从全球视野来看，石球是旧石器时代广泛分布的一种技术类型。但有关石球的研究一直存在较大争议：关于其生产技术的观点包括石球是通过砸击产生或连续剥片产生；关于其功能的观点包括石球是一类耗尽石核、作为石锤使用、或具有其他狩猎功能。传统技术类型学难以解析其制作过程与技术特征，也无法揭示其形态的变异性与多样性。

针对上述科学问题，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所裴树文研究团队联合中国科学院青藏高原研究所、中国科学院大学和美国华盛顿大学等国内外科研单位，对泥河湾盆地蔚县前上营遗址出土的石球及相关石制品开展了系统定量研究。研究引入了一种新颖、开源且可重复的研究框架，采用球谐函数作为定量形态分析方法，并结合技术测量指标，定量重建了石球的生产策略。该研究揭示遗址中的石球采取了标准化生产的修型策略，并可与仅以剥片为目的的多面体石核等区分；同时揭示了中国北方中更新世石器工业的技术复杂性和进步性，更新了学术界对该区域旧石器时代早期技术相对简单的传统认识。研究成果近日在国际著名学术期刊《考古科学期刊》(Journal of Archaeological Science)在线发表。

泥河湾盆地位于黄土高原东北部、蒙古高原向华北平原的过渡地带，以上百处古人类活动遗址的密集分布而备受国际学术界关注，是构建东亚古人类演化、技术发展和环境适应策略的关键区域。近年来，裴树文研究团队在广义泥河湾盆地，河北蔚县进行了多年的调查和发掘，发现40多处古人类活动遗址。其中，前上营遗址埋藏于泥河湾古湖滨相的砂、粉砂和黏土层中，2015-2017年的系统发掘出土了丰富的石制品和动物化石。古人类在该遗址活动的年代为距今约40万至50万年，其中石球在内的石制品组合为定量重建古人类技术与行为特点提供了难得材料。

球谐函数（Spherical Harmonics）是一组定义在球面上的特殊函数，可以理解为“球面上的傅里叶级数”。正如傅里叶级数用不同频率的正弦波来分解圆周上的周期信号，球谐函数用不同“频率”的基底函数来分解球面上的任意复杂形态。针对前上营遗址出土的石球，作者在球谐函数计算的基础上，将球谐函数旋转不变功率谱与均匀流形逼近与投影（Uniform Manifold Approximation and Projection, UMAP）的非线性降维相结合，用于石球、准石球和多面体石核三维扫描模型的形态分析，分析步骤均在Python和R中实现。同时，除了根据石球片疤分布模式进行技术重建，片疤矢量方向分析（scar orientation analysis）也被用于量化石球消减过程。研究结果表明，前上营遗址古人类具备石球生产的概念版型，采用标准化的生产技术制作定型化的石球，属于典型的修型策略，与遗址石核所代表的剥片策略存在显著差异。相关性分析表明，随着石球消减程度增加，石球形态更接近规则和标准的球体，进一步证明了古人类生产石球具有明确的组织性。

古人类石器技术中的修型策略，在人类技术演化的奥杜威工业晚期出现，至阿舍利工业阶段趋于成熟，体现了一种复杂与革新的技术行为。就东亚地区而言，与前上营遗址生产技术相似的石球，常被发现与阿舍利技术产品伴生（如丹江口库区、汉中盆地、丁村遗址等阿舍利遗址中石球的发现）。此次在前上营遗址发现石球修型策略，有力地支持了泥河湾盆地中更新世古人类的技术复杂性和多样性，更新了以往认为该区域旧石器时代早期始终属于简单“模式1”技术的传统认识。

本研究深化拓展了球谐函数分析方法，并将其应用于东亚古人类石器技术研究领域，是近年来我国旧石器考古学中石器定量分析的一次新的突破，具有鲜明的学科交叉特征。更重要的是，本研究提出了“石制品三维扫描建模—开源代码量化分析—跨区域比较”的研究路径，为构建新型石器研究范式提供了重要启示。

论文第一作者为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生叶芷，论文通讯作者为裴树文研究员和美国华盛顿大学Ben Marwick教授。中国科学院青藏高原研究所李浩研究员与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所马东东副研究员为论文共同作者。本研究得到国家自然科学基金和教育部国家留学基金委项目的支持。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0305440326000816 

图 泥河湾盆地蔚县前上营遗址地理位置与年代（裴树文供图）

图 三维球谐函数分析关键技术流程（叶芷供图）

图 前上营遗址石球的修型过程（叶芷供图）

图 片疤组织模式分析（叶芷供图）