吳金濤

（鄭州市文物考古研究院，河南 鄭州 450000）

0 引言

早在新石器時(shí)代古人就已經(jīng)掌握了陶器的制作工藝。陶器是將黏土和水按照一定比例進(jìn)行混合后制成具有良好塑性的陶泥，在人為的干預(yù)下將其制作成想要的形狀，一般為碗狀或罐狀，經(jīng)高溫?zé)坪筇漳鄡?nèi)部發(fā)生物理、化學(xué)變化并最終硬化，形成具有一定功能的生活器具。新石器時(shí)代的陶器主要用于日常生活之中，同時(shí)陶器的使用和發(fā)展極大地促進(jìn)了人類社會文明的發(fā)展和進(jìn)步。隨著制陶技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們開始在制陶過程中將天然礦物顏料加入其中，最終制成的陶器具有美麗的圖案，以達(dá)到美化裝飾的作用。從彩陶的制作工藝層面來說，有的彩陶是以陶泥本身顏色為底色來搭配其他顏色，最后進(jìn)行焙燒成型；有的彩陶則在陶坯制作后在陶泥外部按照工法要求加上一層薄薄的砂漿，根據(jù)最終圖案藝術(shù)效果砂漿的顏色有所不同，這層砂漿稱為“陶衣”，再進(jìn)行焙燒，使陶泥的底色與陶衣顏色相互融合，兩者之間的色彩對比將更為突出，最終呈現(xiàn)想要的藝術(shù)效果。相較于最為傳統(tǒng)的陶器而言，彩陶作為日常生活器具具有良好的實(shí)用性，除此之外彩陶還因其獨(dú)特的紋飾而極具藝術(shù)價(jià)值。

我國古代制陶工藝十分發(fā)達(dá)，歷朝歷代都有聞名后世的著名陶器存世，這些陶器不僅具有極高的考古價(jià)值，同時(shí)也富有藝術(shù)之美。當(dāng)前，我國政府對于文物保護(hù)重視程度逐漸提升，文物保護(hù)分析手段也越來越多，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為文物保護(hù)提供了有力支撐。文物具有不可再生性，如何在盡可能控制文物損傷的前提條件下提取其中盡量多的細(xì)節(jié)信息逐漸成了考古界專家學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)問題之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一些無損檢測分析方法在陶瓷研究中應(yīng)用。筆者對彩陶文物研究領(lǐng)域常用的幾種無損檢測分析方法進(jìn)行總結(jié)概括，對彩陶研究中無損檢測分析技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并針對當(dāng)前現(xiàn)狀提出無損檢測分析技術(shù)在彩陶文物研究中的優(yōu)勢及不足之處，以期為彩陶研究提供相應(yīng)的理論支持，促進(jìn)無損檢測技術(shù)的發(fā)展，并文物保護(hù)領(lǐng)域發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 彩陶內(nèi)部和表面的圖像分析

修復(fù)和保護(hù)彩陶文物要根據(jù)文物的完整度等采取合適的方法，首先要獲取彩陶的基本信息，包含內(nèi)部構(gòu)造和表面信息。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的技術(shù)手段被應(yīng)用于彩陶文物內(nèi)部和表面影像分析領(lǐng)域。

1.1 X光成像技術(shù)

X光成像即通過射線對彩陶文物進(jìn)行照射，X光在穿透文物時(shí)將根據(jù)文物不同部位的厚度和材料不同而被不同程度吸收，穿透后的X光會照射在屏幕上，隨后形成黑白對比影像，對最終形成的影像進(jìn)行分析可判斷物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該技術(shù)具有無損檢測特性，且成像速度較快。通過最終形成的影像可觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過對彩陶文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察即可分析其陶衣、胎質(zhì)等情況，為后續(xù)文物修復(fù)、保護(hù)工作提供重要的依據(jù)。學(xué)者容波等在其著作中對X光成像技術(shù)在陶瓷文物檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并分析了X光成像技術(shù)在此領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢和不足。

1.2 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一種新興的測繪技術(shù)，相較于傳統(tǒng)測繪技術(shù)而言，采用三維激光掃描技術(shù)可快速、大量采集目標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)將獲取的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)在接收到數(shù)字信號之后在軟件中進(jìn)行物體三維信息的還原，可較為真實(shí)、詳盡地反映物體的表面細(xì)節(jié)特征。許辰等學(xué)者基于三維激光掃描技術(shù)獲取了花地嘴高領(lǐng)罐的三維影像數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)文物保護(hù)和科學(xué)修復(fù)提供了信息支持；趙靈委等學(xué)者針對仰韶文化彩陶碗研究，采用三維激光掃描法構(gòu)建了數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)了文物的無損檢測，并在構(gòu)建模型基礎(chǔ)上進(jìn)行虛擬修復(fù)，基于修復(fù)結(jié)果提出了構(gòu)建彩陶文物多元數(shù)字化模型的建議，為文物的數(shù)字化保護(hù)和修復(fù)提供了科學(xué)建議。

2 彩陶表面形貌觀察和顯微分析

在獲取彩陶文物的三維結(jié)構(gòu)后還要對其表面形貌等進(jìn)行觀察和分析，通過對彩陶表面形貌的觀察和顯微分析，可獲取彩陶文物的微觀信息，為后續(xù)文物研究和修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。下面將對常用的幾種彩陶表面形貌觀察和顯微分析方法進(jìn)行介紹。

2.1 光學(xué)顯微鏡

光學(xué)顯微鏡原理即根據(jù)光的傳播原理在物體表面形成散射或反射，隨后散射和反射光經(jīng)透鏡放大之后可觀察物體表面信息。在彩陶文物研究中常用偏光顯微鏡進(jìn)行表面細(xì)節(jié)分析和研究。

偏光顯微鏡的原理是基于晶體的異向性和光的偏振效應(yīng)對彩陶文物表面形貌進(jìn)行顯微分析，偏光顯微鏡可觀察表面物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)，因此對于研究其礦物成分具有較好的作用。國外研究者Kyoko Mizusawa對日本出土的陶瓷采用偏光顯微鏡進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)日本彌生時(shí)代的陶瓷工藝發(fā)展迅猛，已取代繩紋時(shí)代工藝；楊真真等學(xué)者采用偏光顯微鏡對馬家窯文化彩陶顏料進(jìn)行了分析，并基于分析結(jié)果指出紅彩為赤鐵礦、白彩為石英，均為天然礦物質(zhì)顏料。

2.2 電子顯微鏡

電子顯微鏡相較于光學(xué)顯微鏡中的偏光顯微鏡在結(jié)構(gòu)和成像原理上有所差異。電子顯微鏡基于電磁學(xué)原理來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的成像，在當(dāng)前彩陶文物研究中應(yīng)用也相對廣泛。

掃描電子顯微鏡顧名思義就是采用電子束對物體表面進(jìn)行轟擊掃描，并通過兩者產(chǎn)生的二次電子以及背散射電子等對物體表面進(jìn)行分析和觀察。當(dāng)前掃描電子顯微鏡已成為彩陶文物研究中的常用無損檢測方法之一。掃描電子顯微鏡常用于文物表面微觀形態(tài)的觀察以及成分檢測等。嚴(yán)小琴等學(xué)者對新石器時(shí)代彩陶陶片采用掃描電鏡能譜儀進(jìn)行表征研究，為了解此時(shí)期人類的陶瓷制作工藝提供了相應(yīng)信息。

3 彩陶的化學(xué)組成分析

彩陶的化學(xué)組分即彩陶材料，如陶泥和陶衣中的礦物質(zhì)成分及占比等。在彩陶研究中要對樣品中元素種類及其含量進(jìn)行研究，當(dāng)前常用的方法包含X射線熒光分析和激光剝蝕電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析兩類。

3.1 X射線熒光分析

X射線熒光分析的主要原理是在照射物質(zhì)表面時(shí)將激發(fā)原子內(nèi)層電子，并形成空穴，以輻射方式向外傳播能量。元素不同熒光波長也有所差異，獲取其光譜特征和能量信息后即可完成物質(zhì)元素種類和含量的測定。李曼等學(xué)者對仰韶時(shí)代彩陶顏料及塊狀顏料采用該方法進(jìn)行成分分析，得到了不同顏色的特征元素，為該時(shí)期彩陶顏料成分的確定提供了重要支持。張鋆等學(xué)者就典膳所50片青花瓷殘片采用該方法進(jìn)行成分測試分析，最終根據(jù)測試結(jié)果提出這些青花瓷殘片來自不同民窯，且原料和加工工藝均有所差異。

3.2 激光剝蝕電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析

激光剝蝕電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的主要原理是通過高頻電流來產(chǎn)生磁場，并激發(fā)待測原子同時(shí)根據(jù)獲取的特征譜線來進(jìn)行元素測定。這種方法具有良好的準(zhǔn)確度和靈敏度，在彩陶樣品元素測定中應(yīng)用較為廣泛。崔劍鋒等學(xué)者采用該方法對新石器遺址陶器成分進(jìn)行研究，對彩陶產(chǎn)地進(jìn)行了深入探究。

4 彩陶的物相結(jié)構(gòu)分析

物相結(jié)構(gòu)指的是物體中成分結(jié)構(gòu)組織的含量及其種類，物相結(jié)構(gòu)分析是一種定性和定量分析相結(jié)合的方法。按照質(zhì)地不同可將文物分為兩類：其一是有機(jī)質(zhì)文物，其二是無機(jī)質(zhì)文物。對不同文物物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定時(shí)采用的技術(shù)方法也有所差異。在彩陶研究中通常采用XRD物相分析和顯微激光拉曼光譜物相分析兩種技術(shù)手段。

4.1 XRD物相分析

晶體在受到X射線照射時(shí)將出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，不同晶體的組成和結(jié)構(gòu)有差異，因此最終獲取的衍射圖譜也有所不同?；谘苌鋱D譜即可對其物相組成進(jìn)行分析。XRD物相分析方法近年來在文物研究尤其是彩陶文物研究中應(yīng)用較為廣泛，其具備的微區(qū)測試功能滿足了文物的無損檢測要求，可實(shí)現(xiàn)對文物特定區(qū)域的定點(diǎn)分析和測試。除此之外，X射線衍射儀可通過配備變溫測試臺在升溫時(shí)對樣品進(jìn)行測試，由此可對彩陶的燒制溫度進(jìn)行測定，這為研究者了解彩陶文物的制作工藝提供了有力支持。我國學(xué)者嚴(yán)小琴等采用該方法對馬家窯彩陶文物進(jìn)行研究，并得到了不同顏色顏料的天然礦物質(zhì)成分。黃允蘭等學(xué)者應(yīng)用X射線衍射儀對西山遺址彩陶進(jìn)行分析，通過莫來石的衍射強(qiáng)度來判斷樣品的燒結(jié)溫度。陳曉峰等學(xué)者應(yīng)用X射線衍射儀對馬家窯類型彩陶顏料進(jìn)行了分析，并得到了彩陶的白色和黑色顏料成分，同時(shí)在黑色顏料中首次發(fā)現(xiàn)了礦物質(zhì)成分鋅鐵尖晶石。

4.2 顯微激光拉曼光譜物相分析

該物相分析法的基本原理是入射光頻率不同時(shí)散射光譜也有所不同，激光分子與物質(zhì)分子產(chǎn)生碰撞時(shí)光子的方向和能量將出現(xiàn)變化，最終得到的拉曼光譜也不同。結(jié)構(gòu)不同的分子產(chǎn)生的拉曼光譜特征會有所差異，因此可在不取樣的前提下對文物結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行獲取，實(shí)現(xiàn)無損檢測。近年來該方法因其特有優(yōu)勢在彩陶顏料分析領(lǐng)域應(yīng)用得也較為廣泛。鐘黎等學(xué)者對馬家窯文化及齊家文化彩陶顏料進(jìn)行拉曼光譜分析，結(jié)果顯示不同文化階段的彩陶黑色顏料顯色機(jī)理有所差異。楊真真等學(xué)者對和縣出土的馬家窯文化彩陶顏料進(jìn)行拉曼光譜分析，并得出黑色顏料組分為磁鐵礦和黑錳礦的結(jié)論。

5 無損檢測分析在彩陶研究中的應(yīng)用優(yōu)勢與不足

X光技術(shù)在文物無損檢測中的應(yīng)用具有操作相對簡便、無需取樣且測試結(jié)果良好等諸多優(yōu)勢，但由于儀器設(shè)備樣品倉大小等因素影響，適用于對小型彩陶的無損檢測分析。

三維掃描技術(shù)可得到樣品的三維模型，實(shí)現(xiàn)了非接觸快速測試，在保證彩陶文物安全性的前提下獲取了彩陶的整體信息，且獲取的數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)永久保存，為后續(xù)研究提供了模型基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。但三維掃描技術(shù)也存在諸多不足，主要體現(xiàn)在后期處理軟件性能相對較差且不能與其他技術(shù)相集成上。

光學(xué)顯微鏡可對彩陶的細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，但光學(xué)顯微鏡技術(shù)要求對文物進(jìn)行取樣。其優(yōu)勢體現(xiàn)在成像質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)清晰等。

X射線熒光光譜分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)彩陶化學(xué)組分的分析，且制樣相較于其他方法而言簡單，不受樣品大小和空間的限制，因此近年來該技術(shù)在彩陶文物保護(hù)中的應(yīng)用也趨于廣泛。但該方法不能對樣品輕質(zhì)元素成分和含量進(jìn)行測定，準(zhǔn)確度有待提升。

激光剝蝕電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析技術(shù)相較于其他方法而言具有較高的準(zhǔn)確度和靈敏度，但在進(jìn)行檢測時(shí)會對樣品表面產(chǎn)生破壞，即留下測試痕跡，因此在珍貴文物的測試分析中應(yīng)用相對較少。

XRD物相分析技術(shù)無需提前制樣即可進(jìn)行直接測試，同時(shí)可獲取樣品的燒結(jié)溫度，對于彩陶制作工藝研究提供了技術(shù)支持。但難以準(zhǔn)確對多組分復(fù)雜工藝樣品進(jìn)行分析。

顯微激光拉曼光譜物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)綜合而言具有相對較好的效果，實(shí)現(xiàn)了物相成分的無損檢測分析，但受熒光效應(yīng)干擾較為明顯。

6 結(jié)語

彩陶是特定時(shí)代背景下人類智慧的結(jié)晶，對彩陶文物進(jìn)行保護(hù)和研究對于研究人類歷史文化有重要意義。當(dāng)前隨著國家的重視和眾多學(xué)者研究的進(jìn)一步深入研究，彩陶文物保護(hù)獲得了長足的發(fā)展，且已有了相關(guān)研究案例，如在彩陶文物的分析檢測中應(yīng)用多種技術(shù)方法，這些方法原理和優(yōu)缺點(diǎn)不同，可用于分析彩陶成分、物相結(jié)構(gòu)以及制作工藝等，除此之外通過一些設(shè)備如三維掃描儀可構(gòu)建彩陶文物的數(shù)字模型，對修復(fù)、保護(hù)過程進(jìn)行模擬，為彩陶的數(shù)字化展示和保護(hù)提供了科學(xué)支持。彩陶的成分分析是現(xiàn)代人類掌握特定時(shí)代下不同彩陶制作工藝的重要基礎(chǔ)，還可用來揭示不同的材料來源和成分，進(jìn)而為探究特定時(shí)代下不同群體之間的交往、描述人與自然環(huán)境關(guān)系提供了依據(jù)。

文物的無損檢測分析技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)使人們在保護(hù)文物完整性的前提下實(shí)現(xiàn)了文物信息的有效提取，通過不同的檢測方法相配合共同服務(wù)文物保護(hù)工作。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和文物保護(hù)需求的提升，在未來將應(yīng)用更多更有效的無損分析檢測技術(shù)，文物無損檢測分析技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。

注釋

①⑧嚴(yán)小琴，劉逸堃，劉成，等.新石器時(shí)期半坡遺址魚紋彩陶的科技分析[J].硅酸鹽通報(bào)，2014，33（6）：1389-1393.

②容波，周鐵.陶質(zhì)文物科技保護(hù)研究現(xiàn)狀[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2011，23（2）：79-86.

③凌雪，吳萌蕾，廖原，等.文物研究與保護(hù)中的無損分析技術(shù)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2018，38（7）：2026-2031.

④許辰，李曼，焦谷雨.三維激光掃描在考古信息采集后期的應(yīng)用—以花地嘴陶高領(lǐng)罐為例[J].大眾考古，2018（6）：36-39.

⑤趙靈委，陳海龍，趙虹霞，等.廟底溝遺址出土仰韶文化彩陶的科學(xué)研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2018，38（5）：1420-1429.

⑥Mizusawa K.Polarizing microscope observations of pottery from the Yashiro sites，Nagano Prefecture，Central Japan[J].Quaternary International，2016，397：495-503.

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