吐鲁番阿斯塔那出土彩绘泥塑文物材料的检测分析初探

姚　敏



吐鲁番阿斯塔那出土彩绘泥塑文物材料的检测分析初探

姚敏

摘要本文以吐鲁番阿斯塔那出土的彩绘泥塑文物为研究对象，利用X射线衍射分析、偏光显微分析、拉曼光谱分析、结构材料的鉴定以及微生物培养鉴定等分析方法，对彩绘泥塑文物的颜料、泥中纤维、土壤和木材进行定性分析，准确反映了制作彩绘泥塑所使用材料的种类和内含成分，此项工作的开展对进一步做好泥塑文物的保护具有很好的指导和借鉴作用。

关键词彩绘泥塑文物X射线衍射分析拉曼光谱分析

前言

新疆博物馆在出土彩绘泥塑文物修复、保护等近50年的实践中，做了许多探索性工作，利用传统的材料和技术修复保护了一大批彩绘泥塑文物，但随着我国科学技术的不断发展和新型文物保护材料的不断出现，一些传统的文物保护工作方法和部分传统的保护材料及文保设备已不能完全满足文保工作的需要，无法为文物提供一个安全的保存、展览及研究的基础条件，特别是对于某种特殊文物材质的检测分析工作，相对来讲开展得还不是很广泛，这就造成了文物保护工作的相对滞后。因此开展文物材质的调查研究、针对文物的具体材质提出预防性保护措施就显得至关重要。

通过对新疆博物馆藏阿斯塔那彩绘泥塑的调研，进行资料收集、整理，明确馆藏彩绘泥塑信息档案所需要的主要数据，进行馆藏阿斯塔那彩绘泥塑信息数据结构模式设计，根据所设计的档案信息数据结构，筛选优化数据。同时对馆藏彩塑的主要病害进行调查研究，对病害特征进行描述，结合环境因素分析其病害机理等都是目前急需要做的基础工作。

关于阿斯塔那出土彩绘泥塑文物的材料分析，以前也做过这方面的工作，但由于受到当时诸多方面的条件限制，如经费不足和检测设备的欠缺等，使深层次的分析检测工作无法开展，只是做了一些表象的分析和判断，缺乏准确的数据和结论，导致文物保护工作的进度相对缓慢。阿斯塔那古墓出土彩绘泥塑文物的保护，受到国家文物局以及自治区文物局的高度重视，为拯救这批彩塑，新疆博物馆组成了专项泥塑文物保护小组，经项目申请，2010年11月国家文物局拨付专项资金200万元，启动并实施“吐鲁番阿斯塔那泥塑文物保护项目”。同期新疆博物馆开始对馆藏阿斯塔那出土的彩绘泥塑进行全面调查，并选择病害最为严重，且具有代表性的50件泥塑文物作为抢救性修复保护的对象。该项目启动后，我们按照保护项目的内容及步骤，首先将彩绘泥塑文物制作材料的检测分析工作放在第一位，与内地博物馆进行合作，选择有资质的科研机构和高校对采集的泥塑样品进行检测分析。

此次提供的检测分析样品共有四大类，即颜料样品、纤维样品、胎体泥土样品及木骨架样品。本文内容主要是针对上述样品的检测结果做一分析和探索。

以下是检测样品的部分图片和检测结果。

一、颜料样品

此次所取颜料样品均为无法修复拼对且无原始号的文物小残块。

表1　颜料样品统计表

二、纤维样品

三、胎体泥块样品

胎体及吐鲁番泥块样品。

泥塑土体样本　　　　　　　　　　　　　　　　　现代土体样本

木骨架样品共取2根：

木1　　　　　　　　　　　木2

草本茎秆材料5种和草本韧皮材料1种：

草1　　　　　　　　　　　　草2　　　　　　　　　　　　　　　　草3

草4　　　　　　　　　　　　草5　　　　　　　　　　　　　　　　草6

(一)彩绘颜料检测分析

1.XRD检测分析

(1)仪器型号与测试条件

仪器型号：D8 ADVANCE X射线衍射仪

测试条件：管压管流：40KV、20mA，测试时间：0.3s。

(2)X射线衍射检测结果

送检样品22个，根据样品彩绘颜料的不同，共做31项XRD单项检测。检测结果见表3。

表3　XRD检测结果

(3)结论

在对22个样品的XRD检测分析中发现编号为1、15、16、18、22的五个样品中蓝色颜料未检测出显色物相，疑为有机颜料。其他颜料检测结果如下：

1) 红色颜料显色物相为铅丹、赭石、朱砂。

2) 绿色颜料显色物相为氯铜矿。

3) 白色颜料显色物相为石膏。

4) 黑褐色颜料显色物相为铅丹变色后的颜色。

5) 黑色颜料显色物相为墨。

6) 黄色颜料显色物相为雄黄。

7) 蓝色颜料显色物相未知。

2.偏光显微镜与拉曼光谱分析检测

2.1 偏光显微分析

(1)仪器和材料

挑取粉末颗粒样品于载玻片上并固结在盖玻片下，采用Leica DMLSP 偏光显微镜观察。

(2)偏光显微分析过程及结果见表4所示。

表4　偏光显微分析过程和结果

图1　偏光照片　　　　　　　　图2　偏光照片

2.2 显微拉曼光谱分析

(1)方法和仪器

Renishaw inVia-plus, 配备有Leica DM2500M显微镜；激光器：785nm；50×物镜；狭缝 100, 孔径 300mm, 光栅 1800，根据不同颜料选用3×10秒、5×20秒等扫描频次。

(2)显微拉曼光谱分析过程及结果见表5。

表5　偏光显微分析过程和结果

图3　白色样品拉曼谱图　　　　　　　　图4　蓝色样品拉曼谱图

(3)结论

样品19中白色颜料为碳酸钙和硫酸钙相混合，红色颜料为铁红；样品15、样品1皆为靛蓝；样品6的红色颜料为染料，在同一时期敦煌壁画颜料中也曾发现红色染料，已分析出其为茜草，但此处是否为茜草还需进一步分析研究。

(二)泥塑内纤维材质检测

由西安工程大学纺织与材料学院实验中心对送检样品运用图像特征识别等相关技术手段，做出如下鉴定。

(1)NS1号样

NS1号样为纤维与黄土的混合物，表层纤维含量较少，内层含量较多，从图5和图6可以看出混合比较均匀，纤维的离散较好，只有很少量的集束，从图7可以看出纤维间的联结关系具有麻类纤维的特征。从图8可以看出外观特征很像亚麻纤维，而且脱胶状态不够彻底。综上所述黄土中混入的纤维为亚麻。

图5　　　　　　　　　　　　　图6　　　　　　　　　　　　　图7

图8　　　　　　　　　　　　　图9　　　　　　　　　　　　　图10

(2)NS2号样

NS2号样为纤维状样品，直接手感目测的初步判断是亚麻工艺纤维，图9可以看出平直均匀、质地强硬，有麻类纤维的节痕特征，还可以看出胶粒，图10可以明显看出集束纤维特征，图11是一根较粗集束纤维的放大，其边缘单根纤维很细。图12为水浸润压碾后的照片，麻胶固结能力强，集束离解可见，说明腐蚀历史短。综上所述，NS2号样为亚麻工艺纤维。

图11　　　　　　　　　　　图12　　　　　　　　　　　图13

(3)NS3号样

NS3号样为植物韧皮样，为未脱胶状态，质地强硬。图13为表层胶质剥离后纤维的黏结状态，可以看出胶质较少，纤维集结，图14为附带表层胶质用镊子横向拉扯后的照片，纤维长度很长，且偏粗，麻类特征明显。试样经过了水湿润和压碾，图15纤维为苎麻特征，图16为麻胶状态，综上所述，NS3号样为苎麻纤维未脱胶状态。

图14　　　　　　　　　　　　　图15　　　　　　　　　　　　图16

(4)NS4号样

从外形看类似某种植物种子秸秆(图17、18)，通过与小麦、大麦、燕麦、青稞等谷类植物种子秸秆对比分析，估计是小麦。

图17　　　　　　　　　　　　　　　图18

(5)NS5号样

NS5号样为单根纤维状，从图19可以看出平直均匀，从头端可以隐约看到集束，图20为水浸润压碾后透射光照片，可清晰看到纤维束裂散现象，细度及形态为黄麻特征。综上所述，NS5号样为黄麻工艺纤维。

图19　　　　　　　　　　　　　　　图20

(6)结论

在泥胎添加纤维的分析中，主要发现有亚麻、苎麻、黄麻、小麦等，这些材料均具有较好的结构强度，它们均是增加泥胎强度的理想材料。

(三) 土样的检测

由国土资源部兰州矿产资源监督检测中心对3块土样进行了相关的分析检测。

报告编号：LJ20130156

表6　新疆博物馆馆藏泥塑土样分析报告表

其中2013W0227-1为泥胎土样，2013W0227-2及2013W0227-3为吐鲁番现代土样，分析结论如下：

表7　新疆博物馆馆藏泥塑土样分析结果表

在对胎体土样的X荧光光谱分析结果中，可以看出阿斯塔那本地土样与泥塑胎体土样中的矿物种类及含量均较为接近，说明阿斯塔那彩塑的泥胎土料取自吐鲁番本地。

(四) 结构材料的鉴定

由西北农林科技大学机电学院木材工业系木材研究室对植物纤维进行检测。

1.样品名称及数量：

(1)木质材料2根：木1和木2；

(2)草本茎秆材料5种：草1、草2、草3、草4、草5；

(3)草本韧皮材料1种：草皮1。

2.鉴定观察记载与结果：

(1)木1、木2：

木本植物。散孔材，髓心不规则卵圆形。管孔圆形至椭圆形，略具多边形轮廓；单管孔及短径列复管孔2～3(偶4,5)，多数2个；星散或斜列；未见侵填体和树胶；单穿孔；管间纹孔式互列，圆形或多边形，纹孔口内含，圆形或透镜形。木射线非叠生；单列射线，高3～23细胞或以上；射线组织异形单列，偶见同形；射线细胞水平壁纹孔可见，垂直壁节状加厚明显，部分细胞含树胶，未见晶体；射线与导管间纹孔式大圆形、刻痕状或类似管间纹孔式。轴向薄壁组织量少，少量星散状、疏散傍管及稀疏轮界状；薄壁细胞底壁节状加厚不明显，偶尔含有树胶，未见晶体。木纤维壁薄，具缘纹孔可见，纹孔圆至卵圆形，纹孔口内含透镜状或外展裂隙状及“X”形。

根据以上特征，木1、木2为杨柳科，柳属某种。木材构造特征图片见图21。

图21

(2)草1、草2、草3、草4：

草本植物；具有明显的节和节间；茎的节间中空。表皮最外层细胞，由长形细胞和短形细胞纵向相间排列；长细胞间的两个短细胞一个栓质化为栓质细胞，一个硅质化为硅质细胞；表皮上部分短细胞分化为少数气孔。表皮内方的下皮，是一层壁较厚而横径较小的细胞，再向下即出现维管束，近表层的维管束小而较多，愈近髓腔维管束越大，维管束可多至3～5层。维管束外具明显的维管束鞘，每个维管束均包括初生韧皮部和初生木质部，但它们间没有形成层，无次生生长，故名有限维管束。除表皮下皮维管束及其它厚壁细胞外均系薄壁组织(基本组织)。该类植物的基本组织外层小维管束系由薄壁细胞所衍生，使茎壁维管超过2层，近表皮的一层维管束，纤维细胞比重较大，所以也称为纤维束。

根据以上特征，草1、草2、草3、草4为禾本科早熟禾亚科芦苇属芦苇。构造特征照片见图22。

图22　草1构造特征图片

(3)草5：

草本植物；具明显的节和节间；茎的节间中空。表皮细胞，由长形细胞和短形细胞纵向相间排列；长细胞间的两个短细胞分别栓化和硅化明显不如芦苇属典型，形成大小相近的栓质细胞和硅质细胞；此类植物由短形细胞特化的气孔数量相对较多。表皮内方的下皮，亦有一层细胞(3～5个)，壁较厚的横径较小的细胞；再下即分化出第一层小维管束，其内有1～2轮较大的维管束。每个维管束均包括初生韧皮部和初生木质部。因不存在形成层，无次生生长，故为有限维管束。维管束外有由纤维细胞组成的维管束鞘。除表皮下皮维管束及纤维细胞外均系薄壁组织(基本组织)。

根据以上特征，草5为禾本科早熟禾亚科小麦属的一种。构造特征照片见图23。

图23　草5构造特征图片

(4)草皮1：

此韧皮材料，经纤维离析观察，均具有长短差异很大的两类纤维：一类是长度在20mm左右的长纤维；另一类是长度在2mm左右的短纤维。一般长纤维径壁具缘纹孔较少，而短纤维径壁具缘纹孔较多。在离析材料中偶尔可见筛管，其壁筛域明显。

毛状物是具有多种不同形式、结构和功能的表皮附属物。表皮毛是植物物种的一项特征，在植物分类学上有重要意义。经观察此韧皮材料均具有钟乳体的钩状毛。

根据以上特征草皮1为大麻科大麻属的大麻 。纤维及表皮毛见图24。

图24　草皮1构造特征图片

(5)结论

通过对骨架结构材料的分析，发现承重骨架为杨柳科柳属某种，初步推断其为新疆较为常见且强度韧性俱佳的红柳，在对骨架捆扎材料的分析中，发现其主要为芦苇、小麦秸秆及大麻等。

(五) 微生物培养鉴定

由西北师范大学生命科学学院对泥塑的微生物进行鉴定检测。对送检的土样微生物的种类做了分离、培养、鉴定，样品信息微生物检测报告如下。

表8　送检样品信息表

1.检测方法

细菌培养采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养采用马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)，放线菌培养采用高氏1号培养基，霉菌培养采用查氏培养基。

结合培养所得微生物菌落形态、显微观察和生理生化实验结果，鉴定分类受检样品可培养微生物的种属。

2.检测结果

经严格的无菌分离、培养和鉴定，从送检样品中共分离出10种可培养微生物，其中细菌3种，真菌7种(霉菌5种，酵母菌2种)，未分离到放线菌。分离菌种的详细信息见表9。

表9　菌种分离鉴定结果

注：+表示“极少量”，++表示“少量”。

3.结论

从送检塑像样品中共分离出10种可培养微生物，其中真菌7种(霉菌5种，酵母菌2种)，细菌3种，未分离到放线菌。霉菌隶属曲霉属和青霉属，分别为黑曲霉、黄曲霉、灰绿曲霉、圆弧青霉、黑青霉，酵母类菌种分别为红酵母和酵母科1种(白色脂状酵母，待定)，细菌类分别为黄杆菌、节杆菌和好氧革兰氏阳性杆菌。39号样品中分离出黄曲霉、灰绿曲霉、圆弧青霉、红酵母、白色脂状酵母和三种细菌，41号样品中分离出黑曲霉、黑青霉和三种细菌，白色脂状酵母和三种细菌在样品中共存。

从微生物数量来看，此样品中霉菌的分布数量极少，白色脂状酵母和三种细菌少量分布，分析认为微生物(特别是霉菌)对泥塑文物的保存影响较小，这与样品所处环境较为干燥、湿度较低直接相关。

结语

此次提供的检测样品数量和种类较多，特别是彩绘颜料方面颇具代表性，其检测结果几乎囊括了馆藏所有彩绘泥塑文物的颜料成分。从以上全部检测结果来看，可做出以下结论：

1.吐鲁番阿斯塔那出土彩绘泥塑所使用的颜料多为无机矿物颜料，只有少数为有机颜料。

2.用于大型和较大型泥塑文物中间的掺和料和捆扎材料主要为小麦秸秆和芦苇，而用于泥塑表层中的细纤维掺和料则是经过细加工的麻类植物。

3.在对彩绘泥塑胎体土样的X荧光光谱分析结果中，可以看出阿斯塔那本地土样与泥塑胎体土样中的矿物种类及含量均较为接近，说明阿斯塔那制作彩塑的泥胎土料取自吐鲁番本地。

4.通过对泥塑骨架结构材料的分析，发现承重骨架为杨柳科柳属某种，初步推断其为新疆较为常见且强度韧性俱佳的红柳。

通过以上检测结果及分析结论，初步探明了吐鲁番阿斯塔那出土彩绘泥塑文物的制作方法和使用的材料，特别是对于制作材料性质的掌握，对于今后更进一步做好泥塑文物的保护工作起到了积极的推进作用。

(作者单位：新疆维吾尔自治区博物馆)

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