吐魯番阿斯塔那墓地出土彩塑材質(zhì)研究

摘要：彩塑的材質(zhì)及工藝研究可以獲知其制作方式、工藝特色及歷史沿革等，同時(shí)也能為后續(xù)的修復(fù)材料及修復(fù)工藝的篩選提供參考。為了確定阿斯塔那出土彩塑的制作工藝及材質(zhì)，使用多種分析手段對(duì)文物的形貌、結(jié)構(gòu)及顏料進(jìn)行科學(xué)分析。

關(guān)鍵詞：阿斯塔那;彩塑;顏料

吐魯番阿斯塔那墓葬群，距吐魯番市約40km，1988年被國(guó)務(wù)院公布為第三批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。它東西長(zhǎng)約5km，南北寬約2km，是古代高昌王國(guó)官民的公共墓地，出土了大量紡織品、文書、彩塑等珍貴文物，素有“地下博物館”的美稱?？脊殴ぷ髡呦群髮?duì)阿斯塔那進(jìn)行了13次較大規(guī)模的搶救性發(fā)掘，清理墓葬五百余座，出土了一大批晉至唐代珍貴文物。彩塑的材質(zhì)及工藝研究可以獲知其制作方式、工藝特色及歷史沿革等，同時(shí)也能為后續(xù)的修復(fù)材料及修復(fù)工藝的篩選提供參考。為了確定阿斯塔那出土彩塑的制作工藝及材質(zhì)，使用多種分析手段對(duì)文物的形貌、結(jié)構(gòu)及顏料進(jìn)行科學(xué)分析。

一、彩塑結(jié)構(gòu)及工藝分析

（一）儀器及實(shí)驗(yàn)條件

1.Stemi2000-C型體視顯微鏡（德國(guó)蔡司公司）用于彩塑樣品形貌觀察。放大倍數(shù)1.95～200，冷光源8V、20W，最大工作距離286mm。

2.KH-7700型超景深三維視頻顯微系統(tǒng)（日本浩視公司），放大倍數(shù)0～7000倍，201萬(wàn)動(dòng)態(tài)像素。

3.VEGA3XM鎢絲燈掃描電子顯微鏡（捷克泰思肯公司），二次電子分辨率在30Kv為3.0nm，在3kV下為8.0nm，背散射電子分辨率在30kV為3.5nm，放大范圍為1.5～1000000，使用200V～30kV電壓加速，探針電流為1pA～2μA。將樣品邊緣處的一小塊顏料層取下來(lái)，面積約為0.2mm，放于樣品的載物臺(tái)上，用導(dǎo)電膠帶固定住，置于掃描電子顯微鏡中在電壓為5.0kV條件下進(jìn)行觀察。

（二）結(jié)果與討論

1.體視顯微鏡觀察結(jié)果

使用Stemi2000-C型體視顯微鏡（德國(guó)蔡司公司）對(duì)新疆維吾爾自治區(qū)博物館館藏阿斯塔那墓葬群出土的彩塑樣品進(jìn)行了顯微觀察。顯微鏡觀察五彩樣品（圖 1左）發(fā)現(xiàn)，該彩塑樣品色彩種類豐富，有橙、黃、綠、黑、白等顏色，彩繪表面不甚平整有明顯顆粒感，綠色和黃色顏料層有片狀脫落，局部顏料層脫落嚴(yán)重，露出顏料層下的泥質(zhì)。顏料層有明顯的重疊現(xiàn)象，說(shuō)明繪彩時(shí)使用了疊染的繪畫手法。觀察三彩樣品（圖 1右）可知，綠色、黃色、白色依次層疊，顏料層表面凸凹不平，彩繪表面分布著許多礦物顆粒，且有幾處泥漬覆蓋。彩繪保存較差，顏料呈點(diǎn)狀或片狀脫落，樣品有一條裂縫。

2.超景深三維視頻顯微系統(tǒng)觀察

使用超景深三維視頻顯微系統(tǒng)觀察黑色樣品（圖 2）。在50倍下觀察到樣品破碎為數(shù)塊，顏料層有明顯的脫落，漏出部分白色底色層，泥胎中有大量的纖維，纖維粗細(xì)不均，雜亂無(wú)序。

超景深三維視頻顯微系統(tǒng)觀察樣品背面，在50倍率下（圖 3）可觀察到在顏料層之下的細(xì)泥層中有一層網(wǎng)格狀織物，該織物保存較好，織物的編制結(jié)構(gòu)為菱形，起到加固胎體并防止細(xì)泥層開裂脫落的作用。在150倍率下（圖 4）可觀察到該織物由十余根細(xì)纖維捻和而成，纖維整體為白色，呈扁圓形且有輕度的扭曲，推斷為捻制過程中造成的。該類泥塑細(xì)泥層中添加結(jié)構(gòu)完整織物的工藝并無(wú)相關(guān)的報(bào)道，為首次發(fā)現(xiàn)。根據(jù)對(duì)阿斯塔那出土彩塑調(diào)查可知該工藝只應(yīng)用于少數(shù)大型彩塑，推斷為彩塑制作者為增加強(qiáng)度、防止開裂脫落而就地取材所使用的工藝。

3. 掃描電子顯微鏡觀察

在200倍視野下觀察三色彩塑樣品（圖 5）可見：樣品表層較為平整，表面有少數(shù)坑洞，顏料層大面積脫落，邊緣處有起甲現(xiàn)象，底泥層有多處裂痕，且裂痕較長(zhǎng)。在500倍視野下（圖 6）可觀察到顏料層表面并不平整，有大小不一的孔洞和裂縫，胎體樣品中有大量纖維，這些纖維較細(xì)，均勻而雜亂混雜在泥胎中，增強(qiáng)了胎體的強(qiáng)度。

選取有代表性的紅色彩塑樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，以確定彩塑的制作工藝。由體視顯微鏡觀察（圖 7）可見，彩塑由胎體、白粉層和顏料層構(gòu)成，其中白粉層厚度約為0.1mm，顏料層厚度約為0.06mm;胎體主要材質(zhì)為黏土、顆粒礦物、植物纖維等。

二、彩繪顏料分析

為了探明阿斯塔那出土彩塑的顏料成分，使用手持式X熒光光譜分析儀和便攜式可見-近紅外光纖光譜儀對(duì)文物樣品進(jìn)行無(wú)損原位分析，并使用X射線熒光光譜儀、X射線衍射儀及偏光顯微鏡對(duì)所取顏料樣品進(jìn)行分析研究。

（一）實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)樣品

1）無(wú)損分析：新疆維吾爾自治區(qū)博物館考古泥塑文物庫(kù)房中待修復(fù)的兩件顏色較為豐富的仕女俑（圖 8）。

2）取樣分析：實(shí)驗(yàn)樣品出土于吐魯番阿斯塔那墓葬，為6塊無(wú)法拼對(duì)修復(fù)的、帶有典型顏色的彩塑殘塊（圖 9），顏色和樣品編號(hào)分別為藍(lán)色（1#）、綠色（2#）、白色（3#）、黃色（4#）、赭色（5#）、橙色（6#）。

2.儀器及實(shí)驗(yàn)條件

1）XL3t手持式X熒光光譜分析儀（美國(guó)尼通公司）用于顏料元素組成分析。使用X射線激發(fā)Ag靶，分辨率小于190eV，激發(fā)能量50kv/40μA，檢測(cè)時(shí)間30s，采用礦土模式。

2）LabSpec 5000型光譜儀（荷蘭帕納科公司），光源為帶石英外殼鹵鎢燈，檢測(cè)器為硅檢測(cè)器用于350～1000nm區(qū)域，InGaAs檢測(cè)器（熱電制冷）用于1000～2500nm區(qū)域，光譜范圍350～2500 nm，分辨率3nm（350～1000nm區(qū)域），10nm（1000～2500nm區(qū)域）。

3）ARTAX-X射線熒光光譜儀（德國(guó)布魯克公司），分析元素范圍11Na～92U，空間分辨率0.2～1.5mm。分辨率優(yōu)于159eV。

4）SmartLAB X射線衍射儀（日本理學(xué)株式會(huì)社）用于顏料礦物結(jié)構(gòu)分析。Cu靶，狹縫DS=SS=1°，RS=0.15mm，電壓40kV，電流40mA。測(cè)量時(shí)樣品水平放置不動(dòng)，避免樣品掉落，防止樣品轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的應(yīng)力變化。

5）Leica DMLSP偏光顯微鏡（德國(guó)萊卡公司）用于顏料物相分析。挑取粉末樣品顆粒于載玻片上，用酒精稀釋研磨，用圓形蓋玻片蓋片，加熱滴膠固化后進(jìn)行觀察。

（二）結(jié)果與討論

1.便攜式可見-近紅外反射光譜分析結(jié)果

采用荷蘭帕納科公司LabSpec 5000型便攜式光譜儀對(duì)兩件仕女俑進(jìn)行紅外反射光譜無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)了藍(lán)色、綠色、白色、黃色、赭色、橙色等顏料點(diǎn)位。檢測(cè)結(jié)果表明，藍(lán)色（青色）顏料為石青（Cu3（CO3）2（OH）2）;綠色顏料為氯銅礦（Cu2Cl（OH）3）;白色顏料含有石膏（CaSO4）和方解石（CaCO3）;黃色顏料為雌黃（As2S3）;赭色顏料主要是赤鐵礦（α-Fe2O3）和鉛丹（Pb4O3）;橙色顏料為鉛丹（Pb4O3）。

2.X射線熒光光譜分析結(jié)果

樣品X射線熒光光譜分析（XRF）結(jié)果（表1）表明，藍(lán)色顏料主要元素為Cu（圖 11a）， 我國(guó)古代含Cu的藍(lán)色顏料主要為藍(lán)銅礦（CuCO3·Cu（OH）2），通過后續(xù)的X衍射及偏光顯微分析可確定藍(lán)色為藍(lán)銅礦。綠色顏料主要元素為Cu及少量的Ca和Fe（圖 11b），常見特征元素為Cu的綠色顏料為氯銅礦（Cu2（OH）3Cl）和石綠（CuC03·Cu（OH）2），基于X熒光分析結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確鑒定，結(jié)合X衍射和偏光顯微分析可知綠色顏料為氯銅礦，分析結(jié)果中含有少量Ca和Fe元素應(yīng)為綠色顏料部分脫落裸露出的白粉層所致。白色顏料主要元素為Ca及少量Fe（圖 11c），含Ca的白色礦物顏料有石膏（CaSO4）、方解石（CaCO3）、骨白（Ca3（PO4）2），具體為哪一種礦物還需進(jìn)一步分析。黃色顏料主要元素為As（圖 11d），基于此結(jié)果還無(wú)法斷定為雌黃（As2S3）或雄黃（As4S4）。赭色顏料主要元素為Fe及少量的Ca（圖 11e），推測(cè)赭色顏料可能為赭石（Fe2O3）。橙色顏料主要元素為Pb及少量的Ca（圖 11f），推測(cè)橙色顏料可能為鉛丹（Pb4O3）[28]。利用便攜式XRF分析（圖 11g）可知，紅色顏料樣品主要元素為Hg，推斷紅色顏料為朱砂（HgS）[29]。

3.X射線衍射分析結(jié)果

部分顏料樣品的X射線衍射微區(qū)分析結(jié)果如圖 12所示。由圖 12a可知，1#藍(lán)色顏料的2θ在25.41、34.55、40.73°有強(qiáng)衍射峰，與藍(lán)銅礦三強(qiáng)峰吻合，因此藍(lán)色顏料是石青。2#綠色顏料的2θ在16.15、25.43、32.22、40.84 °有強(qiáng)衍射峰（圖 12b），其中16.08、32.22、40.84°的特征峰與氯銅礦匹配，推斷綠色顏料為氯銅礦;25.43°為石膏最強(qiáng)峰，這是由于彩塑顏料層嚴(yán)重脫落，X射線照射至白粉層石膏所致。3#白色顏料的2θ在25.43、38.67、41.31°有強(qiáng)衍射峰（圖 12c），與石膏三強(qiáng)峰完全吻合，因此白色顏料是石膏。4#黃色顏料的2θ在18.28、25.12、31.05°有強(qiáng)衍射峰（圖 12d），與雌黃三強(qiáng)峰完全吻合，因此黃色顏料是雌黃。5#赭色顏料的2θ在26.23°、47.29°、51.95°有強(qiáng)衍射峰（圖 12e），與鐵紅匹配，赭色顏料為鐵紅。

4.偏光顯微分析結(jié)果

利用偏光顯微鏡對(duì)5個(gè)顏料樣品進(jìn)行分析，結(jié)果見圖 13，詳細(xì)描述見表 2。

三、討論

（一）形貌及結(jié)構(gòu)

使用體視顯微鏡對(duì)阿斯塔那墓葬出土的彩塑進(jìn)行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)彩繪表面不甚平整有明顯顆粒感，部分區(qū)域有明顯的泥漬污染，表面存在裂縫。顏料層呈片狀脫落，局部顏料層脫落嚴(yán)重，露出顏料層下的泥質(zhì)。顏料層有明顯的重疊現(xiàn)象，說(shuō)明繪彩時(shí)使用了疊染的繪畫技法。使用超景深三維視頻顯微系統(tǒng)觀察殘碎樣品，可知顏料層有大面積的脫落，漏出大面積白色底色層，泥胎中有大量的纖維，纖維粗細(xì)不均，雜亂無(wú)序。

通過掃描電子顯微鏡，可觀察出到顏料層大面積脫落，表面并不平整，有大小不一的孔洞和裂縫，胎體樣品中有大量纖維，這些纖維較細(xì)，均勻而雜亂混雜在泥胎中，增強(qiáng)了胎體的強(qiáng)度。

采用體視顯微鏡觀察樹脂包埋樣品剖面結(jié)構(gòu)，確定阿斯塔那泥塑的制作工藝，其結(jié)構(gòu)依次為胎體、白粉層和顏料層，其中白粉層厚度約為0.1mm，顏料層厚度約為0.06mm;胎體主要材質(zhì)為黏土、顆粒礦物、植物纖維等，與同時(shí)期壁畫的制作工藝類似。

（二）顏料成分

綜合多種科技分析結(jié)果可知，阿斯塔那墓葬出土彩塑所用顏料為礦物顏料。其中藍(lán)色顏料是石青，綠色顏料為氯銅礦，白色顏料為石膏，黃色顏料為雌黃，赭色顏料為鐵紅，橙色顏料為鉛丹，紅色顏料為朱砂。

石青，又叫藍(lán)銅礦，化學(xué)式為CuCO3·Cu（OH）2，是一種堿性銅碳酸鹽礦物，產(chǎn)自銅礦床氧化帶中，常與孔雀石共生，是含銅硫化物發(fā)生氧化的產(chǎn)物。秦漢時(shí)期我國(guó)已經(jīng)將石青作為顏料使用，考古資料顯示，秦始皇兵馬俑中就發(fā)現(xiàn)以石青作為藍(lán)色顏料。魏晉南北朝之后，石青被廣泛的應(yīng)用于敦煌莫高窟、炳靈寺石窟[32]及麥積山石窟等石窟寺壁畫彩塑及墓葬彩陶[34]等彩繪類文物。吐魯番作為絲綢之路重鎮(zhèn)，文化及物資交流極為繁盛。雖然青金石也被作為藍(lán)色顏料使用，但是石青相比于青金石來(lái)說(shuō)成本較低，該墓葬彩塑以石青作為藍(lán)色顏料。

氯銅礦即堿式氯化銅，屬于鹵化物礦物，化學(xué)式為Cu2（OH）3Cl，呈寶石綠至墨綠色，具有金剛光澤，堿式氯化銅可為氯銅礦存在于自然礦藏中，常與孔雀石、藍(lán)銅礦等伴生。我國(guó)古代將堿式氯化銅和堿式氯化銅水合物稱為“銅綠”，唐初吐魯番文書及其后的敦煌莫高窟藏經(jīng)洞都有關(guān)于人工制造銅綠顏料的記載。新疆克孜爾石窟在公元3世紀(jì)已經(jīng)使用人造的氯銅礦作為彩塑顏料，并一直將氯銅礦作為唯一的綠色顏料。敦煌石窟自北涼至元代的千余年間大量使用了氯銅礦，此外武威天梯山、天水麥積山、山西云岡石窟、陜西彬縣大佛寺的綠色顏料經(jīng)分析都有氯銅礦。我國(guó)使用氯銅礦歷史悠久，上世紀(jì)在新疆塔里木盆地北緣的托克遜縣及西天山的尼勒克地區(qū)均有新發(fā)現(xiàn)的氯銅礦礦床[41]，結(jié)合上述文獻(xiàn)推斷達(dá)阿斯塔那銅礦顏料可能為新疆本地所產(chǎn)。

在我國(guó)古代彩塑及壁畫中，石膏、方解石、高嶺石、鉛白、骨白等常被用作白色顏料或與其他顏料調(diào)色使用，此外這些白色礦物也常被作為底色層或白灰層?？俗螤柺?、敦煌莫高窟、馬蹄寺石窟群和天梯山石窟]中都將石膏作白色顏料使用。綜上所述結(jié)合X熒光、X衍射和偏光結(jié)果斷定該彩塑的白色顏料為石膏。

雌黃，化學(xué)成分為三硫化二砷，是一種單斜晶系礦石，雌黃的顏色呈檸檬黃色，條痕為鮮黃色。雌黃對(duì)光較為穩(wěn)定，遇熱可以生成三氧化二砷，我國(guó)很早就以雌黃做為藥材?？脊刨Y料最早在甘肅玉門火燒溝遺址中發(fā)現(xiàn)了雌黃，后在四川新都戰(zhàn)國(guó)墓、甘肅敦煌莫高窟元代石窟及西藏布達(dá)拉宮壁畫中都發(fā)現(xiàn)以雌黃做為黃色顏料。阿斯塔那墓葬彩塑以雌黃做為顏料是新疆地區(qū)發(fā)現(xiàn)的較早以雌黃做為顏料的考古資料。

鐵紅，主要成分為氧化鐵，其性質(zhì)穩(wěn)定、取材方便、價(jià)格便宜，是我國(guó)古代非常重要的一種顏料。其使用歷史可以追溯至舊石器時(shí)代，山頂洞人出土的人骨周圍就散布有赤鐵礦粉末。王偉鋒等研究發(fā)現(xiàn)多個(gè)地區(qū)的墓葬壁畫中都有使用鐵紅作為顏料。戰(zhàn)國(guó)至西漢時(shí)期的廣西花山巖畫就主要以鐵紅作為紅色顏料。魏晉南北朝之后鐵紅的使用頻率逐漸增多，唐代韓休墓彩塑及天水麥積山石窟中使用的紅色顏料均為鐵紅。多種分析結(jié)果表明該彩塑以鐵紅為赭色顏料。

鉛丹，又名紅丹，化學(xué)成分為四氧化三鉛，是古代重要的中藥材，在特殊的環(huán)境下易轉(zhuǎn)化為黑色的二氧化鉛。鉛丹較早在秦漢時(shí)期即做為彩繪顏料，考古資料顯示秦始皇兵馬俑中以鉛丹與朱砂等其他顏料混合使用。后在陜西旬邑東漢壁畫墓及咸陽(yáng)東漢彩陶表面都發(fā)現(xiàn)鉛丹。新疆克孜爾石窟及庫(kù)木吐喇石窟、敦煌莫高窟等都有使用鉛丹做為紅色顏料的現(xiàn)象。唐代時(shí)期該地區(qū)及周邊已普遍使用鉛丹，阿斯塔那彩塑以鉛丹做為顏料是合理的。

朱砂，又名辰砂、丹砂，化學(xué)成分為硫化汞，是我國(guó)古代重要的中藥材及煉丹礦物，其色澤艷麗，性質(zhì)穩(wěn)定。早在二里頭文化二期就盛行朱砂奠基墓以求亡靈安寧。早青銅時(shí)期的甘肅玉門火燒溝遺址曾發(fā)現(xiàn)朱砂顏料。敦煌莫高窟唐代石窟也使用朱砂做為紅色顏料，馬蹄山、天梯山和炳靈寺石窟紅色顏料主要為朱砂。吐魯番阿斯塔那墓葬出土彩塑中的朱砂雖歷經(jīng)千年，色澤依然艷麗。

四、小結(jié)

綜合多種科技分析手段對(duì)阿斯塔那出土彩塑的制作材質(zhì)及工藝研究可知：

（一）阿斯塔那出土彩塑保存較差，顏料層有不同程度脫落，泥塑胎體摻雜有大量粗細(xì)不均的纖維從而增強(qiáng)了胎體的強(qiáng)度。阿斯塔那出土彩塑彩繪結(jié)構(gòu)依次為胎體、白粉層和顏料層，制作工藝與同時(shí)期壁畫的制作工藝類似。

（二）阿斯塔那墓葬出土彩塑所用顏料均為礦物顏料，藍(lán)色顏料是石青，綠色顏料為氯銅礦，白色顏料為石膏，黃色顏料為雌黃，赭色顏料為鐵紅，橙色顏料為鉛丹，紅色顏料為朱砂。礦物顏料較為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)及吐魯番地區(qū)干燥的氣候保證了這批彩塑歷盡千年歲月依舊色澤艷麗。

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作者單位：新疆維吾爾自治區(qū)博物館