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严静 赵西晨 黄晓娟 王啸啸 刘呆运 陕西省考古研究院 摘要:为了对考古现场墓葬壁画的后续研究、保护提供数据支撑,本研究对壁画进行全面科学记录和快速无损分析检测。联合多种科学手段,利用各种便携记录、分析检测设备,先后两次(2014年、2015年)在考古现场对韩休墓壁画进行了全面的影像信息提取、颜色记录、材质无损快速分析、病害记录和分析。调查结果表明,壁画存在改绘、早绘情况,局部地方有紫外荧光,如黄色、蓝色颜料部分。制作工艺为唐墓壁画标准制作方法,绘画所用材料主要为矿物颜料绘画时存在植物色和矿物色混色、颜料叠加使用情况。墓室壁画整体保存较好,但局部出现了空鼓、霉变等病害,需及时处理。该项工作是国内首例在考古现场对墓葬壁画开展的全面科学记录,为壁画后续研究、保护提供数据支撑,为同类工作的开展提供了参考实例和探索方向。 关键词:墓葬壁画;考古现场;信息记录;无损检测 作者简介: 严静(1984—),女,2010年毕业于西北大学,研究方向为墓葬壁画保护与研究,考古现场文物遗址信息提取。 基金: 国家社科基金资助(16BKG013) 0 引 言 韩休为唐玄宗时期的宰相,其墓葬被盗严重,但甬道、墓室保存有精美的壁画,且壁画保存状况较好、内容丰富[1]。墓室北壁山水图,弥补了中国山水画发展史的缺环,在中国美术史上也具有重要的意义[2,3]。墓室东壁乐舞图,首次出现了双乐队、双人和舞形式。其中胡汉乐器并用,胡汉男女共舞,为研究唐代中国与中亚、西亚等丝绸之路沿线国家音乐、舞蹈的文化交流提供了实物资料[4,5]。 关于墓葬壁画的研究主要集中于壁画材质工艺研究和保护修复研究上[6,7,8,9,10,11],现场调查的工作报道极为少见。考古现场和石窟寺壁画已经开展了部分的科学调查工作,包括考古现场的预探测、影像资料和环境信息的收集等,采用的手段有三维扫描技术、高清数字摄影、智能机器人、雷达探测技术、X探伤技术、光纤内窥镜、遥感考古、GIS系统等[12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。 本工作在参考上述工作的基础上,结合墓葬壁画本身特征,在与考古学家充分的交流沟通下,对壁画所有画面进行了合理布点,并联合多种科学手段,包括可见光、紫外红、红外光等多种光源和各种便携记录、分析检测设备,先后两次(2014年、2015年)对韩休墓葬壁画进行全面的影像信息提取、颜色科学记录、材质无损快速分析、病害记录和分类、样品的科学提取,以实现对考古现场墓葬壁画全面科学记录和快速无损分析检测,为壁画后续研究、保护提供依据。 1 仪器条件 1.2 仪器条件和分析方法 1) 红外照相机。红外相机机身为Nikon D3200;镜头为AF-S NIKKOR 35 mm 1∶1.8 G。 2) 照相机。机身Nikon D7100;镜头1:AF-S NIKKOR 18～105 mm 1∶3.5～5.6 G ED;镜头2:定焦镜头,TAMRON 90 mm F/2.8 MACRO 1∶1。 3) 数码显微镜。VHX-600(日本,基恩士),放大20～200倍,5 400万像素。 4) 便携式X射线荧光光谱仪(XRF)。Tracer Ⅲ(德国,布鲁克),硅探头,铑靶,电压40 kV,电流18 μA,测试时间为30 s。 5) 非接触式色度仪。VS450型(美国,爱色丽),45/0°双照明几何条件,光源为全光谱LED,光谱范围400～700 nm,反射率测量范围0～150%,测量光点直径6 mm,测量距离38 mm。 6) 红外热成像仪。TH7700(日本,NEC),由于墓室内温差较小,因此采用钨丝灯对壁画预加热,通过壁画升温和降温过程的红外热像变化,监测壁画的空鼓、毛细水侵蚀病害。 2 结果与讨论 2.1 光学调查与布点 2.1.1 正常光照相与布点采用白炽灯光源,对墓室内所有壁画进行裸眼仔细观察与照相。在与考古学家充分沟通后,选定了壁画重点调查位置,并按照顺序进行了布点。具体方法为:先对选择的点指定照相,然后在电脑上用Photoshop软件对整体照片和选点照片进行放大比对后,划定测试区域,部分布点见图1a和1b。 采用微距镜头对壁画细部进行了拍摄(图1c和1d),可以观察到壁画在绘制时运用了混色、叠色手法,山水图蓝色山顶处局部点缀有黄色,黄色花树叶子上加入了橘色,树下老人图绿色叶子上叠加有黑色。 图1 壁画布点照和微距照 Fig.1 Photos of distribution points and close-up 2.1.2 显微照相利用体式显微镜,对部分选点进行了显微照相,以提取更为细致的信息,显微照相结果见图2。19#为树下老人图树木顶部叶子处绿色,该处颜色鲜艳,可见较为明显的矿物颗粒。33#为山水画蓝色部分,未观察到矿物颗粒,且蓝色较淡,局部蓝色已经侵入到了白灰层中,不似常见的矿物颜料(蓝铜矿、青金石)。42#乐舞图侍女头部黑色,显微观察可见排列整齐、间隔一致的竖条纹,应为侍女头发的纹理。43#肉眼观察为淡黄色,显微观察表明其颜料层极薄,颗粒度极细,局部还夹杂有白色颜料,部分地方白色底层隐约可见。45#乐舞图毯子处显微照显示颜料颗粒度极细,颜色很鲜亮,但表面盐分较多,这与该处较低,地下水活跃度高有关。图2f是51#乐舞图第二次调查的显微照相,部分地方出现了霉变,显微观察可见明显的菌丝。 图2 显微观察照 Fig.2 Micrographs 2.1.3 红外光照相相比可见光,近红外区域可以更容易地穿透某些颜料,且木炭、石墨对近红外光吸收较为强烈,红外照片上其纹理清晰可见、容易辨识。利用近红外相机对壁画进行了摄影,以期发现裸眼较难发现的线条,部分红外照相结果见图3。乐舞图的红外照相可以清楚的看出,壁画出现了改绘情况(图3a),将一小孩改成了一手执竹竿的乐人,而且小孩处涂抹大面积黄色,以前古人写错字常用雌黄进行涂改,此处涂抹黄色也有此意。此外,在乐舞图胡人部分,毯子的左上角和右下角处的人物和毯子呈现出叠压关系,线条并未相互遮挡(图3b和3c),学者认为他们应该为早绘人物[23]。 图3 壁画红外照相 Fig.3 Infrared photos 2.1.4 紫外照相采用波长为254 nm的紫外荧光灯照射壁画表面,用以发现有荧光反应的部位,并采用长时间曝光(紫外光照射)对壁画发荧光部位进行照相。部分紫外光照片见图4。由图可知:1)壁画表面裸眼观察到的黄色颜料在紫外光下变为橘红色。2)裸眼见到的同一颜色,在紫外光下呈现出不同颜色。如:乐舞图(图4a)中奏乐胡人的唇部可见红色和橘色两种颜色;树下老人图(图4b)人物服饰部位也出现了红、橘两种颜色。3)壁画表面,尤其是上部和下部分布有长条状亮白色荧光,这是壁画表面霉菌菌丝。4)山水图蓝色颜料有微弱的荧光(图4c),结合显微观察未见到颜料颗粒,推测该蓝色很有可能为有机染料。5)部分白灰层荧光反应明显,尤其是颜色较薄的山水图部分,以及部分比较坚实的部位。6)紫外光下可见部分绘画细节,图4c显示了画家绘制山水图的线条走向和晕染方式。 图4 壁画紫外照片 Fig.4 UV photos 2.2 色度记录 利用非接触式色度仪在考古场第一时间对画面布点位置颜色进行了记录,并于一年后在现场再次对壁画上述点进行了色度记录(部分点由于现场工作开展,未能测试)。具体方法是,将第一次调查时布点图片在电脑上放大,在考古现场依据图片进行仔细辨认,以确定具体测试位置。色度记录数值见表1,利用国际照明委员会的规定,采用L*、a*、b*值分别标示颜色的亮度、红绿值、黄蓝值。对比前后一年壁画颜色的变化可以看出,后一次的测试中,壁画亮度(L*值)普遍较上一次亮,究其原因,是因为第一次测试时,壁画刚出土,表面污染物还未完全去除,而第二次测量时,壁画已经过了细致的现场清理保护。此外,大部分点第二次测试时,颜色都较第一次淡,这可能是壁画经过一年的现场保存,墓室湿度较刚发掘时有所降低造成的。通过色度值也可发现壁画山水图所用蓝色较淡(b*值越小越蓝),这与所用颜料和绘画内容有关。 表1 色度记录结果 导出到EXCEL Table 1 Results of chromaticity recording 名称 L* a* b* 名称 L* a* b* 名称 L* a* b* 1#红 46.5 18.9 24.2 1#红* 55.3 18.6 27.9 2#绿 49.4 -3.7 20.3 4#桔 54.9 12.0 28.8 4#桔* 47.3 9.6 23.4 3#黑 36.2 2.7 10.3 5#黄 72.5 4.7 22.8 5#黄* 72.7 5.1 24.0 9#绿 43.5 1.0 16.2 6#蓝 46.9 2.9 12.5 6#蓝* 69.5 2.3 15.6 10#红 35.6 21.2 18.5 (续表1) 导出到EXCEL 名称 L* a* b* 名称 L* a* b* 名称 L* a* b* 8#绿 50.4 -4.0 20.1 8#绿* 57.7 -3.6 18.0 12BL 34.2 3.8 9.3 33#蓝 58.2 2.6 14.9 33#蓝* 64.9 4.4 16.3 13#黄 57.1 13.2 34.2 34#桔 57.1 16.2 31.0 34#桔* 60.8 13.1 30.3 14#白 74.9 3.6 13.4 35#黑 29.9 2.1 5.4 35#黑* 46.4 3.1 12.7 16#红 32.2 21.7 16.5 36#黄 70.9 6.3 29.2 36#黄* 67.0 5.9 25.5 18#黄 60.4 11.3 33.7 37#绿 45.5 -5.2 17.3 37#绿* 52.7 -4.5 19.2 19#绿 48.6 -6.4 18.8 38#红 29.9 18.2 14.9 38#红* 34.8 17.9 15.0 20#黑 31.8 2.8 7.4 39#橘 54.5 11.5 30.8 39#桔* 59.3 11.4 34.5 23#绿 55.0 -2.7 22.9 42#黑 19.4 0.0 0.5 42#黑* 32.8 1.7 5.7 24#黑 36.3 1.2 4.5 43#黄 67.8 8.3 32.4 43#黄* 67.6 7.0 28.6 25#红 34.4 22.7 17.2 44#桔 61.7 15.7 39.3 44#桔* 64.5 13.9 35.9 26#橘 59.1 17.5 38.4 45#桔 56.5 20.4 36.5 45#桔* 60.3 12.7 32.5 27#肉 73.0 8.1 23.1 46#白 75.4 3.9 14.7 46#白* 56.8 3.4 13.3 28#蓝 56.7 -3.1 6.2 47#红 30.5 16.0 13.5 47#红* 32.5 10.7 10.6 28#黑 36.0 2.5 11.3 48#绿 47.7 -0.9 15.4 48#绿* 50.6 0.9 14.8 30#蓝 67.7 1.4 12.7 49#黄 66.3 8.6 35.2 49#黄* 64.6 8.3 30.9 31#黄 61.9 9.5 33.3 40#灰 51.0 3.9 13.7 41#白 75.3 4.4 16.6 32#白 74.3 3.9 15.0 50#肉 69.8 9.4 27.0 加1蓝* 57.7 1.7 12.4 加2蓝* 48.3 0.8 8.9 注:*标注的点为2015年第二次测试点。 2.3 材质工艺调查 为了壁画后续的科学保护与揭取工作顺利开展,及时了解壁画的材质工艺是十分必要的。现场采取便携式XRF、漫反射光谱仪、显微镜等设备对壁画颜料元素组成、光谱特征、制作方法进行了无损的快速分析和观察。 2.3.1 便携式XRF分析 利用便携式XRF对壁画上各颜色进行了元素分析,结果见表2。由表2可知,各颜料中基本都含有Si、K、Ca元素,Si、K元素为颜料表面泥土污染物所致,Ca元素为下层白灰层的元素。大部分点都分析到了Cl元素,这与地仗土中的可溶盐(NaCl)活动有关。其中值得注意的是:黄色颜料除了主要含有Pb元素,部分颜料中也检测到较多的V元素;橘色颜料有两种情况,画面大部分橘黄色颜料中并未发现Pb元素,主要元素为Ca、Fe元素,而在乐舞图毯子部位非常鲜艳的橘色(45#)颜料中发现含有极高的Pb元素,这表明这两种橘色不是同一种物质;蓝色颜料未发现显色元素。这些都为后续实验室内分析研究提供了研究方向和重点。后续实验室分析结果[24]与考古现场XRF分析到的各种颜色主量元素结果相一致。 表2 XRF分析结果 导出到EXCEL Table 2 Results of XRF analysis 颜色 XRF结果 主量元素 实验室分析结果 19#绿色 Si S Cl Ca V Fe Cu Pb Ca Cu Pb 孔雀石 33#蓝色 Si S Cl Ca V Fe Pb Ca 靛蓝 38#红色 Si Cl Ca Fe Ca Fe 赤铁矿 43#黄色 Si S Cl Ca V Fe Pb Ca V Pb 钒铅矿 44#橘色 Si S Cl Ca Fe Ca Fe 赤铁矿 45#橘色 Si S Cl Ca Fe Pb Pb 铅丹 2.3.2 漫反射光谱分析利用色度计不但记录了颜料的色度值,同时也记录了该点在可见光范围(400～700 nm)内的反射光谱曲线,并将红色、橘色和黄色颜料光谱曲线转换成一阶导数(表示为D′)曲线图,所有曲线图结果见图5。通过文献比对[25,26],表3为各色颜料的特征峰位置和分析结果,其与实验室内分析结果相一致,表明该方法可以在考古现场第一时间对壁画颜料进行初步无损定性分析。同时该方法快速、简便,相比于有损的采样分析只能分析出壁画一两处位置的颜色,该方法可在考古现场测试壁画不同部位多个点的颜料光谱信息,能更全面地记录壁画颜料特征。 图5 各种颜色的漫反射光谱图 Fig.5 Diffuse reflection spectra of different colors 表3 漫反射光谱分析结果 导出到EXCEL Table 3 Analysis results of diffuse reflection spectra 颜色 特征峰位置/nm 分析结果 红色(一阶导) 595～600 赤铁矿 橘色(34#、45#)一阶导 580 铅丹 橘色(其它)一阶导 560 未定 黄色一阶导 550 未定 绿色 560 孔雀石 蓝色 680 靛蓝 2.3.3 工艺调查考古现场有两幅壁画遭到人为破坏,通过对该处的仔细观察(图6),可见明显的草拌泥层,且制作工艺精良,地仗中加入麦草长度较一致,且均匀,其长度范围在1.3～2.5 cm之间,大部分长度在2 cm左右。在现场用手术刀在此处取实验样品时,发现草泥层泥土特别细腻且强度极高,表明该泥土经过处理,这为后续壁画揭取提供了参考。现场对不同部位壁画地仗层进行了初步测量,其厚度在0.8 cm左右。在显微照相中可发现壁画白灰层非常细致、紧密,部分石灰层已经转化成致密、透明的碳酸钙,部分颜料也已经渗入表层白灰中。 2.4 病害调查利用红外热成像仪对墓室内壁画的空鼓和地下水情况进行了测试。部分红外热成像结果见图7a。红外热像的分析结果表明:在墓室与甬道口连接处的壁画有局部空鼓,表现形式为表面温度较高,热像图可明显看出接近地面毛细水普遍存在,红外热像图显示蓝色,高度在20 cm左右,壁画上部未见毛细水迹象。在以上调查和分析工作的基础上,对韩休墓壁画的病害进行了调查和总结。韩休墓壁画除人为破坏处外,其保存状况较好,但也出现了墓葬壁画常见的病害,尤其是壁画原址放置一年后,发霉情况变严重,图7b为两次现场调查同一位置壁画霉变对比。壁画具体病害和霉菌分析见相关文献[27,28]。在以上工作基础上,按照行业标准对壁画绘制了病害图,及时留存档案,同时为后续保护与揭取方案的制定提供参考。 图6 壁画草拌泥层 Fig.6 Photos of the mural coarse straw layer 图7 壁画病害照 Fig.7 Photos of the mural diseases 3 结 论 1) 本工作联合多种照相手段,在多种光源下,第一时间对韩休墓壁画进行了全面的信息提取,获得了大量的影像信息。同时第一时间记录了壁画上多达52处包括所有颜色的色度数值。这些信息为壁画后续的研究保护提供了基础支撑。 2) 利用无损快速分析设备在考古现场第一时间对壁画材质工艺进行了科学调查。初步认为墓室内壁画草拌泥,质地坚硬,厚度适中,所用颜料以矿物颜料为主,现场分析出的颜料结果与后续室内分析结果相一致,表明这些快速无损检测手段适合考古现场壁画颜料调查。并在设备调查与实地考查相结合的基础上,全面了解了壁画的病害类型与病害成因,这些均为后续保护修复与研究提供了参考。 3) 本项工作与考古工作配合紧密,在考古发掘现场及时进行了科学调查和研究,实现了对考古现场墓葬壁画全面科学记录和快速无损检测,为后续现场保护提供了依据,为室内研究提供了方向。该工作是国内首次对墓葬壁画开展全面科学的考古现场调查,为同类工作的开展提供了技术参考,并希望以后能通过对多座墓葬壁画进行现场科学调查,最终形成了一套完善的墓葬壁画现场科学调查体系,为考古学和文物保护提供全面的技术支撑。 参考文献 [1] 陕西省考古研究院,陕西历史博物馆,西安市长安区旅游民族宗教局.西安郭庄唐代韩休墓发掘简报[J].文物,2019(1):4-43.Shaan Academy of Archaeology,Shaanxi History Museum,Bureau of Tourism,Ethnic and Religious Affairs,Chang’an Distric,Xi’an City.The 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