吐魯番阿斯塔那出土彩繪泥塑文物材料的檢測(cè)分析初探

姚　敏

?

吐魯番阿斯塔那出土彩繪泥塑文物材料的檢測(cè)分析初探

姚敏

摘要本文以吐魯番阿斯塔那出土的彩繪泥塑文物為研究對(duì)象，利用X射線衍射分析、偏光顯微分析、拉曼光譜分析、結(jié)構(gòu)材料的鑒定以及微生物培養(yǎng)鑒定等分析方法，對(duì)彩繪泥塑文物的顏料、泥中纖維、土壤和木材進(jìn)行定性分析，準(zhǔn)確反映了制作彩繪泥塑所使用材料的種類(lèi)和內(nèi)含成分，此項(xiàng)工作的開(kāi)展對(duì)進(jìn)一步做好泥塑文物的保護(hù)具有很好的指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞彩繪泥塑文物X射線衍射分析拉曼光譜分析

前言

新疆博物館在出土彩繪泥塑文物修復(fù)、保護(hù)等近50年的實(shí)踐中，做了許多探索性工作，利用傳統(tǒng)的材料和技術(shù)修復(fù)保護(hù)了一大批彩繪泥塑文物，但隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和新型文物保護(hù)材料的不斷出現(xiàn)，一些傳統(tǒng)的文物保護(hù)工作方法和部分傳統(tǒng)的保護(hù)材料及文保設(shè)備已不能完全滿(mǎn)足文保工作的需要，無(wú)法為文物提供一個(gè)安全的保存、展覽及研究的基礎(chǔ)條件，特別是對(duì)于某種特殊文物材質(zhì)的檢測(cè)分析工作，相對(duì)來(lái)講開(kāi)展得還不是很廣泛，這就造成了文物保護(hù)工作的相對(duì)滯后。因此開(kāi)展文物材質(zhì)的調(diào)查研究、針對(duì)文物的具體材質(zhì)提出預(yù)防性保護(hù)措施就顯得至關(guān)重要。

通過(guò)對(duì)新疆博物館藏阿斯塔那彩繪泥塑的調(diào)研，進(jìn)行資料收集、整理，明確館藏彩繪泥塑信息檔案所需要的主要數(shù)據(jù)，進(jìn)行館藏阿斯塔那彩繪泥塑信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)，根據(jù)所設(shè)計(jì)的檔案信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，篩選優(yōu)化數(shù)據(jù)。同時(shí)對(duì)館藏彩塑的主要病害進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)病害特征進(jìn)行描述，結(jié)合環(huán)境因素分析其病害機(jī)理等都是目前急需要做的基礎(chǔ)工作。

關(guān)于阿斯塔那出土彩繪泥塑文物的材料分析，以前也做過(guò)這方面的工作，但由于受到當(dāng)時(shí)諸多方面的條件限制，如經(jīng)費(fèi)不足和檢測(cè)設(shè)備的欠缺等，使深層次的分析檢測(cè)工作無(wú)法開(kāi)展，只是做了一些表象的分析和判斷，缺乏準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和結(jié)論，導(dǎo)致文物保護(hù)工作的進(jìn)度相對(duì)緩慢。阿斯塔那古墓出土彩繪泥塑文物的保護(hù)，受到國(guó)家文物局以及自治區(qū)文物局的高度重視，為拯救這批彩塑，新疆博物館組成了專(zhuān)項(xiàng)泥塑文物保護(hù)小組，經(jīng)項(xiàng)目申請(qǐng)，2010年11月國(guó)家文物局撥付專(zhuān)項(xiàng)資金200萬(wàn)元，啟動(dòng)并實(shí)施“吐魯番阿斯塔那泥塑文物保護(hù)項(xiàng)目”。同期新疆博物館開(kāi)始對(duì)館藏阿斯塔那出土的彩繪泥塑進(jìn)行全面調(diào)查，并選擇病害最為嚴(yán)重，且具有代表性的50件泥塑文物作為搶救性修復(fù)保護(hù)的對(duì)象。該項(xiàng)目啟動(dòng)后，我們按照保護(hù)項(xiàng)目的內(nèi)容及步驟，首先將彩繪泥塑文物制作材料的檢測(cè)分析工作放在第一位，與內(nèi)地博物館進(jìn)行合作，選擇有資質(zhì)的科研機(jī)構(gòu)和高校對(duì)采集的泥塑樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。

此次提供的檢測(cè)分析樣品共有四大類(lèi)，即顏料樣品、纖維樣品、胎體泥土樣品及木骨架樣品。本文內(nèi)容主要是針對(duì)上述樣品的檢測(cè)結(jié)果做一分析和探索。

以下是檢測(cè)樣品的部分圖片和檢測(cè)結(jié)果。

一、顏料樣品

此次所取顏料樣品均為無(wú)法修復(fù)拼對(duì)且無(wú)原始號(hào)的文物小殘塊。

表1　顏料樣品統(tǒng)計(jì)表

二、纖維樣品

三、胎體泥塊樣品

胎體及吐魯番泥塊樣品。

泥塑土體樣本　　　　　　　　　　　　　　　　　現(xiàn)代土體樣本

木骨架樣品共取2根：

木1　　　　　　　　　　　木2

草本莖稈材料5種和草本韌皮材料1種：

草1　　　　　　　　　　　　草2　　　　　　　　　　　　　　　　草3

草4　　　　　　　　　　　　草5　　　　　　　　　　　　　　　　草6

(一)彩繪顏料檢測(cè)分析

1.XRD檢測(cè)分析

(1)儀器型號(hào)與測(cè)試條件

儀器型號(hào)：D8 ADVANCE X射線衍射儀

測(cè)試條件：管壓管流：40KV、20mA，測(cè)試時(shí)間：0.3s。

(2)X射線衍射檢測(cè)結(jié)果

送檢樣品22個(gè)，根據(jù)樣品彩繪顏料的不同，共做31項(xiàng)XRD單項(xiàng)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　XRD檢測(cè)結(jié)果

(3)結(jié)論

在對(duì)22個(gè)樣品的XRD檢測(cè)分析中發(fā)現(xiàn)編號(hào)為1、15、16、18、22的五個(gè)樣品中藍(lán)色顏料未檢測(cè)出顯色物相，疑為有機(jī)顏料。其他顏料檢測(cè)結(jié)果如下：

1) 紅色顏料顯色物相為鉛丹、赭石、朱砂。

2) 綠色顏料顯色物相為氯銅礦。

3) 白色顏料顯色物相為石膏。

4) 黑褐色顏料顯色物相為鉛丹變色后的顏色。

5) 黑色顏料顯色物相為墨。

6) 黃色顏料顯色物相為雄黃。

7) 藍(lán)色顏料顯色物相未知。

2.偏光顯微鏡與拉曼光譜分析檢測(cè)

2.1 偏光顯微分析

(1)儀器和材料

挑取粉末顆粒樣品于載玻片上并固結(jié)在蓋玻片下，采用Leica DMLSP 偏光顯微鏡觀察。

(2)偏光顯微分析過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4　偏光顯微分析過(guò)程和結(jié)果

圖1　偏光照片　　　　　　　　圖2　偏光照片

2.2 顯微拉曼光譜分析

(1)方法和儀器

Renishaw inVia-plus, 配備有Leica DM2500M顯微鏡；激光器：785nm；50×物鏡；狹縫 100, 孔徑 300mm, 光柵 1800，根據(jù)不同顏料選用3×10秒、5×20秒等掃描頻次。

(2)顯微拉曼光譜分析過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　偏光顯微分析過(guò)程和結(jié)果

圖3　白色樣品拉曼譜圖　　　　　　　　圖4　藍(lán)色樣品拉曼譜圖

(3)結(jié)論

樣品19中白色顏料為碳酸鈣和硫酸鈣相混合，紅色顏料為鐵紅；樣品15、樣品1皆為靛藍(lán)；樣品6的紅色顏料為染料，在同一時(shí)期敦煌壁畫(huà)顏料中也曾發(fā)現(xiàn)紅色染料，已分析出其為茜草，但此處是否為茜草還需進(jìn)一步分析研究。

(二)泥塑內(nèi)纖維材質(zhì)檢測(cè)

由西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心對(duì)送檢樣品運(yùn)用圖像特征識(shí)別等相關(guān)技術(shù)手段，做出如下鑒定。

(1)NS1號(hào)樣

NS1號(hào)樣為纖維與黃土的混合物，表層纖維含量較少，內(nèi)層含量較多，從圖5和圖6可以看出混合比較均勻，纖維的離散較好，只有很少量的集束，從圖7可以看出纖維間的聯(lián)結(jié)關(guān)系具有麻類(lèi)纖維的特征。從圖8可以看出外觀特征很像亞麻纖維，而且脫膠狀態(tài)不夠徹底。綜上所述黃土中混入的纖維為亞麻。

圖5　　　　　　　　　　　　　圖6　　　　　　　　　　　　　圖7

圖8　　　　　　　　　　　　　圖9　　　　　　　　　　　　　圖10

(2)NS2號(hào)樣

NS2號(hào)樣為纖維狀樣品，直接手感目測(cè)的初步判斷是亞麻工藝?yán)w維，圖9可以看出平直均勻、質(zhì)地強(qiáng)硬，有麻類(lèi)纖維的節(jié)痕特征，還可以看出膠粒，圖10可以明顯看出集束纖維特征，圖11是一根較粗集束纖維的放大，其邊緣單根纖維很細(xì)。圖12為水浸潤(rùn)壓碾后的照片，麻膠固結(jié)能力強(qiáng)，集束離解可見(jiàn)，說(shuō)明腐蝕歷史短。綜上所述，NS2號(hào)樣為亞麻工藝?yán)w維。

圖11　　　　　　　　　　　圖12　　　　　　　　　　　圖13

(3)NS3號(hào)樣

NS3號(hào)樣為植物韌皮樣，為未脫膠狀態(tài)，質(zhì)地強(qiáng)硬。圖13為表層膠質(zhì)剝離后纖維的黏結(jié)狀態(tài)，可以看出膠質(zhì)較少，纖維集結(jié)，圖14為附帶表層膠質(zhì)用鑷子橫向拉扯后的照片，纖維長(zhǎng)度很長(zhǎng)，且偏粗，麻類(lèi)特征明顯。試樣經(jīng)過(guò)了水濕潤(rùn)和壓碾，圖15纖維為苧麻特征，圖16為麻膠狀態(tài)，綜上所述，NS3號(hào)樣為苧麻纖維未脫膠狀態(tài)。

圖14　　　　　　　　　　　　　圖15　　　　　　　　　　　　圖16

(4)NS4號(hào)樣

從外形看類(lèi)似某種植物種子秸稈(圖17、18)，通過(guò)與小麥、大麥、燕麥、青稞等谷類(lèi)植物種子秸稈對(duì)比分析，估計(jì)是小麥。

圖17　　　　　　　　　　　　　　　圖18

(5)NS5號(hào)樣

NS5號(hào)樣為單根纖維狀，從圖19可以看出平直均勻，從頭端可以隱約看到集束，圖20為水浸潤(rùn)壓碾后透射光照片，可清晰看到纖維束裂散現(xiàn)象，細(xì)度及形態(tài)為黃麻特征。綜上所述，NS5號(hào)樣為黃麻工藝?yán)w維。

圖19　　　　　　　　　　　　　　　圖20

(6)結(jié)論

在泥胎添加纖維的分析中，主要發(fā)現(xiàn)有亞麻、苧麻、黃麻、小麥等，這些材料均具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，它們均是增加泥胎強(qiáng)度的理想材料。

(三) 土樣的檢測(cè)

由國(guó)土資源部蘭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)3塊土樣進(jìn)行了相關(guān)的分析檢測(cè)。

報(bào)告編號(hào)：LJ20130156

表6　新疆博物館館藏泥塑土樣分析報(bào)告表

其中2013W0227-1為泥胎土樣，2013W0227-2及2013W0227-3為吐魯番現(xiàn)代土樣，分析結(jié)論如下：

表7　新疆博物館館藏泥塑土樣分析結(jié)果表

在對(duì)胎體土樣的X熒光光譜分析結(jié)果中，可以看出阿斯塔那本地土樣與泥塑胎體土樣中的礦物種類(lèi)及含量均較為接近，說(shuō)明阿斯塔那彩塑的泥胎土料取自吐魯番本地。

(四) 結(jié)構(gòu)材料的鑒定

由西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院木材工業(yè)系木材研究室對(duì)植物纖維進(jìn)行檢測(cè)。

1.樣品名稱(chēng)及數(shù)量：

(1)木質(zhì)材料2根：木1和木2；

(2)草本莖稈材料5種：草1、草2、草3、草4、草5；

(3)草本韌皮材料1種：草皮1。

2.鑒定觀察記載與結(jié)果：

(1)木1、木2：

木本植物。散孔材，髓心不規(guī)則卵圓形。管孔圓形至橢圓形，略具多邊形輪廓；單管孔及短徑列復(fù)管孔2～3(偶4,5)，多數(shù)2個(gè)；星散或斜列；未見(jiàn)侵填體和樹(shù)膠；單穿孔；管間紋孔式互列，圓形或多邊形，紋孔口內(nèi)含，圓形或透鏡形。木射線非疊生；單列射線，高3～23細(xì)胞或以上；射線組織異形單列，偶見(jiàn)同形；射線細(xì)胞水平壁紋孔可見(jiàn)，垂直壁節(jié)狀加厚明顯，部分細(xì)胞含樹(shù)膠，未見(jiàn)晶體；射線與導(dǎo)管間紋孔式大圓形、刻痕狀或類(lèi)似管間紋孔式。軸向薄壁組織量少，少量星散狀、疏散傍管及稀疏輪界狀；薄壁細(xì)胞底壁節(jié)狀加厚不明顯，偶爾含有樹(shù)膠，未見(jiàn)晶體。木纖維壁薄，具緣紋孔可見(jiàn)，紋孔圓至卵圓形，紋孔口內(nèi)含透鏡狀或外展裂隙狀及“X”形。

根據(jù)以上特征，木1、木2為楊柳科，柳屬某種。木材構(gòu)造特征圖片見(jiàn)圖21。

圖21

(2)草1、草2、草3、草4：

草本植物；具有明顯的節(jié)和節(jié)間；莖的節(jié)間中空。表皮最外層細(xì)胞，由長(zhǎng)形細(xì)胞和短形細(xì)胞縱向相間排列；長(zhǎng)細(xì)胞間的兩個(gè)短細(xì)胞一個(gè)栓質(zhì)化為栓質(zhì)細(xì)胞，一個(gè)硅質(zhì)化為硅質(zhì)細(xì)胞；表皮上部分短細(xì)胞分化為少數(shù)氣孔。表皮內(nèi)方的下皮，是一層壁較厚而橫徑較小的細(xì)胞，再向下即出現(xiàn)維管束，近表層的維管束小而較多，愈近髓腔維管束越大，維管束可多至3～5層。維管束外具明顯的維管束鞘，每個(gè)維管束均包括初生韌皮部和初生木質(zhì)部，但它們間沒(méi)有形成層，無(wú)次生生長(zhǎng)，故名有限維管束。除表皮下皮維管束及其它厚壁細(xì)胞外均系薄壁組織(基本組織)。該類(lèi)植物的基本組織外層小維管束系由薄壁細(xì)胞所衍生，使莖壁維管超過(guò)2層，近表皮的一層維管束，纖維細(xì)胞比重較大，所以也稱(chēng)為纖維束。

根據(jù)以上特征，草1、草2、草3、草4為禾本科早熟禾亞科蘆葦屬蘆葦。構(gòu)造特征照片見(jiàn)圖22。

圖22　草1構(gòu)造特征圖片

(3)草5：

草本植物；具明顯的節(jié)和節(jié)間；莖的節(jié)間中空。表皮細(xì)胞，由長(zhǎng)形細(xì)胞和短形細(xì)胞縱向相間排列；長(zhǎng)細(xì)胞間的兩個(gè)短細(xì)胞分別栓化和硅化明顯不如蘆葦屬典型，形成大小相近的栓質(zhì)細(xì)胞和硅質(zhì)細(xì)胞；此類(lèi)植物由短形細(xì)胞特化的氣孔數(shù)量相對(duì)較多。表皮內(nèi)方的下皮，亦有一層細(xì)胞(3～5個(gè))，壁較厚的橫徑較小的細(xì)胞；再下即分化出第一層小維管束，其內(nèi)有1～2輪較大的維管束。每個(gè)維管束均包括初生韌皮部和初生木質(zhì)部。因不存在形成層，無(wú)次生生長(zhǎng)，故為有限維管束。維管束外有由纖維細(xì)胞組成的維管束鞘。除表皮下皮維管束及纖維細(xì)胞外均系薄壁組織(基本組織)。

根據(jù)以上特征，草5為禾本科早熟禾亞科小麥屬的一種。構(gòu)造特征照片見(jiàn)圖23。

圖23　草5構(gòu)造特征圖片

(4)草皮1：

此韌皮材料，經(jīng)纖維離析觀察，均具有長(zhǎng)短差異很大的兩類(lèi)纖維：一類(lèi)是長(zhǎng)度在20mm左右的長(zhǎng)纖維；另一類(lèi)是長(zhǎng)度在2mm左右的短纖維。一般長(zhǎng)纖維徑壁具緣紋孔較少，而短纖維徑壁具緣紋孔較多。在離析材料中偶爾可見(jiàn)篩管，其壁篩域明顯。

毛狀物是具有多種不同形式、結(jié)構(gòu)和功能的表皮附屬物。表皮毛是植物物種的一項(xiàng)特征，在植物分類(lèi)學(xué)上有重要意義。經(jīng)觀察此韌皮材料均具有鐘乳體的鉤狀毛。

根據(jù)以上特征草皮1為大麻科大麻屬的大麻 。纖維及表皮毛見(jiàn)圖24。

圖24　草皮1構(gòu)造特征圖片

(5)結(jié)論

通過(guò)對(duì)骨架結(jié)構(gòu)材料的分析，發(fā)現(xiàn)承重骨架為楊柳科柳屬某種，初步推斷其為新疆較為常見(jiàn)且強(qiáng)度韌性俱佳的紅柳，在對(duì)骨架捆扎材料的分析中，發(fā)現(xiàn)其主要為蘆葦、小麥秸稈及大麻等。

(五) 微生物培養(yǎng)鑒定

由西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院對(duì)泥塑的微生物進(jìn)行鑒定檢測(cè)。對(duì)送檢的土樣微生物的種類(lèi)做了分離、培養(yǎng)、鑒定，樣品信息微生物檢測(cè)報(bào)告如下。

表8　送檢樣品信息表

1.檢測(cè)方法

細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)，放線菌培養(yǎng)采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基，霉菌培養(yǎng)采用查氏培養(yǎng)基。

結(jié)合培養(yǎng)所得微生物菌落形態(tài)、顯微觀察和生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鑒定分類(lèi)受檢樣品可培養(yǎng)微生物的種屬。

2.檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)嚴(yán)格的無(wú)菌分離、培養(yǎng)和鑒定，從送檢樣品中共分離出10種可培養(yǎng)微生物，其中細(xì)菌3種，真菌7種(霉菌5種，酵母菌2種)，未分離到放線菌。分離菌種的詳細(xì)信息見(jiàn)表9。

表9　菌種分離鑒定結(jié)果

注：+表示“極少量”，++表示“少量”。

3.結(jié)論

從送檢塑像樣品中共分離出10種可培養(yǎng)微生物，其中真菌7種(霉菌5種，酵母菌2種)，細(xì)菌3種，未分離到放線菌。霉菌隸屬曲霉屬和青霉屬，分別為黑曲霉、黃曲霉、灰綠曲霉、圓弧青霉、黑青霉，酵母類(lèi)菌種分別為紅酵母和酵母科1種(白色脂狀酵母，待定)，細(xì)菌類(lèi)分別為黃桿菌、節(jié)桿菌和好氧革蘭氏陽(yáng)性桿菌。39號(hào)樣品中分離出黃曲霉、灰綠曲霉、圓弧青霉、紅酵母、白色脂狀酵母和三種細(xì)菌，41號(hào)樣品中分離出黑曲霉、黑青霉和三種細(xì)菌，白色脂狀酵母和三種細(xì)菌在樣品中共存。

從微生物數(shù)量來(lái)看，此樣品中霉菌的分布數(shù)量極少，白色脂狀酵母和三種細(xì)菌少量分布，分析認(rèn)為微生物(特別是霉菌)對(duì)泥塑文物的保存影響較小，這與樣品所處環(huán)境較為干燥、濕度較低直接相關(guān)。

結(jié)語(yǔ)

此次提供的檢測(cè)樣品數(shù)量和種類(lèi)較多，特別是彩繪顏料方面頗具代表性，其檢測(cè)結(jié)果幾乎囊括了館藏所有彩繪泥塑文物的顏料成分。從以上全部檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，可做出以下結(jié)論：

1.吐魯番阿斯塔那出土彩繪泥塑所使用的顏料多為無(wú)機(jī)礦物顏料，只有少數(shù)為有機(jī)顏料。

2.用于大型和較大型泥塑文物中間的摻和料和捆扎材料主要為小麥秸稈和蘆葦，而用于泥塑表層中的細(xì)纖維摻和料則是經(jīng)過(guò)細(xì)加工的麻類(lèi)植物。

3.在對(duì)彩繪泥塑胎體土樣的X熒光光譜分析結(jié)果中，可以看出阿斯塔那本地土樣與泥塑胎體土樣中的礦物種類(lèi)及含量均較為接近，說(shuō)明阿斯塔那制作彩塑的泥胎土料取自吐魯番本地。

4.通過(guò)對(duì)泥塑骨架結(jié)構(gòu)材料的分析，發(fā)現(xiàn)承重骨架為楊柳科柳屬某種，初步推斷其為新疆較為常見(jiàn)且強(qiáng)度韌性俱佳的紅柳。

通過(guò)以上檢測(cè)結(jié)果及分析結(jié)論，初步探明了吐魯番阿斯塔那出土彩繪泥塑文物的制作方法和使用的材料，特別是對(duì)于制作材料性質(zhì)的掌握，對(duì)于今后更進(jìn)一步做好泥塑文物的保護(hù)工作起到了積極的推進(jìn)作用。

(作者單位：新疆維吾爾自治區(qū)博物館)

A Preliminary Study on Detection and Analysis of the Colorful Clay Sculpture Relics from Turpan Astana Tombs

Yao Min

Abstract：This paper will take the colorful clay unearthed from Turpan Astana tombs as the research object, and make qualitative analysis by means of X-rays diffraction analysis, POM, Raman spectrum, identification of structural materials and microbiological culture etc. To study its dyestuff-color, fiber, oil and materials, which could reflect these clay's materials type and its composition. This work will be better guiding and referring for the work of clay sculpture relics conserving.

Key words：Clay Sculpture Relics； X-rays Diffraction Analysis；Raman Spectrum Analysis