青銅文物研究中CT成像的幾個(gè)作用

萬(wàn) 俐

(南京博物院，江蘇南京 210016)

0 引 言

古代青銅文物用現(xiàn)代科學(xué)分析儀器檢測(cè)：探傷一般采用X射線；合金成分采用X射線熒光光譜；觀察銅器表面銹蝕采用X射線衍射；銅器斷面銹蝕層的物相采用激光拉曼光譜；銅基體的組織構(gòu)成采用金相分析；銅器表面形貌采用超景深三維數(shù)碼顯微系統(tǒng)進(jìn)行觀察。這些方法為文物保護(hù)修復(fù)的前期工作和古代鑄造工藝的研究積累了資料，但如何比較深入、細(xì)致、全面地發(fā)現(xiàn)古人在青銅器上留下銅體結(jié)構(gòu)與制作的信息，并鑒別有爭(zhēng)議的青銅器真假和檢測(cè)文物現(xiàn)在的保存狀態(tài)，還需進(jìn)一步做計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)成像檢測(cè)。

1 陳璋圓壺

1982年2月，江蘇省淮安市盱眙縣穆店公社南窯莊出土了陳璋圓壺等珍貴文物38件，《人民日?qǐng)?bào)》《光明日?qǐng)?bào)》和《新華日?qǐng)?bào)》先后發(fā)表了相關(guān)新聞報(bào)道?？脊?、歷史與金文專家從1982年底開(kāi)始，在《文物》《東南文化》和《考古》等期刊上發(fā)表了多篇關(guān)于戰(zhàn)國(guó)陳璋圓壺的研究文章。文章描述“銅壺制作精美絕倫、造型獨(dú)特、系由器身和外套合成，器身為侈口、束頸、弧肩、收腹、平底”“外套由肩腹兩組立體形鏤空的銅絲網(wǎng)套、肩腹之間的一圈橫箍和鏤空花紋底的圈足座組成，外露的器身頸部和圈足座緣”“肩腹部的銅絲網(wǎng)套系由蜷曲起伏的長(zhǎng)龍和梅花釘交錯(cuò)套扣而成”“肩腹之間的一圈橫箍上飾錯(cuò)金的斜方格云紋飾，相間飾有獸面銜環(huán)和立獸形豎環(huán)耳各四個(gè)獸”[1-3]。根據(jù)以上資料，后來(lái)的研究文章將陳璋圓壺(圖1)的形貌描述為“銅壺通高24 cm，口徑12.8 cm，腹徑22.2 cm，圈足徑13.8 cm，重量為5 590 g。全器造型由七部分、19個(gè)構(gòu)件組成”[4-5]。為了研究陳璋圓壺19個(gè)構(gòu)件的裝配等問(wèn)題，在原中國(guó)傳統(tǒng)工藝研究會(huì)會(huì)長(zhǎng)譚德睿研究員等人的支持與幫助下，南京博物院于2011年成立了課題組(由南京博物院牽頭，中國(guó)傳統(tǒng)工藝研究會(huì)和中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所等單位組成)，并在北京和寧波做了CT檢測(cè)。

圖1 陳璋圓壺Fig.1 Chen Zhang round pot

1.1 構(gòu)件

課題組解讀CT成像圖后，得出了陳璋圓壺的尺寸與構(gòu)件的數(shù)據(jù)：其通高239 mm，口徑128.5 mm，底座直徑139 mm；全器由26個(gè)構(gòu)件組成，包括壺口、壺膽、上鏤空網(wǎng)絡(luò)、下鏤空網(wǎng)絡(luò)、四段箍帶、四立獸、四鋪首、四 “⊕”支架，四個(gè)銜環(huán)、一圈足和一篦子等數(shù)據(jù)。同時(shí)依據(jù)CT圖像，建立了陳璋圓壺各構(gòu)件模型的分散示意圖(圖2)。

圖2 陳璋圓壺26個(gè)構(gòu)件的示意圖Fig.2 Schematic diagram of 26 components of the Chen Zhang round pot

1.2 裝配

分析CT圖像發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)到以上各構(gòu)件的穩(wěn)定與裝配時(shí)的精確，古代制作者在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了鑄接方法，同時(shí)使用雙層燕尾型的榫卯鑄接、篦子和“⊕”支架定位的新技術(shù)。例如壺頸、上鏤空網(wǎng)絡(luò)和壺膽三個(gè)鑄造部分連接的先后步驟推測(cè)如下：將壺頸和壺膽的鑄件，在做好錯(cuò)金和錯(cuò)銀后，放入上鏤空網(wǎng)絡(luò)澆鑄的陶范中，當(dāng)澆鑄鏤空網(wǎng)絡(luò)時(shí)，壺頸、壺膽連接為一個(gè)整體(圖3和圖4)。

圖3 壺頸、上網(wǎng)絡(luò)和壺膽的CT圖像Fig.3 CT images of the neck， upper network and bladder

圖4 推測(cè)復(fù)原的壺頸、上網(wǎng)絡(luò)和壺膽連接處模型Fig.4 Schematic model of the connection mode among the neck， upper network and bladder

另外，以下情況還需做模擬實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步證明：底部圈足與下網(wǎng)絡(luò)、篦子的組合，是否用了篦子作定位；鋪首與上、下鏤空網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)箍帶和四個(gè)鋪首的連接裝配，是否分別將預(yù)鑄好的四個(gè)銅合金“⊕”支架置于凸榫處，再用低熔點(diǎn)鉛錫合金通過(guò)鑄接方式將其連接固定。

2 吳王僚劍

2008年12月，無(wú)錫博物院征集到一把青銅劍(圖5)。該劍通長(zhǎng)41 cm，最寬處2.7 cm，莖長(zhǎng)9.5 cm。扁莖無(wú)格，無(wú)首，莖、身相連處為斜折肩。除莖與兩刃外，劍兩面通身飾有斜“王”字形暗紋，兩縱近脊處有銘文12字。有的青銅鑒定專家對(duì)此劍的真?zhèn)斡幸勺h，尤其對(duì)“此劍的銘文問(wèn)題，是鑄銘還是刻銘”[6]。為了科學(xué)地認(rèn)定劍的真?zhèn)闻c銘文的制作工藝等問(wèn)題，在上海博物館的支持下，2020年10月在該館文物保護(hù)科技中心做了X-CT等分析。

圖5 吳王僚青銅劍Fig.5 Bronze sword of Liao (king of Wu)

2.1 X-CT等分析

從該劍的X-CT成像圖(圖6和圖7)及其表面狀況可以看出：1)劍身的“王”字紋部位個(gè)別有起翹現(xiàn)象(這里需區(qū)分凸起是銹蝕原因，而非制作工藝原因)；2)劍刃處有大量橫向細(xì)裂紋，且該區(qū)域部分形成銹蝕坑；3)莖處沒(méi)有完整的金屬基體。根據(jù)這三個(gè)現(xiàn)象基本可以得到一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)知，吳王僚劍是一件真品。其理由如下：根據(jù)青銅器腐蝕的剖面結(jié)構(gòu)(最下層的是文物銅的基體，然后依次是氧化亞銅、堿式氯化銅或氧化銅)，可以推測(cè)劍中的腐蝕層為氧化亞銅或堿式氯化銅，在潮濕的環(huán)境下不斷地生成新的粉狀銹(堿式氯化銅)。新的腐蝕物粉狀銹會(huì)膨脹，并不斷地造成劍體表面開(kāi)裂和凸起的現(xiàn)象。凸起“王”字紋周?chē)母诲a層下的粉狀銹是時(shí)代的特征，不可能在近百年內(nèi)生成。

圖6 吳王僚劍X-CT截面圖Fig.6 X-CT section of the sword of Liao (king of Wu)

圖7 吳王僚劍銘文處X-CT三維截面圖Fig.7 X-CT 3D section of the inscription division of the sword of Liao (king of Wu)

關(guān)于劍的銘文是鑄銘還是刻銘，通過(guò)對(duì)CT和顯微及3D合成照片的觀察進(jìn)行字口痕跡分析，結(jié)果如下：

1) 劍銘清晰，深度約0.25 mm；

2) 字體纖細(xì)、線條整體均勻、轉(zhuǎn)折處多用圓筆，字口凹槽平整光潔，兩壁略直地呈“U”字形；

3) 凹槽內(nèi)的氧化層和劍表完全一致。

通過(guò)以上三點(diǎn)認(rèn)知，可以得出吳王僚劍的12個(gè)銘文為非刻制的結(jié)論。

2.2 修復(fù)技術(shù)路線

吳王僚劍在修復(fù)前的狀態(tài)為：粉狀銹、礦化，柄粘接，劍身多處修補(bǔ)，多處空鼓。其中空鼓有六處位于銘文上，有24處位于“王”字暗紋上。由于空鼓部位已經(jīng)嚴(yán)重礦化并失去銅性，如對(duì)其進(jìn)行過(guò)度人工干預(yù)將極可能導(dǎo)致脆弱的表層脫落，造成銘文與暗紋等重要特征缺失的二次傷害。為此，調(diào)整修復(fù)技術(shù)路線，即將原清洗、去銹、補(bǔ)配、作色，改為加固、緩蝕保護(hù)和封護(hù)的修復(fù)技術(shù)路線。其加固材料選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～3%的丙烯酸樹(shù)脂(B72)丙酮溶液，加固方法采用針管注射器，對(duì)脆弱的空鼓和起翹周邊孔隙處，注射或滴注滲透填充加固，確保在修復(fù)過(guò)程中不傷及文物，達(dá)到固結(jié)粉狀銹，提高銹層與富錫層的連接強(qiáng)度，符合最小干預(yù)、延緩壽命、不改變文物原狀的原則。

3 春秋青銅盤(pán)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展與仿古技術(shù)的提高，采用傳統(tǒng)的青銅器修復(fù)技術(shù)，可以將殘碎的青銅器修復(fù)完整，也可以根據(jù)出版的青銅器書(shū)籍上的圖錄制作仿制品，達(dá)到以假亂真的效果。為此，如何鑒別完整器是否有修復(fù)的痕跡，如何精準(zhǔn)保護(hù)腐蝕嚴(yán)重的青銅器，這些都需要根據(jù)CT等圖像進(jìn)行操作(如修復(fù)或者修正修復(fù)技術(shù)路線等)。

3.1 文物現(xiàn)狀

春秋龍紋青銅盤(pán)(圖8)，于2012年由私人藏家捐贈(zèng)于無(wú)錫博物院。其通高18.6 cm，直徑44 cm，重4 640 g，銘文“唯王八月丁亥齊大宰歸父盤(pán)”。為了驗(yàn)證盤(pán)是否為完整器，2020年10月，無(wú)錫博物院委托上海博物館文物保護(hù)科技中心，采用德國(guó)YXLON公司Y.CT Modular型X-CT設(shè)備做了檢測(cè)分析。

圖8 春秋龍紋青銅盤(pán)Fig.8 Bronze plate of the Spring and Autumn Period

3.2 檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖9～圖12的CT成像，可以看出青銅盤(pán)有三個(gè)現(xiàn)象：

1) 盤(pán)底及盤(pán)身有大量修補(bǔ)，多數(shù)應(yīng)為原器殘片，局部少量用其他銅片補(bǔ)缺(圖9和圖10)；

圖9 盤(pán)的側(cè)面CT圖像Fig.9 Lateral CT image of the plate

圖10 盤(pán)底的CT圖像Fig.10 CT image of the plate bottom

2) 雙耳均為后期修補(bǔ)，圖11顯示耳與器身連接的兩側(cè)由扁圓柱形金屬固定于器身上，該圓柱形金屬中心引出一個(gè)金屬條，深入耳泥芯，從而形成加固連接。

圖11 盤(pán)耳修補(bǔ)結(jié)構(gòu)Fig.11 Repair structures of the plate ears

3) 盤(pán)三足也都為后期修補(bǔ)，其中一足有一金屬針插在足泥芯中，一側(cè)與盤(pán)底相接，并且還可見(jiàn)足與盤(pán)底連接處有兩處金屬塊存在，應(yīng)是起到連接作用(圖12)。

圖12 前足X-CT截面圖Fig.12 X-CT section of the forefoot

4 結(jié) 論

綜上所述，在文化遺產(chǎn)保護(hù)與探索青銅時(shí)代發(fā)明創(chuàng)造的研究工作中，CT成像圖主要有以下三個(gè)作用：

1) CT圖像不僅能準(zhǔn)確地顯示青銅器內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，還能測(cè)量構(gòu)件的尺寸大小，從而揭示古代青銅時(shí)代的科技和社會(huì)文明進(jìn)步的信息，在“讓文物活起來(lái)、會(huì)說(shuō)話、樹(shù)立文化自信”方面起著重要的作用。

2) CT可運(yùn)用于青銅器的辨?zhèn)?，這使得在眾多鑒定方法中，又多了一種高效的手段。通過(guò)其CT成像圖可以：辨別鑄造工藝，判斷青銅器的真假；辨別青銅器是否經(jīng)過(guò)修復(fù)，對(duì)判斷修復(fù)工藝等有著非常好的效果。

3) 在珍貴文物的保護(hù)修復(fù)實(shí)施過(guò)程中，要根據(jù)文物現(xiàn)在的保存狀態(tài)與病害特征來(lái)擬定文物修復(fù)方案，CT圖像是最有參考價(jià)值的，而且它對(duì)所采取的最小干預(yù)的技術(shù)路線有著關(guān)鍵的作用。

致 謝：以上分析工作得到了上海博物館等單位的大力支持與幫助，在此表示衷心的感謝！