石英岩刮削案例研究

历史上，考古学家曾经进行过有关石英岩和石英的磨损研究，但这些金属的数量要少得多。此外，没有太多的努力，以衡量使用磨损石英岩为基础的石器工具。本案例研究的目的是建立激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)的效率，以记录米斯西尼石英岩刮削器的表面粗糙度应用于两种不同的接触材料-干燥和新鲜鹿皮。亚博网站下载本案例使用奥林巴斯LEXT OLS4000作为激光scm测量系统。

米斯西尼石英岩是一种非常浅灰色的石头或细粒不透明的白色，带有不规则的深灰色到黑色的条纹。它通常与一个叫做Colline Blanche的地质构造有关。本研究采用一种数学算法，通过不同尺度下的比较来区分表面粗糙度。

在这里，利用相对面积(RelA)与f测试相结合的方法来区分磨损的石器工具表面和未磨损的石头工具表面，以及应用在新鲜和干鹿皮上的石英岩刮刀表面。结果表明，通过RelA和LSCM的结合，原材料差异对使用磨损形成及其后续文件的影响。

RelA是用于表面表征的面积尺度分形分析算法，RelA表示量化表面的计算面积(CA)除以该表面的名义面积(NA)的比例。然后使用f检验对RelA进行统计比较。它还将个别数据集内的差异与数据集之间的差异进行比较，以分析这些差异的重要性。

方法

在这个案例研究中，研究人员检查了四种搜集器，这些搜集器是作为先前研究米斯卡西尼石英岩在加拿大魁北克南部古代使用情况的一部分而产生和应用的(图1)石英岩刮刀使用的是从一个米斯卡西尼石英岩核(称为A核)生产的，而其他两个是从另一个核(称为B核)生产的(图2)

图1所示。加拿大魁北克省中部Colline Blanche地层中的misassini石英岩的来源位置地图。

图2。粗粒米斯西尼石英岩(左)和细粒米斯西尼石英岩(右)。

尽管来自同一露头，但A芯的晶体结构比B芯的更粗，这显示了上述观察到的源内差异。将由这两个芯制成的刮板(Core A)应用于鲜皮(FH1, FH2)或干皮(DH1, DH2)(表I)。刮板的远端边缘角度约为78°至84°。

表1。从两个芯中各生产一个刮板用于干皮(DH1, DH2)或鲜皮(FH1, FH2)。

实验性的米斯塔西尼石英岩刮削器
没有核心。	没有工具。	远边角(平均)	触点材料	使用的长度	没有使用/未使用的区域。	不。区域的扫描
一个核心	DH2	84°	干鹿隐藏	120分钟	UDH2 / NDH2	６／６
一个核心	赫特	78°	新鲜的鹿隐藏	120分钟	UFH1 / NFHI	６／６
核心B	《	80°	干鹿我	120分钟	UDH1 / NDH1	６／６
核心B	FH2中	81°	新鲜的鹿隐藏	120分钟	UFH2 / NFH2	６／６

这四片薄片在远处被修饰过，用长15到18厘米的直木柄固定。在刀柄的一端，刀柄上开了一个槽，另一块木头垂直地安装在槽底部的刀柄上，这样刮板就完全固定在刀柄上了。

刮板、把手和小块木头是用木工粘合剂粘在一起的;使用涂覆的亚麻布线将每个刮刀固定在其柄内。干鹿皮和新鲜鹿皮被铺在胶合板上并固定，以限制它们在使用过程中的活动。将安装好的干皮和新鲜皮分别在实验室地板上和湿实验台上刮拭，以容纳软组织和去除的脂肪(图3)。

图3。有柄的石英岩刮刀(DH1)用于刮装在胶合板上的干鹿皮。

用一种可控的方式刮皮，每个工具使用者都要俯身在指定的刮刀上，对每个工具施加相应的负荷。用户还保持了稳定的“工具-工作表面”行程和角度速率，以提高工具使用活动的可靠性。最初的实验仅限于横向的单向运动，即工具的边缘以45°工作角度连续的一行程运动向工具使用者移动。每次笔划15 cm后收集刀具边缘，并继续移动，直到实验时间结束(图4)。

图4。用于实验使用的石英岩刮板装置示意图。

每个工具的使用速度为每秒一冲程，使用2小时后总共使用7200冲程。在这里，可以用机械系统控制实验变量来模拟刮痕，但人为因素被用于提高后来与考古恢复的标本比较的解释价值。

民族考古学研究表明，在木制框架或地面上进行的刮削可以更精确地模拟过去的活动。这些组件可能被集成到隐藏刮擦过程中，在未来的实验中使用石英岩刮擦器创建一个更真实的比较使用磨损。

一个奥林巴斯lext ols4000 LSCM在每个工具使用2小时后测量复制刮刀。在初步的刮削实验之后，所有的工具都进行了多级清洗，以保证磨损累积模式的一致性和准确性。在这个过程中，每个工具在温和的洗涤剂和温水的混合物中清洗，以清除碎片和残留物，然后用30%的氢氧化钠溶液对工具进行物理清洗。

最后，用蒸馏水清洗工具，去除与之前处理工具相关的污染。把石英岩刮板从手柄上取下来，再用温和的无砂砾洗涤剂和温水混合清洗，最后漂洗并风干。然后使用Stemp Unitron MS-2BD金相显微镜在200倍放大的入射光下检查四个工具，以检查是否有足够的清洁，并检测要扫描的区域(图5)。

为了确保实验使用刮刀正是记录,所有单个工具单独袋装和所有相关的数据记录,比如中风计数,使用持续时间、活动类型和工具的建立过程图显示的应用优势。

图5。用于鲜皮(UFH1)(左)和干皮(UDH1)(右)的刮刀表面的显微照片，放大率为200倍。新鲜的皮抛光在晶体表面较高的微形貌上呈现出明亮的“液体状”，而在较低的微形貌上则呈现出最小的网状抛光。干磨皮在外观上呈哑光和麻点状，在下部微形貌上呈网状分布;较高的微地形在晶体表面有明亮平坦的抛光区，缺乏新鲜皮抛光的“液体”或“油腻”的外观。每幅显微照片的宽度约为400µm。

LSCM,类似于其他技术如无限聚焦显微镜和AFM,有助于实际的石器工具的表面就像金相显微镜和创建一个3 d扫描的图像查看表面取决于不同的数学文档表面海拔表面的微尺度(图6)。

图6。在鲜皮(UFH1)(左)和干皮(UDH1)(右)上使用刮刀表面的区域扫描(20倍物镜)的LEXT OLS4000屏幕快照。x轴和y轴尺寸为643 x 643µm²(1024 x 1024像素)。

对于表面测量，图像是由激光共聚焦管利用从单独的焦平面反射的激光产生的。利用激光记录地形结构，激光通过放置在光电倍增管前的针孔孔径从定量化表面从焦平面反射回来。从量化的表面反射回来的入射光的波长和针孔孔径确定用于记录仰角的单个焦点切片的深度。

入射光是由LEXT OLS4000利用405纳米激光器，通过微型机电谐振镜扫描计算表面。集成在机动头上的物镜引导激光到垂直距离可变的表面点上，以创建计算出的表面切片。使用这些切片，扫描表面的三维数字化地图被数学生成。OLS4000的高度显示分辨率为1.0 nm，垂直刻度(z轴)分辨率为0.8 nm。它由一系列从20倍到100倍的物镜组成，20倍物镜被用来记录实验表面。激光可以移除的垂直切片的数量将根据所使用的物镜、表面的峰谷距离以及确定石英岩刮刀表面的间距设置为0.06而有所不同。

表面粗糙度及相对面积(RelA)

现在有几个分形分析程序，但这里选择RelA进行表面表征。该算法根据一组虚拟瓷砖的计算或观测尺度，测量测量或视面积的变化(图7)。

CA(s)是指在特定比例下的瓦片数量，乘以在该比例下使用的瓦片面积(特定面积比例)。NA(s)是指以特定比例平铺的标称或投影x × y面积。每次平铺练习的NA都有所不同，因为在特定的平铺练习中，只使用完整的平铺，所有的面积都是相同的。

图7。在三个相同的模拟表面上使用瓷砖进行面积尺度分析。表面面积由32(上)、162(中)和1355(下)瓷砖覆盖，计算面积(CAs)为12,109、2450和282µm²，相对面积(RelAs)为1.0002、1.0004和1.000756。

使用激光共聚焦显微镜进行表面扫描

清洗后，单独的石英岩刮削器分别安装在OLS4000的电动平台上进行表面测量。在磨损和未磨损的石英岩刮刀区域，共进行了6次不同的区域扫描，共48次扫描，每个工具12次。为了测量表面粗糙度的变化，对每个石英岩刮刀上量化的每个区域扫描位置进行对数尺度上的RelA测量。这些数据使用Sfrax软件进行处理。

在测量RelA之前，使用Sfrax软件将表面扫描数据调平，并将其通过坡度滤波器，坡度滤波器被设置为80°。使用f检验，比较RelAs是否可以区分表面粗糙度。在实验分析中，具有高置信度的量表是可以根据RelA度量来区分工具的量表。

实验结果

结果表明，激光干涉测量法适用于石英岩刀具表面粗糙度的记录。Sfrax软件相结合,从石英岩表面扫描获得的数据表明,随着计算规模的减少,rela的磨损和未磨损的表面区域增加,如图所示的第二刮刀(FH2中)使用新鲜隐藏(图8)。rela接近一个最长的尺度,说明计算规模大于纹理特征。随着规模的减小，RelAs与一个相当大的偏离。这种转换称为平滑-粗糙交叉。

图8。用于新鲜皮的石英岩刮刀(FH2)的使用区域(Δ = UFH2)的六个区域扫描和未使用区域(x = NFH2)的六个区域扫描的相对面积与比例。

RelA测量可以用来区分同一工具上使用过的表面和未使用过的表面;然而，一个更好的分化指标整合了这些RelAs的均方比值或MSRs。该算法表明，对于每一个刮削器，磨损区域和未磨损区域的区分可以在95%的置信水平上实现，但区分的范围将由工具改变。例如，刮刀FH2上的磨损区与未磨损区在粗鳞和细鳞上都可以通过f测试得到(图9)，而对于刮刀DH2，这只能在细鳞上得到(图10)。

图9。用于鲜皮的刮板(FH2)未使用和使用区域的相对面积msr。水平线表示95%置信水平的歧视。

图10。用于干皮的刮板(DH2)未使用和使用区域的相对面积的msr。水平线表示95%置信水平的歧视。

在最精细的尺度上，可以区分在同一接触材料上使用的两种工具(图11)。在比较msr的表面使用两个工具申请刮新鲜隐藏的两个干隐藏刮刀,它被rela(图12)能区分表面粗糙度在95%置信水平在不同的尺度上,特别是在细和粗尺度从102µm²和105µm²,分别。这一数据表明，由应用于不同接触材料的工具产生的磨损所产生的表面粗糙度可以被量化和独立区分。亚博网站下载

图11。在干皮上使用的两条刮板(x = UDH1， Δ = UDH2)和在鲜皮上使用的两条刮板(人生然= UFH1，◊= UFH2)的6个区域扫描的平均相对面积与比额。

图12。用于鲜皮(UFH1, UFH2)和用于干皮(UDH1, UDH2)的两个刮板的相对区域的MSRs。水平线表示95%置信水平的歧视。

结论

结果表明，LSCM与RelA可以有效地用于记录和区分米斯卡西尼石英岩基石器的表面粗糙度。LSCM提供了一种独立的方法来一致地确定另一种类型的硅酸盐石材的使用和未使用的表面。当与合适的软件相结合时，表面粗糙度数据可以在多个测量尺度上进行比较，这样就可以区分石英岩刮削器上的磨损和未磨损区域。通过RelA和LSCM的结合，考古学家可以很容易地研究以前碎裂的石英岩文物的应用。虽然这种方法还需要在其他石英岩工具上进一步测试，但初步的实验数据已经给出了积极的结果，这将有助于未来专注于测量岩屑磨损的工作。随着对各种接触材料进行更多的测试，可以更好地了解使用磨损特性和使用磨损累积量，从而对使用过的石英岩工具表亚博网站下载面进行量化。

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