因此，区分早期欧洲贸易和北美自然铜也是北美铜器矿料来源研究的一个重要问题。
二、探源研究中的科技方法
在哥伦布发现美洲大陆之前，北美还处于一种非常原始的社会状态，史前北美土著居民的生活图景，主要依赖考古研究去推断。探索这些早期铜器的矿料来源，对于了解北美史前矿业开发与利用、北美各部落间的商品交换和流通网络具有极其重要的意义。自19世纪中叶到现在，考古学家通过多种科技手段对北美自然铜铜器的矿料来源进行研究。
1、微量元素分析法
微量元素分析法是最早被用于探索北美史前铜器的矿料来源的方法。自19世纪中叶到20世纪末，它一直在这个北美史前铜矿矿料来源研究舞台上扮演着主要角色。
同一种矿物，由于不同地区的地质条件以及形成过程的差异，其内部微量元素分布式样也不尽相同，而在同一地区，其分布式样则相似。利用矿物的这一特点，考古学家将微量元素作为示踪剂来追踪古代器物的矿料来源。然而矿物在经过冶炼加工后，其微量元素的分布式样已经变得面目全非，要将矿山和器物直接联系起来非常困难，但北美铜器有一种比较特殊的情况，就是它们没有经过熔化和冶炼，而是直接由自然铜打制而成。自然铜通常是具有极高(97％－99％)纯度的金属块，与冶炼铜相比，自然铜所含杂质更少，这也是运用微量元素分析的有利条件。这种由自然铜直接打制而成的铜器，化学成份基本没有发生变化，因此，通过对比铜器和矿源中的微量元素组成，可以追踪北美铜器的矿料来源。
一个多世纪以来，微量元素分析所依赖的技术不断更新，其应用于考古研究中取得了很好的成绩，初步确定了一些出土铜器的矿料来源的范围，尤其值得一提的是，20世纪60年代以来的研究已经推翻了统治北美一个多世纪以来考古界所持有的北美所有自然铜都来自苏必利尔湖地区的观点。
从微量元素应用于考古的情况来看，北美自然铜微量元素研究史可以分为三个阶段：
第一阶段为起步期，时间从19世纪中叶到20世纪60年代。这个阶段虽然所经历的时间较长，但仅限于科技的发展，该阶段的微量元素研究基本还停留在定性或粗略定量分析上，真正精确的探源研究还没有。
第二阶段为北美自然铜微量元素研究的繁荣发展期，时间为20世纪60年代初到20世纪末。这个阶段的特点是，以INAA为主的多种分析技术的运用、统计方法的运用使微量元素研究更具科学性和可比性。新问题的发现和探讨、较多学者的参与、尤其是明尼苏达大学科技考古实验室Rapp团队将微量元素示踪研究推向高潮。其间有不少博士论文和硕士论文将自然铜微量元素示踪研究作为重点，他们之中有些研究所得出的结论改变了世人对于北美史前铜器矿料来源的看法。
第三阶段为更新期，时间从21世纪初开始。20世纪末，Rapp团队解散之后，北美自然铜微量元素研究沉寂了一段时间，但最近又体现了新的发展趋势。除了继续传承前人的研究方法之外，相关研究者正试图结合新技术和新方法，比如铅同位素分析等方法解答北美自然铜的矿料来源问题。在当前日新月异的科技发展势头下，可以预见到更多的分析技术和数据处理方法将被应用于微量元素探源之中。此外，跨学科、多种手段的结合也必将成为发展趋势。
当然，北美自然铜研究也有其存在的问题，除了矿山内部微量元素的变化之外，还有诸如冲突的标样、实验室间的程序偏差、不能相互比较的数据、未标准化的统计程序等问题的存在。尽管现在仪器分析技术已经大大改进，但此类问题仍然不可忽视。Rapp也坦承了微量元素研究的复杂性、不确定性以及其他问题。由于这些问题的存在，有不少学者曾对微量元素示踪法表示怀疑。但笔者认为，北美铜器的探源研究相对来说是独一无二的，由于没有经过冶炼，矿源地球化学特征仍然保持在铜器中，因此用微量元素进行示踪的可靠性相对较高。
从北美自然铜微量元素研究史来看，北美铜器研究的目的已经从简单地区别纯铜和合金发展到今 天精确地探源分析。在这个过程中，微量元素研究虽然成果不少，但是问题仍然很多，如果将这种方法与其他示踪方法相结合，会起到相得益彰的效果。
2、铅同位素分析
20世纪60年代，美国学者Brill等人将铅同位素分析应用于考古研究并取得重要的成果，由此开创铅同位素考古这个新的学科，目前铅同位素分析技术已经成为考古探源中的一种重要手段。
由于北美自然铜没有经过冶炼，因此在进行铅同位素示踪分析时不必考虑冶炼及混合的影响。北美史前铜器单一的成分，使得铅同位素组成所指征的含义十分明确，即代表其生产原料——自然铜矿的铅同位素特征。这为铅同位素示踪技术在北美自然铜考古探源研究中的运用提供了极大的便利。此外，北美最大的自然铜矿区——苏必利尔湖区自然铜矿山成矿地质年龄约为11亿年，其与地质年龄要小得多的东部和西南的铜矿中铅同位素特征应该具有较大的不同，因此铅同位素示踪法在北美自然铜考古研究中具有良好的应用前景。早在20世纪70年代初Patterson及80年代Wayman就曾提到铅同位素分析可能是区分北美自然铜的有效手段，但他们并没有进行具体铅同位素分析。1992年，加拿大一个研究组为了区分欧洲贸易铜和北美自然铜，进行了微量元素化学和铅同位素分析，其研究认为铅同位素分析结果与微量元素分析方法所得出的结果具有一致性，但遗憾的是他们没有给出具体的铅同位素数据。2008年，Copper等人也尝试对自然铜进行铅同位素分析，但实验以失败告终。总之，到目前为止，北美自然铜铅同位素研究还十分缺乏。这可能与自然铜中超低铅含量以及铅含量不均匀性有关。早期学者曾经对自然铜铅含量进行过分析，但未能检出铅，后来随着分析技术的提高，研究人员发现自然铜中铅含量非常低。Cooper等人通过电感偶合等离子体质谱仪(ICP-MS)对北美西北部30个样品的分析表明，其中26个样品铅含量低于0.1ppm，4样品铅含量在0.1－0.32ppm之间。此外，笔者最近对北美(美国和加拿大)9个自然铜矿山(区)52样品通过石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析表明，自然铜铅含量大多在1ppm以下，且其铅含量具有显著的不均匀性(数据待发表)。通常在进行铅同位素分析时，需要将自然铜中铅提取出来，由于铅含量过低以及样品内部铅含量的不均匀性，使得实验通常需要较大的样品量，如Patterson认为1克绝对纯净、绝对无腐蚀的材料是必须的，为了达到这个要求，一般需要从一个铜器的较厚部分取下10克样品来，Copper等也认为需要1克左右样品。因此，可能基于这种顾虑，此前北美铅同位素分析开展较少。
但随着分析技术和分析仪器的进步，目前可以在较少样品量的情况下得到铅同位素数据。最近美国北卡大学的一个研究组通过热电离质谱法(TIMS)比较了基维诺半岛与阿巴拉契亚下部地区自然铜的铅同位素特征。他们的研究表明，阿巴拉契亚地区的北卡罗来纳州某些自然铜矿铅同位素比值特征与基维诺半岛铅同位素特征有较为明显的区别。
笔者对北美4个自然铜矿区的13件自然铜样品铅同位素的分析表明，所有自然铜样品中没有出现高放射性成因铅。北美Minong、Bisbee、Chititu三地自然铜与北美史前人类利用最多的基维诺半岛自然铜的铅同位素特征具有较明显的差别。这一研究结果说明，铅同位素分析法可能用于区分不同自然铜矿区所生产的铜器，也就是说该分析法在北美自然铜考古探源研究中具有较好的应用前景。但需要指出的是，目前所得到北美自然铜的铅同位素数据还相当有限，要确立北美各地自然铜铅同位素特征尚需要进行大量的工作。此外，目前还未见有学者对北美史前铜器进行铅同位素分析，尽管北美铜器皆由自然铜直接打制而成，但由于史前人类没有能力对各种类型自然铜矿进行利用，地质样品并不能完全代表器物本身，因此，未来的铅同位素研究应该着重于对北美铜器进行分析。
3、铜同位素分析
近年来，一种新的地球化学方法——铜同位素示踪法开始在国际上兴起，并已在地质学、生物学、环境学、材料学和天文学等学科领域开始得到应用。最近，这种新方法也开始被应用到考古学研究中，并取得了一定的成果。铜同位素分析法应用于考古研究中的目的和已经较为成熟的铅同位素分析法相同，即对古代器物的矿料来源进行示踪。由于铜是铜矿中的主要成矿元素之一，所以铜同位素对于古代器物的铜料来源示踪比其他方法更为直接。因此，铜同位素示踪法在含铜器物的考古探源研究中具有极为诱人的前景。笔者首次运用铜同位素对北美自然铜进行了分析，并探讨了该分析法在北美史前铜器矿料来源研究中的应用前景。
笔者采用多接收电感耦合等离子体质谱分析法(MC-ICP-MS)对北美5个地区15个自然铜样品进行了铜同位素分析，结合前人的分析数据发现，北美原生自然铜与次生自然铜具有显著不同的铜同位素组成，且较多数据表明密歇根地区的原生自然铜铜同位素组成较为均匀，与其他地区原生自然铜可能存在一定差别。这种分析结果的考古意义在于，通过铜同位素分析，我们可以初步断定北美史前铜器是否由原生自然铜或次生自然铜制得，而这两种自然铜矿的分布范围是已知的，这样，铜同位素分析可以大大缩小北美铜器的产地范围，结合考古和其他资料进一步分析，甚至有可能追踪到铜器具体的原料产地。此外，通过比较还发现北美原生自然铜与黄铜矿和辉铜矿的铜同位素组成具有显著差别，而黄铜矿和辉铜矿通常是生产冶炼铜的主要铜矿，早期欧洲流入北美的铜器就是由这两种铜矿制得。综合上述分析结果认为，铜同位素分析技术在区分北美本土自然铜以及区分欧洲冶炼铜和北美自然铜等考古研究中具有较大的应用潜力和广阔的发展前景。通过铜同位素分析，极有可能发现北美考古遗址出土铜器的矿料来源地，这将是我们下一步的工作。
三、结语
北美史前自然铜文化历时悠久，特色鲜明。同时也给后人留下许多未解之谜(如北美史前铜器的矿料来源)。这些谜底通常需要通过科技分析才能揭开。一个多世纪以来，考古学家们通过微量元素示踪法对北美自然铜铜器进行分析，并由此认识到北美铜器的自然铜原料产地具有多样性。微量元素虽然已经建立一套较为完整的研究体系，但它并非探索北美铜器矿料来源问题的唯一方法。学者们在继续探讨微量元素示踪法的基础上，采用了铅同位素和铜同位素这两种新的示踪法对北美自然铜进行了研究，并试图确立北美自然铜矿的铅同位素和铜同位素特征，以便进一步探索史前北美铜器的矿料来源。从我们及前人的研究结果来看，这两种稳定的同位素示踪方法皆显示出了较好的考古应用前景，极有可能是解决北美铜器矿料来源问题的有效方法。
北美曾经出土了大量的铜器，但对它的系统研究尤其是科技探源方面的研究仍显不足。随着科技的不断发展与进步，我们相信将会有越来越多的科技手段运用到北美铜器考古研究之中，届时，北美史前铜器的矿料来源问题也终将会得到解决。