火药是中国古代四大发明之一，“是人类第一次掌握的化学爆炸物，是中国在中世纪取得的一项最大的科技成就”，“先传入伊斯兰教国家，然后再由伊斯兰教国家传入欧洲”，其在军事武器方面的应用，对世界文明进程产生了广泛而深远的影响。10世纪末叶，我国北宋初的军事家，根据炼丹家在炼制丹药过程中曾经使用过的火药配方，配成最初的火药并制成火器用于作战，开创了人类战争史上火器与冷兵器相并用的时代，若以火器的重大创制和更新为标志，它又可以划分为初级火器的创制（宋代，960-1279）、火铳的创制与发展（元代至明正德末年，1279-1521）、火绳枪炮的发展（明嘉靖元年至明末，1522-1644）和古代火器的曲折发展（清代前期，1644-1840）等四个阶段。

宋代是初级火器的创制阶段，“燃烧性火器、爆炸性火器、管形火器、火箭类火器相继出现，从而奠定了我国古代火器的基本门类”，这一阶段的火器“有北宋时期的火药箭和火球、南宋时期创制的铁壳火球——铁火炮和各种火枪”，并逐步应用于实战中，从此刀光剑影的冷兵器战场上开始弥漫炮火与硝烟。既往对宋代初级火器的相关研究几乎都是历史文献的分析、解读，其主要原因是可供研究的火器实物实属凤毛麟角，少之又少。近年来，随着考古工作的蓬勃发展，重庆地区宋蒙（元）战争山城遗址中发掘出土的一批球形火雷遗存为宋代初级火器研究提供了弥足珍贵的实物材料。

13世纪，宋、蒙（元）双方出于战争需要，在川渝地区依山就水修筑了大量山地城防设施，据史料记载有80余处。七百余年后的今天，经初步调查，在川渝及周边区域这类遗址现存有50余处。在重庆地区，迄今开展过大规模考古工作的有合川钓鱼城、重庆城、奉节白帝城、万州天生城、云阳磐石城、渝北多功城和涪陵龟陵城等（图一），取得了众多考古收获和认识，球形火雷遗存便是最重要发现之一，主要包括球形铁火雷、陶火雷和相关窑址及陶范等，均出土自钓鱼城和白帝城遗址，其他山城遗址中尚未发现。

 

图一  宋蒙（元）战争山城遗址分布图（据陈世松、匡裕彻、朱清泽、李鹏贵，《宋元战争史》，成都四川省社会科学院出版社，1988.11，第78页，“1243-1251年余玠四川山城布防示意图”绘制，并做少量补充）

 

一、发掘出土的球形火雷

根据质地不同，球形火雷分为铁火雷和陶火雷两种。铁火雷分布范围相对较广，发现数量也较多，陶火雷则仅见于白帝城遗址，数量极少。

（一）铁火雷

1.钓鱼城古地道遗址

2004年在钓鱼城奇胜门北约100米处城墙外，调查发现了1处古地道，并于次年进行了发掘清理。经发掘的部分总长度约35米，由主通道、六条短支道及竖井组成（图二），其中出土有80余片弧形铁器残片，经除锈后辨识，确定是铁火雷爆炸后的碎片。铁火雷D1：6为圆弧状残片，外有凸起的浇铸范线，残长8.0、残高7.0、壁厚1.2厘米（图三；彩图一） 。

 

图二  古地道平剖面图

 

彩图一  钓鱼城古地道遗址出土铁火雷残片

 

图三  古地道出土铁火雷残片（D1：6）

 

钓鱼城的古地道是1259年蒙哥汗亲征钓鱼城时开凿的，是“地突” 战术的一个实例，蒙军通过掘地道进攻钓鱼城，而宋军则以铁火雷御敌。用地道战攻城是蒙军常用的进攻手段之一，《柏朗嘉宾蒙古行记》：“他们就在城下挖掘地道，让全副武装的士兵从地下潜入城内，当他们进入城堡后，一部分人放火烧城，另一部分人则与城堡里的人交战” 。无独有偶，《金史》中记载了相似的事件，1232年，蒙古人进攻开封时，“（蒙军）大兵又为牛皮洞，直至城下，掘城为龛，间可容人，则城上不可奈何矣。（金）人有献策者，以铁绳悬‘震天雷’者，顺城而下，至掘处火发，人与牛皮皆碎迸无迹”，可见宋人以火器击退蒙军“地突”战术的方法也与当时的整体战术思想相吻合。

2. 钓鱼城范家堰遗址园林区

2013年发掘范家堰遗址园林区景观水池H1时，出土一枚铁火雷爆炸后的弹片（图四；彩图二、三），编号H1⑦：4，口、底、身及铸造痕迹完整而清晰，以考古学的观点为可复原器，口径1.4、直径10.7、高10.4厘米，壁厚0.7～1.3厘米。通过范线观察，该雷为上下合范法铸造。此雷较为小巧，引信点火处没有凸出的管状厚唇，而是直接在器壁上开一直径不到1厘米的小圆孔。

 

彩图二  钓鱼城范家堰遗址园林景观水池出土铁火雷（13HDFH1⑦：4 )内壁

 

彩图三  钓鱼城范家堰遗址园林景观水池出土铁火雷（13HDFH1⑦：4 )外壁

 

 

图四  钓鱼城范家堰遗址园林景观水池出土铁火雷（2013HDFH1⑦：4）

 

3. 钓鱼城范家堰遗址公廨区

2017年钓鱼城范家堰遗址公廨区清理水池H27时，出土铁雷一枚，编号H27②：12，其口残，身呈圆球形，中空，中部一周范线，表面有锈蚀，直径11.0、残高9.7、壁厚0.8～1.0厘米（图五；彩图四）。

 

彩图四  钓鱼城范家堰遗址衙署区出土铁雷（17HDFH27②：12 )

图五  范家堰遗址公廨区出土铁火雷（2017HDFH27②：12）

 

4.白帝城遗址庙坪发掘区

2015年，中山大学人类学系考古队于奉节白帝城遗址庙坪发掘区发掘清理水池1处，该水池出土铁雷2枚（图六；彩图五）。S1①：9，类现代瓜形手雷，葫芦形小侈口，球腹，底残，直径13.7厘米；S1①：8，上部残，下部半球形，底部略尖，直径14.0厘米。

 

彩图五  白帝城遗址出土铁火雷S①：9照片

 

图六  白帝城遗址庙坪发掘区出土铁火雷（S1①：8、9）

 

5.白帝城遗址樊家台发掘区

2017年白帝城遗址樊家台发掘区的东南部、紧邻城墙处清理埋藏坑H1，出土16枚保存完好的铁火雷，另皇殿台瓮城出土1枚，共17枚铁火雷，均未爆炸（彩图六）。根据坑内出土的5件木炭和1件动物骨骼在美国佛罗里达贝塔（BETA）分析实验室的碳十四测年结果，出土木炭、骨骼的常规碳十四测定年代为800±30BP、830±30BP、850±30BP，校正后日历年龄为公元1184～1275、1160～1264、1152～1260年，相当于南宋中晚期。结合地层关系、共存器物、碳十四测年及时代背景分析，推测该坑应为夔州守军投降前掩埋，其废弃年代当在1278年。经金相检测，出土铁雷均为白口铸铁，有大、小两种形制，口部差异较为明显，体型大者口部凸出不明显，而体型小者则为管状小口。

 

彩图六  樊家台H1出土铁火雷

 

（二）陶火雷

陶火雷仅在白帝城遗址中发现4件，其中1件可复原。标本2000FBT203⑥:11，敛口、圆唇、短颈、鼓腹、平底，泥质灰陶，口径4.6，腹径17，底径12，高14.5厘米（图七；彩图七）。

 

彩图七  陶火雷（T203⑥：11）

 

图七  陶火雷（2000FBT203⑥：11）

 

二、窑炉及陶范

（一）窑炉

2003年奉节白帝城遗址考古发掘清理一座窑址，编号为2003FBY1，位于白帝山东部山麓缓坡上，东临草堂河。窑炉Y1形制极为罕见，东部、北部遭严重破坏，残存部分近长条形，底部东北低、西南高，残长502、残宽174、残高36～140厘米，包括火膛、火道、窑床、挡火墙和烟道等部分（图八）。

 

图八  窑炉2003FBSY1平、剖面图

 

火膛大部被破坏，残存部分形状不规则，斜弧壁，穹顶。火道残存3条，北部和中部火道保存较好，南部火道残，火道壁上均有较厚的一层窑汗，滴流现象明显（彩图八）。窑床连接火道和烟道，内部可见以青砖竖砌3道长条形通道，宽约26～30厘米，间隔约24厘米；这3条通道构造复杂，横向、竖向均留有孔，横向上看，每条通道有6个圆角方形孔，长约33、宽约18厘米，从残存顶面直到窑床底，竖向上看，残存4个圆形孔，直径约18厘米，直接连接火道与烟道（彩图九）。挡火墙以青砖竖砌而成，残存四层，烟道残存3个，为近圆形的竖直孔。

 

  彩图八  窑址火膛流釉现象

 

  彩图八  窑址火膛流釉现象

 

（二）陶范

1994年三峡文物保护规划阶段，吉林大学在白帝城庙坪一带进行考古调查时发现十余件陶范，陶范为粗砂黑褐色陶胎，内外器表均为红褐色，直径15厘米左右，器壁较厚，可能与铁火雷铸造有关。根据器物内壁颜色观察，这批陶范未见使用痕迹（彩图一〇）。

 

彩图一〇  陶范

 

该窑炉和陶范因形制独特，为三峡地区考古发掘中前所未见，在其被发现之初便引起笔者的关注和兴趣，囿于当时尚未发现球形火雷实物，故未能将两者联系起来。

 

三、球形火雷的孑遗

元明时期，管形火器得以迅速发展，火枪、火炮威力越来越大，球形火雷几乎销声匿迹，但在一些考古发现中，我们还能看到它的孑遗。北京延庆四海镇石窑村东南火焰山明代营盘遗址中出土了铁雷，形状相似，铸造方式不同，此处出土铁雷为左右合范浇铸（图九；彩图一一）。在明代长城的防御武器中，有一种名为“石炮”的武器，实际是在空心礌石中填装火药，即将毛石打制成近似圆台体，一侧打制成空心，然后装填火药、安装引信。这种石炮可以有效弥补长城下的防御死角，用引线点燃后，从礌石孔投放下去，轰的一声，石块纷飞，10 平方米左右的敌人非死即伤。

彩图一一火焰山营盘遗址出土铁雷

 

 

彩图一一火焰山营盘遗址出土铁雷

 

 

 

四、球形火雷研究

 

（一）球形火雷遗存的初步讨论

1.铁火雷出土数量多、分布范围广，既有未经使用的完好品，又有爆炸后留下的残片，能够较为全面的体现其蕴含的信息。

通过综合分析发掘出土的20余枚铁火雷，我们归纳出其三个构成元素：外壳为白口铸铁，壁厚超过1厘米，硬度非常高；内腔空间可以装填大量火药；口径小，便于密封，以火药线引爆。此外，铁火雷还具有三个特征：雷身近圆球型，小型火雷有一凸出的管状小口，体型较大的火雷口部凸出不明显；铸造方式均为上、下合范铸成，中部一周凸出的范线十分明显；爆炸效果，或炸掉口、底，或炸破为2-3片。

铁火雷采用硬度非常高、壁厚超过1厘米的白口铸铁作为外壳，并且能将其炸破，这说明其内部填充的火药具有相当强的威力，具备较大的杀伤力和威慑力，而圆球状的外形有利于保证人工或机械投掷铁火雷的精准度，提高击中目标的几率。火药线引爆的应用非常重要，不仅安全、快捷、高效，而且还有延时爆炸的作用，有力提高作战效率、效果。

2.陶火雷与铁火雷有一定相似性，只是外壳材质由铁变为陶，威力和破坏力应相对较低。由于陶壳易于炸破，需要装填的火药可能不多，故其内部还往往装填有很多其它破坏性物品，如瓷片、铁片、石灰、毒药及铁蒺藜等，对杀伤敌方人马有一定的作战效果，考虑到陶壳制作方便且耗费低，在长期的军事战争中不失为一种高性价比的选择。陶火雷的外壳较易破碎，因而其在战争中可能有两种具体战术应用方式：一种是隐蔽放置于地上、水面或掩埋于地下引爆；另一种是近距离投射至半空中，于落地前爆炸。

3.陶范内部空间近球形，分为上、下两部分，上有一孔，与球形铁火雷形状、上下合范铸造范线及口部特征一致，应为铸造铁火雷的外范，其内部未见灼烧痕迹，烧制好后尚未用于铸造铁火雷。窑址形制特殊，极为罕见，可以排除冶铸类窑和砖、瓦窑，结合发现的陶范，推测可能为专门烧造陶范的窑。陶范和窑址的发现说明铁火雷的铁壳为本地铸造，宋蒙（元）战争山城应有制作火器的作坊等，具备一定独立制造火器的能力。

 

（二）名称辨析

潘吉星先生在《中国火药史》中指出，宋代火药、爆炸性火器发展分为两个阶段，第一个阶段是北宋时期，火器内装填糊状火药，外部为以麻布、纸糊成的软壳，用燃烧的铁锥点燃，《武经总要》、《宋史》记载此类火器名为“火砲”、“火球”及“手砲”等，第二阶段为南宋时期，火器内装填的是髙硝颗粒状火药，外壁是用铁或陶做成的硬壳，用火药线引爆，《金史》、《辛巳泣蕲录》等多部文献记载其名称为“铁火砲”、“震天雷”、“灰砲”等。两宋时期爆炸性火器的这种演进近似于由炸药包转变为炸弹，威慑力和杀伤力都有极大提高。通过球形火雷时代、特征与文献记载对比，笔者认为球形铁火雷应是“铁火砲”、“震天雷”，陶火雷应为“灰砲”。

 

（三）球形火雷的生产和战争中的应用

关于南宋晚期铁火雷的生产情况，文献中有两条记载，一是宋理宗宝祐五年（1257）荆湖南路安抚大使李曾伯调查静江府（今广西桂林）军备情况时提及，“于火攻之具，则荆淮之铁火砲动十数万支。臣在荆州，一月制造一二千支，如拨付襄郢，皆一二万支。今静江见在铁火砲，大小止有八十五支而已。如火箭则有九十五支，火枪则止有一百五筒。据此不足为千百人一番出军之用”；二是开庆元年至景定二年，建康府（今江苏南京）知府马光祖“又创造添修火攻器具共六万三千七百五十四件……铁砲壳十斤重四支，七斤重八支，六斤重一百支，五斤重一万三千一百四支，三斤重二万二千四十四支……”。文中荆州每月生产“铁火砲”在1000-2000件，库存多达10几万件；建康府在两年时间内，生产火攻器具6万余件，其中各种规格铁砲壳3.5万余件，平均每月也有1000多件，可见产量非常大，而且一次出战都要消耗近百枚，如果没有强大的生产保障，“铁火砲”等火器的战时使用很难为继。由此推断，宋蒙（元）战争山城当时铁火雷的产量也应是非常大的。

文献记载，铁火雷在战争中的应用较多，宋、金蕲州之战，蒙、金河中之战、开封之战，宋、元襄阳之战、静江之战、崖山海战，蒙（元）对欧洲、日本的战事中都有其身影，甚至在有些战役中还起到扭转战局的关键性作用。陶火雷的实战记载见有一例，“官军乃更作灰砲，用极脆薄瓦罐，置毒药、石灰、铁蒺藜于其中，临阵以击贼船，灰飞如烟雾，贼兵不能开目。欲效官军为之，则贼地无窑户，不能造也，遂大败”。

 

（四）铁火雷与蒙哥之死

元宪宗蒙哥之死学术界尚有争议，说法众多，莫衷一是。据万历《合州志》记载， “宪宗为砲风所震，因成疾……次过金剑山温汤峡而崩”，既往认为此处“砲风”为发射的礌石所致。宋元之际词人、学者周密在《癸辛杂识》中，记载1280年扬州砲库爆炸事件时也提到“砲风”，“至元庚辰岁，维扬砲库之变为尤酷……则守兵百人皆糜碎无余，楹栋悉寸裂，或为砲风扇至十余里外……”，从文中推断，“砲风”应指爆炸产生的冲击波。结合钓鱼城遗址发现的球形铁火雷，元宪宗蒙哥有可能是被铁火雷类火器炸伤后死亡，为其死因的学界争议提供了新的解读视角。

 

五、结语

钓鱼城和白帝城遗址出土的南宋球形火雷是初级火器发展过程中较为成熟的爆炸性火器，涉及冶铁铸造、火药生产及引信制造等诸多技术领域，对于我们深入认识初级火器的时代、生产和应用意义重大。这种爆炸性火器遗存的不断发现，说明并非昙花一现的个例，而是具有非常完备的生产制造体系，并且在战争中的应用较为普遍。这种先进的军用武器可能会在当时局部战役起重要作用，进而在一定程度上影响整个战争进程。

重庆宋蒙（元）战争山城遗址出土的球形火雷数量众多、保存情况较好，且时代明确，是目前国内乃至国际上较为罕见的初级火器实物资料，填补了相关考古发现的空白，为科学技术史、军事技术史、战争史研究提供了十分宝贵的材料，是世界中古史火器与冷兵器并用时代开创阶段的珍贵见证，中国古代四大发明的重要实物支撑，具有极高的学术意义和历史价值。

 

本文英文版原载于《中国科学技术史（英文）》Vol.3|No.1|June2019 P44-61

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