1

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH HOẠT NEUTRON VÀ THỐNG KÊ ĐA BIẾN TRONG NGHIÊN CỨU DI VẬT ĐÁ THỜI TIỀN SỬ Ở TÂY NGUYÊN

Lê Xuân Hưng1; Trần Ngọc Diệu Quỳnh2, Trần Quang Thiện3

Những năm gần đây, ở Việt Nam đã có một số công trình áp dụng kỹ thuật phân

tích hạt nhân INAA và các phương pháp xử lý thống kê đa biến để nghiên cứu những đối tượng khảo cổ như nguồn sét, gạch, ngói trên địa bàn Mỹ Sơn (Quảng Nam), Thành Hoàng Đế (Bình Định) và di tích Cát Tiên (Lâm Đồng) (Cao Đông Vũ và nnk 2009, 2012; Trần Quang Thiện 2010). Kết quả ban đầu gợi mở về khả năng ứng dụng khả quan cho việc giải mã nguồn gốc và mối quan hệ của các di vật khảo cổ.

Bài nghiên cứu này, chúng tôi trình bày một ứng dụng khác của kỹ thuật INAA trong nghiên cứu di vật đá ở các di chỉ - xưởng chế tác công cụ trên địa bàn Tây Nguyên. Mẫu đá được lấy từ những cuộc điều tra, thám sát ở tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai và Đắk Nông nhằm truy tìm xuất xứ của công cụ; thông qua đó cũng phác thảo mối quan hệ giữa các công xưởng với nhau; giữa công xưởng với di chỉ cư trú và xa hơn nữa. Tuy vậy, đây mới là đề tài mang tính thử nghiệm, các phương pháp tính toán chưa thật hoàn thiện nên kết quả đưa ra còn khiêm tốn và rất cần có những nghiên cứu tiếp theo.

I. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nguyên lý nguồn gốc (Provenance postulate) là dựa trên việc xác định

thành phần hóa học của các nguyên tố có trong mẫu vật. Từ những năm 70 của thế kỷ XX, Weigand và cộng sự đã phân tích thành phần hóa học trong mẫu vật để tìm hiểu nguồn gốc của nó và cho rằng: “Tồn tại những sự khác biệt trong thành phần giữa các nguồn nguyên liệu tự nhiên khác nhau mà nó vượt quá sự khác biệt giữa các thành phần quan sát được trong cùng một nguồn nguyên liệu” (Weigand P. C., HarbottlemG. And Sayre E.. V. 1977). Đến nay, phát biểu trên vẫn còn nguyên giá trị khi mà các nhà khảo cổ học vẫn xem đây là nguyên lý nguồn gốc trong nghiên cứu di vật khảo cổ; điều ấy có nghĩa các di vật khảo cổ được tạo ra từ một nguồn nguyên liệu nào đó; nó được xác định thành công thông qua việc phân tích thành phần hóa học của chúng.

Từ nguyên lý của Weigand, năm 2000, Neff đã đưa ra hai cách tiếp cận trong nghiên cứu nguồn gốc cho hai nhóm đối tượng chính của khảo cổ học là các cổ vật được 1 NCS. Giảng viên khoa Lịch sử - Đại học Đà Lạt; 2 ThS. Giảng viên khoa Vật lý - Đại học Đà Lạt; 3 CN. Trung tâm Phân tích - Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt

2

làm từ nguyên liệu đá (nhóm I – những luồng khoáng và các vỉa đá lộ thiên) và các cổ vật được làm từ đất sét như đồ đất nung, gốm sứ (nhóm II). Theo đó, Neff cho rằng việc xác định nguồn gốc có thể theo một trong hai hướng riêng biệt. Nếu các nguồn của di vật khảo cổ được định vị và nhận diện một cách rõ ràng thì nguồn gốc của các cổ vật chưa biết sẽ so sánh với các nhóm đã biết rõ nguồn gốc (cách tiếp cận thứ nhất - nhóm I). Nếu nguồn có tính phân bố rộng, đường biên không rõ ràng như đất sét dùng trong sản xuất các loại đồ đất nung, gốm sứ thì việc lấy mẫu và phân lập các nguồn không hề dễ dàng nên cần sử dụng thêm cách tiếp cận thứ II (Neff 2000)

1.2. Vài nét về nguyên liệu đá: Đá là tổ hợp nguyên liệu có quy luật của các loại khoáng vật; là một thể địa chất có lịch sử hình thành riêng biệt. Cách phân loại phổ quát nhất là dựa trên nguồn gốc gồm đá mácma, đá trầm tích và đá biến chất. Đến nay, có nhiều cách để phân loại đá nhưng chủ yếu là dựa trên thành phần khoáng vật của đá. Dựa vào thành phần hoá học, có thể sử dụng biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 (hay còn gọi là biểu đồ TAS) (Hình 1) được xây dựng trên cơ sở 24.000 đá núi lửa tươi hoặc ít biến đổi. Trên biểu đồ này đã chỉ ra các trường đá núi lửa khác nhau với các tên đá được thừa nhận phổ biến (Glascock M. D., Neff H. 2003). Tuy vậy, một số trường nếu không có các thông số bổ sung thì không thể định danh được tên đá. Ví như,trường bazanit và tefrit hoặc trachyt và trachydacit.

Nhiều giản đồ thông thường khác cũng được sử dụng để phân loại đá núi lửa với các nguyên tố động. Giản đồ K2O-SiO2 trong địa chất được sử dụng để phân loại đá vòng cung núi lửa (basalt 45 - 52% SiO2, andesite 52 - 63% SiO2, dacites 63 - 69% SiO2 và rhyolites >69% SiO2,…) và chuỗi đá núi lửa (tholeiitic, calc -alkaline, high - K calc - alkaline và shoshonite theo hàm lượng

Hình 1. Biểu đồ (Na2O+K2O) - SiO2 của Le Maitre

(1989) dùng để phân loại các loại đá núi lửa

K2O), đặc biệt nhạy với những tác động của sự thay đổi. Năm 2007, Hastie là người đề xuất bằng cách sử dụng nguyên tố Th làm thay thế cho K2O và Co thay cho SiO2 đã xây dựng một sơ đồ hình học tương tự nhằm thực hiện phân loại nhưng mạnh mẽ hơn cho các loại đá (Hastie A. R., Kerr A. C., J. A., Pearce A. and Mitchell S. F.2007) (Hình 2).

3

1.3. Ứng dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân trong khảo cổ học: Phản ứng hạt nhân có thể được dùng cho phân tích định lượng được Georg Hevesy và Hidle Levy đưa ra năm 1936. Họ đã phát hiện thấy nhiều nguyên tố đất hiếm trở nên có hoạt độ phóng xạ cao sau khi được chiếu bởi neutron, hoạt độ này được phát ra từ nhiều nguyên tố khác nhau và giảm dần theo các tham số thời gian khác nhau (T1/2). Từ phát hiện

Hình 2. Giản đồ Th-Co theo A. R. Hastie (2007) này, họ đã nhận ra tiềm năng của việc nhận diện sự có mặt của những nguyên tố trong mẫu vật là hỗn hợp của nhiều nguyên tố thông qua việc đo các bức xạ khác nhau và chu kỳ bán hủy của những nguyên tố phóng xạ (Glascock M. D., Neff H. 2003).

Một trong những cách để xác định nguyên tố có trong các mẫu vật là phương pháp INAA; phương pháp này được sử dụng lâu dài và thành công nhất (Glascock M. D., Neff H. 2003). Tiềm năng ứng dụng của phương pháp NAA lần đầu tiên đã được Robert Oppenheimer thừa nhận như một công cụ nghiên cứu của khảo cổ học vào năm 1954, ông đã đề nghị Dodson và Sayre tại phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ Brookhaven sử dụng phương pháp NAA như một cách khả dĩ nhằm xác định nguồn gốc của các mảnh gốm cổ. Cũng trong thời gian này, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Oxford cũng bắt đầu tiến hành những thực nghiệm với NAA trên các đối tượng gốm và tiền cổ (Dẫn lại Cao Đông Vũ và nnk 2012).

Đầu những năm 1960, với sự ra đời của đầu dò (detector) Ge [Li] đã mang lại những cải tiến đáng kể về độ phân giải cho các hệ đo phổ và tạo ra một làn sóng cho ứng dụng NAA trong ngành khảo cổ học (Glascock M. D., Neff H. 2003).

Năm 1969, Perlman và Asaro đã đưa ra một mô tả về phương pháp chuẩn hóa so sánh trong NAA để áp dụng trong xác định nguồn gốc tại phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley Laboratory (LBL) (Dẫn lại Cao Đông Vũ và nnk 2012). Từ đó NAA được các nhà khảo cổ sử dụng nhiều hơn trong khoảng thời gian từ năm 1970 - 1980 nhằm xác định nguồn gốc cho các đối tượng như: gốm cổ, khoáng núi lửa (obsidian), đá trầm tích (chert) và các dạng nguyên liệu khác. Từ năm 1990 đến nay, phương pháp NAA là một công cụ nghiên cứu hữu hiệu trong nghiên cứu nguồn gốc của các di vật khảo cổ học, được sử dụng ở mức cao và ngày càng rộng rãi (Bishop R. L., Canoust V., Crown P. L. and De Atley S. P. 1990).

4

1.4. Phương pháp phân tích kích hoạt neutron (NAA) là một kỹ thuật phân tích có độ nhạy cao đáp ứng được cả hai yêu cầu định tính và định lượng của phân tích đa nguyên tố trong nhiều loại mẫu khác nhau. Cho đến nay phân tích kích hoạt là phương pháp phân tích hàm lượng các nguyên tố trong mẫu có kết quả chính xác và tiện lợi nhất; trong đó neutron được dùng để kích hoạt hạt nhân trong mẫu (Glascock M. D., Neff H. 2003).

Nguyên tắc của phân tích kích hoạt neutron là phản ứng của các neutron với hạt nhân nguyên tử. Quan trọng nhất trong NAA là phản ứng bắt neutron (n,γ), trong đó hạt nhân X (hạt nhân bia) hấp thụ một neutron, sản phẩm tạo ra là một hạt nhân phóng xạ với cùng số nguyên tử Z nhưng có số khối A tăng lên một đơn vị và phát ra tia gamma đặc trưng, quá trình này được mô tả bởi phản ứng (Hình 3):

XXnX AZ

AZ

AZ

1110 *)(

A: số khối của nguyên tố bia; Z: số điện tích của hạt nhân bia; Ký hiệu (*) trong quá trình trên biểu diễn hạt nhân hợp phần ở giai đoạn trung gian.

1.5. Phương pháp xử lý thống kê đa biến: Ngày nay, các phương pháp phân tích thống kê đa biến được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học như: Môi trường, địa chất, khảo

Hình 3. Sơ đồ biểu diễn quá trình phản ứng bắt

neutron trong NAA

cổ học, sinh học, kinh tế, xã hội học… Lịch sử ra đời của phương pháp phân tích thống kê đa biến gắn liền với thống kê một biến; hạn chế của phương pháp thống kê một biến là khi xử lý với những tập hợp dữ liệu lớn, phức tạp, nhiều thông tin đã không thể đưa ra câu trả lời chính xác cho toàn bộ tập số liệu mà nó chỉ phân tích được từng bộ số liệu riêng rẽ trong tập số liệu đó.

Phân tích thống kê đa biến xử lý đồng thời bộ số liệu của từng biến hay nói cách khác nó phân tích thống kê từng biến riêng rẽ. Sau khi xử lý thống kê riêng rẽ từng biến sẽ sử dụng những phương pháp phân tích để đưa ra các mối quan hệ giữa các biến với nhau. Với những bộ số liệu lớn và nhiều chiều như trong thống kê đa biến thì đại số ma trận trở thành cơ sở tính toán cho hầu hết các phương pháp phân tích đa biến. Sự phát triển của máy tính và công nghệ thông tin giúp cho việc giải những ma trận này trở nên

5

đơn giản hơn và phân tích thống kê đa biến đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và giải quyết thành công rất nhiều bài toán phức tạp.

Trong khảo cổ học, số liệu khảo sát bằng các phương pháp phân tích là cơ sở dữ liệu về hàm lượng đa nguyên tố (~20-30 nguyên tố) trong một tập hợp mẫu nghiên cứu. Cơ sở dữ liệu này hàm chứa nhiều thông tin đặc trưng cho nguyên liệu làm ra chúng như: thành phần các nguyên tố chính đại diện cho một nguồn nào đó, một lớp mẫu nào đó… sự giống và khác nhau giữa các nhóm mẫu về nguồn gốc, xuất xứ, niên đại, được tạo ra từ những kỹ nghệ khác nhau hay từ những tộc người khác nhau trong quá khứ. Với bộ số liệu nhiều chiều như vậy thì phân tích thống kê đa biến là thích hợp nhất để nghiên cứu nguồn gốc di vật trong khảo cổ.

- Phương pháp phân tích thành phần chính PCA (Principal Component Analysis): Phép phân tích PCA là một trong những kỹ thuật xử lý số liệu đa chiều quan trọng nhất được sử dụng trong khảo cổ học và nhiều lĩnh vực khoa học khác (Alvin C. Rencher 2002). Phương pháp này cho phép chúng ta giảm thiểu đáng kể số chiều của tập số liệu bằng cách lập các tổ hợp tuyến tính từ tất cả các véctơ quan sát để hình thành một số véctơ số liệu mới có độ nhạy cao nhất đối với sự thăng giáng thống kê hay cấu trúc của tập số liệu. Các véctơ số liệu mới này được gọi là các thành phần chính PC. Từ các hệ số tổ hợp tuyến tính sẽ xác định được các thành phần nguyên tố chính và mối tương quan đặc trưng giữa các thành phần chính này. Các tương quan đặc trưng khác nhau sẽ đại diện cho các nhóm mẫu có nguồn gốc xuất xứ khác nhau. Ngoài ra, chúng còn có thể loại bỏ sự ảnh hưởng của các thành phần nguyên tố có trọng số tương quan thấp và gây phân tán (nhiễu) trong quá trình xử lý số liệu. mà không làm mất đáng kể lượng thông tin chứa thống kê của tập số liệu.

- Phương pháp phân tích nhóm CA (Cluster Analysis) thường được sử dụng để xử lý một số lượng lớn các dữ liệu nhằm xác định có hay không sự tồn tại các nhóm mang ý nghĩa thống kê. Phép phân tích dựa trên việc xử lý các ma trận không đồng nhất cho tất cả các cặp mẫu khả dĩ bằng các phép đo khoảng cách - phương pháp mô tả sự gần nhau giữa các mẫu trong không gian hàm lượng ở thang lô-ga-rít. Một số phép tiếp cận thường được sử dụng như: khoảng Euclidean chuẩn, khoảng Euclidean bình phương, khoảng cách Euclidean thống kê. Kết quả việc phân tích nhóm được biểu diễn bởi các sơ đồ hình thành nhóm (dendrogram) cho thấy thứ tự các mẫu kết nhóm với nhau và khoảng cách giữa chúng (Alvin C. Rencher 2002). Đây là phương pháp đơn giản và hiệu quả để nhận diện các nhóm. Mỗi nhóm con chứa các mẫu có sự tương tự cao nhưng lại khác biệt lớn đối với các mẫu từ các nhóm khác.

6

II. MẪU PHÂN TÍCH 2.1. Địa bàn tỉnh Lâm Đồng - Địa điểm Thôn Bốn ở xã Gia Lâm, Huyện Lâm Hà; tọa độ 11048’694” vĩ Bắc

và 108019’369” kinh Đông; ngoài di chỉ Thôn Bốn, trên địa bàn còn phát hiện 5 địa điểm tiền sử khác (Lê Xuân Hưng 2011). Các di vật đá ở đây thường tập trung thành từng cụm, có màu vàng hay màu gan gà. Bên cạnh nhóm công cụ lao động và phác vật thì ở Thôn Bốn còn phát hiện được nhiều mảnh tước, phiến tước, hạch đá và đồ gốm tiền sử. Mẫu phân tích có 10 tiêu bản là những mảnh tước và phiến tước.

- Địa điểm Gan Thi 1 và Gan Thi 2 ở thôn Gan Thi, xã Gia Lâm (Lâm Hà). Gan Thi được phát hiện năm 2006 và đào thám sát năm 2010; tọa độ là 11048’780” vĩ Bắc và 108019’575” kinh đông, độ cao tuyệt đối là 907m. Trên vách ta luy và hố thám sát đã thu được khá nhiều hạch đá, mảnh tước đá opal, vết tích cư trú rất mờ nhạt (Lê Xuân Hưng 2011). Mẫu phân tích là 10 tiêu bản, gồm: đá nguyên liệu, hạch đá và mảnh tước.

- Địa điểm Hoàn Kiếm ở xã Nam Hà, huyện Lâm Hà; tọa độ 108019’02” kinh Đông và 11048’58” vĩ Bắc. Di chỉ được phát hiện vào năm 2007 và khai quật đầu năm 2008 với tổng diện tích 31m2 (Bùi Chí Hoàng 2010). Phác vật công cụ đá ở di tích Hoàn Kiếm hầu hết được ghè đẽo định hình, phổ biến là loại hình tứ giác; ở đây còn thu được nhiều đá nguyên liệu, hạch đá, mảnh tước, phiến tước và mảnh tách. Mẫu lấy phân tích là 10 tiêu bản, gồm: hạch đá, mảnh tách, phế vật công cụ và mảnh tước (Ảnh 4: H1).

- Địa điểm Phúc Hưng ở xã Tân Hà, huyện Lâm Hà; tọa độ địa lý 11044’14,5” vĩ Bắc, 108013’30” kinh Đông. Di chỉ được khai quật đầu năm 2010 với diện tích 34m2 (Lê Hoàng Phong 2011). Trong các hố khai quật và trên bề mặt thu được nhiều di vật đá như: phác vật rìu tứ giác, phế vật rìu, phác vật chưa định hình, phế vật công cụ, công cụ mảnh, mảnh tước, hạch đá, hòn ghè và đá nguyên liệu; đa số phác vật công cụ ở di tích Phúc Hưng thường có kích thước nhỏ. Mẫu phân tích là 25 tiêu bản, gồm: đá nguyên liệu, hạch đá, phế vật công cụ, mảnh tước gia công, mảnh tách và mảnh tước thứ (Ảnh 4: H2).

2.2. Địa bàn tỉnh Gia Lai: Năm 2013, chúng tôi điều tra khảo cổ học trên địa bàn tỉnh Gia Lai và đã phát hiện mới 3 di chỉ - xưởng thời tiền sử. Các di tích này phân bố trên vùng cao nguyên gần Pleiku; phạm vi phân bố rộng, tầng văn hóa mỏng nhưng còn nguyên vẹn, mật độ phân bố di vật dày và đây là loại hình di chỉ - xưởng chế tác rìu, bôn đá; chất liệu chủ yếu là đá opal, phatenit có niên đại hậu kỳ đá mới – sơ kim khí.

Mẫu đá phân tích gồm 14 tiêu bản, là những phế phẩm thải ra trong quá trình chế tác công cụ. Trong đó, điểm Suối Đội 7 (ký hiệu: 13.SĐ7.KL.IaPo) thuộc làng K’lũk, xã Ia Poong (Chư Prông) lấy 6 mẫu đều là mảnh tước; địa điểm Suối Bích (ký

7

hiệu: 13.SBi.SO.IaO) thuộc làng Sung O, xã Ia O (Chư Prông) 5 mẫu gồm 1 phiến tước và 4 mảnh tước; địa điểm Ia Boong (ký hiệu: 13.IaBo.KL.IaB) thuộc làng K’Lảh, xã Ia Boòng (Chư Prông) 3 mẫu gồm một phiến tước và 2 mảnh tước (Ảnh 1).

13.SĐ7.KL.IaPo. 1 13.SĐ7.KL.IaPo. 2 13.SBi.SO.IaO. 1 13.SBi.SO.IaO. 2

Ảnh 1. Mẫu đá phân tích (Gia Lai)

13.T8.GoT.ĐTr: 4 13.T8.GoT.ĐTr: 5 13.T8.NVX.BM: 1 13.T8.ST: 1

Ảnh 2. Mẫu đá phân tích - di chỉ Thôn Tám (Đắk Nộng)

13.S4.ĐTr: 2 13.S4.ĐTr: 3 13.S4-2.KTr: 2 13.S4-2.KTr: 4

Ảnh 3. Mẫu đá phân tích di chỉ Suối Bốn, Đắk R`Lấp (Đắk Nông)

8

1. Hạch đá, phác vật 2. Hạch đá

Ảnh 4. Mẫu đá phân tích: H.1 đồ đá di tích Hoàn Kiếm;

H.2 di tích Phúc Hưng (Lâm Hà, Lâm Đồng)

2.3. Địa bàn tỉnh Đắk Nông: Trong năm 2013, cán bộ Trường Đại học Đà Lạt, Viện Khảo cổ học, Viện KHXH vùng Tây Nguyên và Bảo tàng Đắk Nông tiến hành nhiều đợt điều tra, phát hiện và thám sát ở Đắk Nông. Kết quả đã phát hiện một số di chỉ - xưởng chế tác công cụ đá trên địa bàn Đắk R’Lấp; phúc tra, thám sát và khai quật di chỉ Thôn Tám (Cư Jút). Các mẫu lấy phân tích gồm mảnh tước, phiến tước, hạch đá, đá nguyên liệu, phác vật công cụ. Trong đó: địa điểm Suối bốn, thuộc xã Nhân Đạo, huyện Đắk R’Lấp lấy 9 tiêu bản, toàn bộ là mảnh tước (Ảnh 3); các địa điểm ở Thôn 8, xã Đắc Will, huyện Cư Jút lấy 25 tiêu bản bao gồm: 4 phác/phế vật, 2 đá ghè đẽo, 8 mảnh tước, 5 mảnh tách, 5 hạch đá và 1 đá nguyên liệu (Ảnh 2).

III. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 3.1. Bài nghiên cứu này đã tiến hành phân tích 24 nguyên tố (Bảng 1) Al, V,

Mn, Cl, Na, K, As, La, Sm, Sc, Cr, Fe, Co, Rb, Sb, Cs, Ce, Nd, Eu, Tb, Hf, Ta, Th trong 103 mẫu đá. Kết quả phân tích mẫu đá tại 04 di tích trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng cho thấy thành phần của các nguyên tố có giá trị tương đồng nhau, ít có sự khác biệt. Độ lệch chuẩn tương đối hầu hết thấp hơn 100%; kết quả cũng xác nhận sự tương đồng về thành phần hóa học.

Kết quả phân tích tóm tắt các mẫu đá ở Lâm Đồng, Đắk Nông và Gia Lai cùng với bảng tỷ lệ trung bình hàm lượng của ba khu vực này có thể nhận thấy thành phần 24 nguyên tố đã phân tích thấp nhất trong ba khu vực là các mẫu đá tại Lâm Đồng, tiếp đến là các mẫu tại Gia lai và thành phần các nguyên tố lớn nhất thuộc về Đắk Nông đã cho thấy sự khác biệt giữa nguồn nguyên liệu đá ở các khu vực cách xa nhau (Bảng 2).

9

- Xử lý thống kê CA để phân loại thô các nhóm mẫu đá ở Lâm Đồng cho thấy 4 nhóm mẫu đá tại 4 di tích tập trung thành một nhóm lớn, sự tách biệt giữa các nhóm không rõ ràng. Khoảng chênh lệch hàm lượng là không lớn giữa các mẫu.

- Kết quả xử lý bằng PCA cũng chỉ ra rằng cụm di tích ở Lâm Đồng trong không gian PC1 và PC2 là một nhóm lớn (Hình 4). Điều ấy minh chứng rằng toàn bộ các cụm di tích trên ở huyện Lâm Hà (Lâm Đồng) có sự liên hệ mật thiết với nhau về mặt nguồn gốc; có cùng một lịch sử hình thành trong các quá trình địa chất.

STT Nguyên tố LOD (ppm)

1 Al 110 2 V 1.9 3 Na 95 4 Cl 19 5 K 111 6 Mn 1.7 7 As 0.1 8 La 0.01 9 Sm 0.009 10 Sc 0.005 11 Cr 0.2 12 Fe 80 13 Co 0.03 14 Rb 2.2 15 Sb 0.04 16 Cs 0.02 17 Ce 0.14 18 Nd 0.5 19 Eu 0.002 20 Tb 0.011 21 Yb 0.01 22 Hf 0.01 23 Ta 0.01 24 Th 0.02

Ele.

Đắk Nông/ Lâm Đồng

Gia Lai/ Lâm Đồng

Gia Lai/ Đắk Nông

Na 96.04 74.85 0.78 Al 5.01 2.43 0.49 Cl 3.14 2.36 0.75 K 57.04 48.84 0.86 Sc 22.77 10.58 0.46 V 2.65 0.61 0.23 Cr 7.47 3.70 0.50 Mn 12.37 8.48 0.69 Fe 3.28 2.75 0.84 Co 10.31 3.94 0.38 As 8.56 7.06 0.83 Rb 12.18 19.11 1.57 Sb 31.82 14.49 0.46 Cs 42.66 31.73 0.74 La 53.81 17.13 0.32 Ce 61.25 56.35 0.92 Nd 6.94 1.97 0.28 Sm 26.84 2.87 0.11 Eu 25.62 3.72 0.15 Tb 17.95 4.11 0.23 Yb 14.44 9.32 0.65 Hf 26.75 31.98 1.20 Ta 11.73 26.23 2.24 Th 91.26 200.66 2.20

Bảng 1. Giới hạn phát hiện trung bình của 24 nguyên tố trong các mẫu di vật đá

Bảng 2. Tỉ lệ trung bình hàm lượng các mẫu đá giữa các khu vực

Để có thể hình dung rõ hơn, chúng tôi tiến hành xử lý PCA đối với toàn bộ các mẫu đá ở Lâm Đồng với các mẫu đá tại Gia Lai và Đắc Nông (Hình 4). Kết quả xử lý, nhóm đá thu thập tại các di tích ở Lâm Đồng phân bố tập trung thành một nhóm lớn. Các mẫu đá tại Gia Lai và Đắc Nông phân bố không tập trung và rải rác. Dựa vào phân

10

bố trong không gian PC1 và PC2, nhóm đá ở cụm di tích Lâm Đồng hầu hết là cùng một loại đá. Trong khi ở Gia Lai và Đắc Nông lại đa dạng hơn với nhiều loại đá khác nhau.

3.2. Phân loại đá tại ba khu vực Lâm Đồng, Đắc Nông và Gia Lai: Sau khi phân tích các nguyên tố trong các mẫu đá bằng INAA và xử lý thống kê đa biến có thể nhận thấy loại đá tại các khu vực Lâm Đồng, Gia Lai và Đắc Nông có sự khác biệt. Do đó, chúng tôi sử dụng giản đồ Th-Co theo Hastie A. R. (2007) để phân loại:

- Kết quả phân loại bằng giản đồ Th-Co cho thấy tất cả các mẫu đá thu thập tại Lâm Đồng thuộc nhóm Island Arc Tholeiite (Hình 5), là nhóm magma tholeiitic, được phân loại là subalkaline (chứa ít natri và các nguyên tố alkaline), chúng phân biệt với đá calc-alkaline magma bởi trạng thái khử oxy hóa của magma chúng kết tinh. Khi magma mẹ của basalt kết tinh, chúng ưu tiên kết tinh các hình thức giàu magiê và ít sắt của các khoáng chất silicat olivin và pyroxene; kiến trúc từ thủy tinh, ẩn tinh đến ban tinh. Các khoáng vật chính gồm thạch anh, fenspat và plagiocla kiềm; các khoáng vật phụ phổ biến như biotit và hornblend. Dựa theo phân bố có thể loại đá tại Lâm Đồng là opal và rhyolit - là một loại đá magma phun trào có thành phần axit (giàu điôxít silic) (> 69% SiO2). Đây là loại đá có độ cứng trên 7 (theo thang độ cứng của Mohs), khi vỡ ra cho rìa cạnh sắc bén; thích hợp cho việc chế tác nhóm công cụ chặt tre, gỗ hay những công cụ mảnh phục vụ cho việc cắt, xẻ thịt thú rừng. Kết quả phân tích còn cho thấy thành phần hóa học của các mẫu có khác nhau đôi chút nhưng chúng có chung nguồn gốc. Cư dân tiền sử nơi đây khai thác nguồn nguyên liệu trên bề mặt và nằm trong lòng đất không sâu lắm; không khai thác đá nguyên khối có kích thước lớn để chế tác công cụ.

- Kết quả kích hoạt cho thấy nhóm di vật đá trong 3 di chỉ - xưởng ở Gia Lai phân thành hai nhóm nguyên liệu lớn rõ rệt thuộc hai chuỗi Island Arc Tholeiite và High-K and Shoshonitic (Hình 5), gồm ba dòng đá chính là andesite, trachyte và opal. Nguồn nguyên liệu có nguồn gốc phun trào mắc ma, phun trào núi lửa; là nguyên liệu có tại địa phương; khai thác trên bề mặt hoặc nằm trong lòng đất không sâu lắm. Nhóm đá ở đây có độ cứng từ 6 đến trên 7; cương giai phù hợp cho việc chế tác các loại công cụ phục phụ cho việc xới đất, nạo, cắt hay chặt tre, gỗ…

- Nhóm hiện vật đá thu thập ở Suối 4, xã Nhân Đạo (Đắc Nông) chủ yếu tập trung ở chuỗi Island Arc Tholeiite loại đá là opal, rhyolite; trừ mẫu 13.S4.ĐTr:5 là sa thạch thuộc chuỗi High-K and Shoshonitic. Đây là nguồn đá có nguồn gốc tại chỗ, cư dân tiền sử đã khai thác để chế tác ra các rìu tứ giác, rìu có vai xuôi như đã thấy trong các di tích cư trú ở vùng lân cận. Đây là nhóm mẫu có sự tương đồng về thành phần hóa học so với nhóm đá ở Lâm Đồng nhưng được cư dân tiền sử khai thác tại địa phương. Về không gian văn hóa, rất có thể chúng có mối liên hệ nhất định với các di tích tiền sử ở Lâm Đồng và các di tích vùng Đông Nam Bộ (Bình Phước và Đồng Nai).

11

- Nhóm đá thu thập ở Thôn 8 (Đắc Nông) chủ yếu thuộc chuỗi đá có hàm lượng K cao. Tất cả các mẫu thu thập đều nằm ở hai chuỗi Calc-Alkaline và High-K and Shoshonitic (Hình 5). Loại đá ở đây khá đa dạng từ basalts, basaltic andesite, andesite, dacite, rhyolite,

Hình 4. Kết quả xử lý PCA đối với các mẫu đá tại Lâm Đồng,

Đắc Nông và Gia Lai

latite, trachyte. Kết quả phân tích cho thấy thành phần hóa học của các mẫu đá không giống nhau, điều ấy minh chứng là cư dân Thôn Tám khai thác nguồn nguyên liệu đơn lẻ; không khai thác đá nguyên khối để chế tác công cụ. Đây là nguồn nguyên liệu có nguồn gốc phun trào; phân bố trên bề mặt, dọc các sông suối, ven hồ nước mà cư dân cổ nơi đây đã khai thác để chế tác ra các công cụ phục vụ cho nhu cầu lao động, sản xuất của cộng đồng và trao đổi với các vùng rộng hơn. Đặc điểm

Hình 5. Kết quả phân loại đá tại ba khu vực Gia Lai,

Đắk Nông và Lâm đồng theo giản đồ Co-Th

chung của của các loại đá này là dòn, dễ đập vỡ; rìa cạnh sắc và độ cứng cao.

12

3.3. Một vài nhận xét Về phương pháp phân tích: Nghiên cứu và phân loại các di vật khảo cổ đá theo

đặc trưng thành phần hóa học bằng sự kết hợp giữa phân tích kích hoạt neutron, thống kê đa biến và phân loại theo địa chất đã đưa ra một số thông tin phục vụ cho việc nghiên cứu trong khảo cổ học. Tuy nhiên, phương pháp phân tích INAA mới chỉ phân tích được 24 nguyên tố trong một mẫu; trong đó có nhiều nguyên tố như: Si, Mg, Ca,…chưa phân tích được, nên cần kết hợp với một số phương pháp phân tích khác để đưa ra được nhiều thông tin hơn.

Về khả năng ứng dụng: Kết quả nghiên cứu giúp cho các nhà khảo cổ học xác định được nguồn gốc của nguyên liệu đá được khai thác ở đâu; trong lòng đất hay thu lượm trên bề mặt; tại địa phương hay do trao đổi mà có; tên đá, cấu trúc của đá để từ đó xác định độ rắn, độ giòn liên quan đến chức năng của công cụ; cũng như mối quan hệ giữa nguyên liệu và công năng cụ thể của công cụ trong hoạt động sản xuất. Nói cách khác là sẽ giúp cho các nhà khảo cổ học tìm ra mối liên hệ giữa nguồn gốc nguyên liệu, sản phẩm làm ra và công năng sử dụng trong lao động của cư dân tiền sử.

Đây là đề tài mang tính thử nghiệm, kết quả thu được còn rất khiêm tốn, song khả năng ứng dụng chúng trong khảo cổ học là rất đáng ghi nhận. Phương pháp phân tích INAA góp thên nhiều thông tin trong việc nhận thức qui trình sản xuất, bức tranh hoạt động thủ công của cư dân tiền sử, phạm vi giao lưu trao đổi các thành phẩm của các công xưởng trong mối liên hệ với các loại hình di tích đồng đại ở Tây Nguyên.

TÀI LIỆU DẪN Alvin C. Rencher 2002. Methods of Multivariate Analysis,2 End. Wiley-Interscience, A John

Wiley & Sons, Inc. Publication, ISBN 0-471-41889-7.

Bishop R. L., Canoust V., Crown P. L. and De Atley S. P. 1990. Sensitivity, precision and accuracy: their roles in ceramic compositional data base Am. Antiquity: 55-537.

Bùi Chí Hoàng 2010. Di chỉ khảo cổ học Hoàn Kiếm I (Lâm Đồng). Khảo cổ học, số 5.

Cao Đông Vũ và nnk 2009. Áp dụng phương pháp phân tích kích hoạt neutron dụng cụ (INAA) trên lò phản ứng và phương pháp xử lý thống kê đa biến trong nghiên cứu đặc trưng đa nguyên tố và xuất xứ của vật liệu khảo cổ đất nung thu thập từ một số khu di chỉ di tích ở Việt Nam. Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ năm 2007-2008.

Cao Đông Vũ và nnk 2012. Nghiên cứu nguồn gốc di vật đất nung khu di tích Cát Tiên bằng phương pháp phân tích kích hoạt hạt nhân và thống kê đa biến, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp bộ năm 2010-2011.

LeMaitre, R.W., Le Bas,M. J. & Woolley, A. R. 1992. The construction of the total alkali-silica chemical classification of volcanic rocks. Mineralogy and Petrology 46, 1-22.

13

Lê Hoàng Phong 2011. Khai quật công xưởng chế tác đá thời tiền sử Phúc Hưng (Lâm Đồng). Khảo cổ học, số 4: 13-20.

Lê Xuân Hưng 2011. Các di tích công xưởng ở Lâm Đồng: Tư liệu và nhận thức. Khảo cổ học, số 6: 12-22.

Glascock M. D., Neff H. 2003. Neutron activation analysis and provenance research in archaeology. Meas. Sci. Technol. 14,pp 1516–1526.

Hastie A. R., Kerr A. C., J. A., Pearce A. and Mitchell S. F. 2007. Classification of AlteredVolcanic Island Arc Rocks using ImmobileTrace Elements: Development of theTh^Co Discrimination Diagram. Journalof petrology journalof petrology vol 48, pp 2341-2357.

Neff H. 2000. Neutron activation analysis for provenance determination. In Archaeology Modern Analytical Methods in Art and Archaeology (Chemical Analysis Series) vol 135, ed E Ciliberto and G Spoto (New York: Wiley).

Trần Quang Thiện 2010. Nghiên cứu nguồn gốc một số loại gốm cổ tại khu di tích Cát Tiên (Lâm Đồng) bằng phương pháp phân tích kích hoạt neutron trên lò phản ứng. Khóa luận tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp. Hồ Chí Minh.

Weigand P. C., Harbottle G. and Sayre E. V. 1977. Turquoise sources and source analisis: Mesoamerica and the Southwestern USA Exchange Systems. In Prehistory ed T K Earle and J E Eriscon (New York: Academic).