鄂尔多斯乌兰木伦遗址第2地点下层脚印化石模型的制作

乌兰木伦考古队

执笔：杨俊刚 胡越

鄂尔多斯乌兰木伦遗址第2地点下层脚印化石模型的制作

乌兰木伦考古队

执笔：杨俊刚 胡越

乌兰木伦旧石器遗址位于鄂尔多斯市康巴什新区乌兰木伦景观湖畔，是一处属于旧石器时代中晚期的古人类活动遗址，获评“2011年度中国六大考古新发现”。自2010年发现并连续开展考古发掘以来，不断涌现的考古新发现和研究成果，如出土于遗址地层中的保存基本完整的披毛犀骨骼化石和披毛犀软肋骨化石，都是世界范围内的首次发现；对遗址出土石制品拼合与埋藏成因的研究、剥片技术研究、工具类型与修理技术的研究、石器微痕及其所反映人类行为的研究、动物群的研究等众多工作成果，引起了考古界的强烈反响。

乌兰木伦遗址2014年度发掘工作重点在乌兰木伦遗址第2地点进行，在2011年试掘探沟的基础上，扩大布方面积，将上部的砂质堆积清理完毕，又发现脚印化石5个,加之2011年发现的3个同类化石，总数达到8个，称之为上层脚印化石；在清理至下部地层顶面时，揭露出一组保存完好的动物群脚印和植物遗迹化石面，称之为下层脚印化石。这一发现在旧石器考古遗址中非常罕见，是一处具有重要考古、人文和社会价值的文化遗产。

脚印遗迹面

专家现场鉴定（从左至右：侯亚梅、蒋志刚、葛瑞果）

目前在中国旧石器时代遗址中，仅河北阳原泥河湾盆地马圈沟遗址曾在2003年的发掘中出土了一处大象脚印化石面。乌兰木伦遗址此次发掘揭露的动物脚印和植物遗迹化石面，较之马圈沟遗址规模更大、可鉴定动物种类更多、所反映的动物行为更丰富。

受乌兰木伦考古队邀请，中国科学院动物研究所蒋志刚研究员与法国动物考古学家葛瑞果（C. Griggo）等专家在现场共同观察、鉴定，判断出包括马、牛、羚羊以及食肉类动物等200余个不同种类的动物脚印化石和植物遗迹化石2个。这些动物脚印化石不仅使我们得以判断其所属动物种类，因其良好的保存状况还得以提供当时这些动物群体不同的行为方式，等等。例如，有些组别脚印化石反映了马逃跑或者挣扎的行为。首先由于特殊的埋藏环境使得这些重要的史前生命活动迹象得以保留，而乌兰木伦考古队工作人员科学精细的发掘方法，使之得以完好揭露，重见天日。

这些脚印化石的发现是乌兰木伦遗址的又一重大发掘成果，再一次丰富了遗址的文化内涵，表明乌兰木伦遗址具有非常大的发掘潜力。由于其重要性，如何保护和利用好出土的脚印和植物化石遗迹，成为我们的当务之急。硅胶等模具的复制、翻模在各地考古遗址的出土遗物、遗迹中得到广泛应用，已然成为保护、展示的一种有效途径。有鉴于此，遗址考古人员对这一重要发现进行了照相、绘图、测量、三维扫描后，主要对下层脚印遗迹进行复制、翻模，予以保护和保存，以备做后期的展示、复原之用。同时，这也是乌兰木伦遗址整体规划和未来发展的需要。

本文以动物脚印的复制为主题,对应用石膏、硅胶和树脂三种材料相结合制作硅胶模具的流程和操作要点等给予较为详细的介绍。以期达到为同行借鉴和推广应用的目的。

一、方案的制定和材料、工具的准备

（一）方案的制定

乌兰木伦遗址第2地点发掘出土脚印遗迹化石面积为20余平米，地层为细泥砂土质堆积,容易干裂破损，非常不易保护。大多动物脚印踩踏坑洞较深且倾斜度较大，制模难度较高。在咨询了模具制作经验丰富的技术人员工作经验的基础上，结合我们以往经历的几次实践翻模工作，决定采取石膏与硅胶结合的方法复制脚印遗迹，再用树脂模型做加固支撑的方法进行。由于脚印遗迹面是整体出露，单个脚印的复制体现不出它应有的价值，要想使复制的脚印遗迹更为真实地反映实际情况，达到再现动物群脚印遗迹踩踏且相互关联的整体效果，我们选择了一定区域内的脚印做整体的模具复制，以保证后期的工作、研究、展示中的完整性与真实性。而使用石膏和硅胶相结合的方式进行复制，将有利于克服针对整体区域复制提取的难度。

使用石膏作为填充脚印遗迹的原材料的原因，一是动物脚印踩踏坑洞偏大而深且倾斜度较大，便于填充和单个提取；二是使用硅胶成本过高，整个面连接在一起不易提取，还可能会使硅胶模的薄处撕破。综合考量，我们选取了石膏和硅胶相结合，先分开制作再拼合翻模的方法，这样较为经济和稳妥。这里说的拼合翻模，即用石膏填充脚印坑洞，后在脚印上部及较浅脚印表面刷硅胶模，提取完毕后再将二者拼合一处，加以复制翻模。

（二）工具、材料的选取和采购

方案确定后，就是所需原料和工具的选取和采购。

（1）工具的选取和采购，主要使用刷子（大的、小的，用于刷硅胶、树脂和隔离剂凡士林）、电子称（用来称量原料，以做搭配比例的衡量）、桶或盆（用来盛装和搅拌石膏、硅胶和树脂）、剪刀（剪裁纱布和玻璃钢）、塑胶手套、口罩（材料气味刺鼻，看个人体质等身体适应情况，以免引起不适）、标号笔、卫生纸、塑料薄膜（用来隔离、保温、保护或遮盖遗迹面）。采购的数量根据具体复制模具的面积大小、薄厚和参与人员的数量而定。

（2）材料的选取和购买，主要是硅胶（和与之搭配的固化剂即硫化剂、催化剂）、石膏、树脂（和与之搭配的催化剂）、纱布、玻璃钢、丙酮（主要用来清洗刷子上的硅胶）、凡士林和白乳胶。硅胶原材料按物理性质可以分为固体硅胶和液体硅胶。我们用的是液体硅胶，其特点是耐高温，耐腐蚀，抗撕拉性强，仿真精细高；有半透明，乳白色，浅黄色三种色泽的，其中半透明的透明度好，抗拉力强，成本当然也偏高一些。我们选取的是半透明色硅胶，其特点是韧度好，硫化快（硫化即硅胶与硫化剂发生化学发应的过程，硫化剂是能够使硅胶分子链起交联反应，令线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性剂强度增加的物质。除了某些热塑性硅胶不需要硫化外，天然橡胶和各种合成橡胶都需配入硫化剂进行硫化。硅胶经硫化后才具有宝贵的使用价值，力学性能大大提高，从而达到我们需要的硅胶模具的效果）。通常可在当地的实体店面或网店购买，质量可以保障。

需要注意的有三点。一是固化剂和催化剂在购买硅胶时厂家都会按比例配送，如若不够可另行购买，在实际操作中常常不够使用而要增加用量，这方面在复制模具前需要先做一下实验，因为每一批产品的质量可能会有细微的差别，另外天气温度、湿度等综合环境因素也有影响，一般来说，温度越高，硫化性越好。二是纱布的空隙大小也有选择，其主要是起到加固和韧性支撑作用，空隙中等不能过小，会影响到硅胶的刷摸和硫化速度，小了硅胶不好刷摸，每一层的衔接也不好，会有空隙和气泡；大了会使模具的韧性降低。三是玻璃钢的裁剪尺寸应依据复制模具的大小和遗迹面凹凸起伏度而定，大小适宜铺垫和相互衔接，起到加固支撑的作用。裁剪时应戴好手套，防止玻璃丝刺入手腕等部位，引起瘙痒等不适反应。

二、模具制作流程及要点

（一）石膏、硅胶和树脂三种材料的凝固和硫化实验

在做模具前应对三种材料的具体搭配比例和凝固或硫化时间做适量的试验，这一步至关重要，直接影响整个模具的复制效果和成败。因每一批材料和配料都存在硫化时间方面的差异，仅按照相关搭配比例进行调配使用是不够的，会影响到整个模具的制作。同时因硅胶和树脂的干固受天气、空气湿度和风沙的影响，建议在开始对脚印遗迹进行复制前，做一下调试实验，以确定下面的具体工作程序等都在可控范围之内，否则会对脚印遗迹造成不可估量的破坏，即复制工作的失败，从而违背了我们工作的初衷，得不偿失。

（二）脚印遗迹面的清理和保护

首先在脚印遗迹模型制作前，先要清扫好模具复制的遗迹面，不留任何沙粒或沙土等，最好选晴朗暖和且无风或小风的天气，若有风沙，则会影响到模型表面的光滑整洁以及硅胶的粘稠度，若出现坑洼等，也会影响整体效果。其次在遗迹面清理干净后，要使用涂抹隔离剂（我们实验结果还是凡士林的效果好，以工业用凡士林为最）进行工作，这个程序既是对遗迹面的保护，可尽量减小对遗迹面造成的破坏，也便于下一步刷模硅胶和后期硅胶模具的揭离、提取的需要。

（三）脚印遗迹的模具复制

其具体过程包括四个步骤：

（1）脚印遗迹坑洞的石膏填充

先用水搅拌好石膏，粘稠适度，不宜太硬或太稀，如此便于填充和干固，不易开裂缝，后逐个填充选定的动物脚印遗迹坑洞、树枝划痕等遗迹，脚印坑洞不要填充过满，以方便和硅胶模拼合使用。填充完毕后，对填充好的脚印遗迹进行逐一编号、记录，编号要对照之前的鉴定和编号顺序。可在石膏干固前在其裸露的表面用小刀刻划或用编号笔书写好标号，为下一步的拼合工作做好准备。

（2）脚印上部及较浅脚印表面刷硅胶

脚印坑洞石膏填充

这一步共需三到四次交替刷硅胶、铺纱布后成型。在石膏干固后，再次清理好遗迹面，接着在石膏模或模种上涂上隔离剂（或工业用凡士林），用干净的纯棉布或刷子沾上凡士林均匀地涂在石膏模上，保持30分钟使模种充分吸收凡士林。紧接着按配方将硅胶调好，硅胶调配时应按不规则方向进行搅拌，使固化剂和硅胶充分混匀，尽量减少空气混入胶内。硅胶配好后应及时涂抹制模。将胶液用滴流的方式倒在模种的最高部位，让其自然流淌，流不到位的地方用油画笔或大一点的刷子刷模并刷到位，使硅胶充满整个遗迹面，每一层硅胶的厚度约为1mm。待半小时或一小时或更长时间硫化后（硫化时间看搭配的固化剂比例和天气等原因），才能刷下一层，在刷第三层时要在第二层上面加一层纱布来增加硅胶的强度，但若为增加整个硅胶模的韧性和强度，可以在刷完第一层后就铺一层纱布，后刷第二层硅胶。

脚印面表层刷硅胶

脚印模具制作中刷树脂后雏形

要注意的是，将固化剂按重量比（一般是1.5～2.5%）称量后加入容器中进行混合，充分搅拌均匀；但具体操作中应以事先的实验数据为准进行比例调配，直至混合均匀为止，一般需3～5分钟。固化剂用量相对少时，反应时间加长，反应充分，胶体就好。拆模时间10～15小时，但还得看当时的天气等综合因素而定。另外人手也要充足，如至少4人以上合作，需要有专人负责勾兑胶、刷胶、铺纱布等，同步配合进行，以达到最好的效果。若到收工或其他原因硅胶还未硫化，就得用保鲜膜遮盖，再用床单布和塑料布盖好后，以防沙土进入和天气突变等因素的破坏。

（3）刷树脂以加固支撑整个模具

硅胶软模具制作完成后还要制作石膏或者玻璃钢外套来支撑硅胶软模，我们这里使用的主要是树脂和玻璃钢外套，因为其面积较大再辅以木头条做整体支架支撑。具体先在已经硫化完毕的硅胶上涂一层凡士林作为隔离，接着再倒入树脂刷匀。树脂的凝固较硅胶快很多并且稀薄、流动性好、较易刷开，待第一层树脂干固后，铺一层玻璃钢，再刷一层树脂，这样重复刷3层树脂，铺2层玻璃钢凝固后，整个模型的外壳支撑模具就成型了。

表层树脂模具制作完成和成功提取

要说明的是操作树脂时如同硅胶，在第一层凝固后再刷第二层。其中层数的选择主要看模具的大小，其次是树脂涂刷的厚度来定，我们刷得相对较厚。为了坚固和便于搬移，我们又把粗木条固定在树脂模上做支架支撑，这样可以把模具从地表整体取下来，搬动到可以保存的室内或其他地方。

（4）模具的提取

首先是树脂模具的提取，原则上是与硅胶模揭离，单独提取，后再拼合，但我们的整体模具面积较大，为了操作方便我们就和硅胶模具同时提取了，这样也便于下一步直接利用，省去了再拼合的程序，不过在其他应用中要看模具的具体情况而定。

其次就是石膏模具的提取，这工作较为繁琐一些，需要一个个地从地层中挖掘出来，对遗址地层有一定的破坏，但也是无奈的选择，只能尽量减少破坏的程度，另外石膏坚硬易碎，需要非常小心地提取、摆放和记录好编号，为后续工作提供参考。

同时还需对伴生的土方进行逐方过筛清洗，以便挑拣出有可能共存的小的标本化石等，当然其他遗址遗迹的操作或许不包括此项。

三、翻模工作

（一）石膏模和硅胶模表面的清洗图

一是石膏模的清洗，主要是其表面粘连的遗址地层泥土，比我们预想的难度大多了，石膏和泥土粘接得很牢固，很多泥土用水也洗不掉，只能用手铲、牙签等工具一点点地剔除，费时费工，但也没有更好的办法，另外有些石膏的干固也不是很好，易碎，需要非常小心。二是硅胶模表面沙土等粘接物的清洗，很多部分粘连紧密。我们先用洗车用的电动冲洗机，冲洗硅胶模型上的泥土，后用手铲一点点清理一遍后,再用水枪逐一冲洗一次，再用手铲等工具慢慢清理，因这一表面干净、光滑直接影响到未来翻制模具的脚印遗迹效果，相对要求会很高。另在其他实际工作中按实际情况采取措施。

剔除石膏脚印模上粘连的沙土

模型制作中刷硅胶

复制基本成型的硅胶模具

（二）石膏与硅胶模具的拼合

主要是把分离提取出来的单个石膏模与整个硅胶模逐次拼合好，并把缝隙填补固定。我们主要用石膏对大的缝隙进行了填补和固定，小的缝隙等用白乳胶填补修整，效果不错，完毕后，再将整个面清理干净，就可以进行下一项工作了。

（三）刷硅胶模

这是整个翻模工作的重点，主要包括三个方面：

首先还是要涂抹隔离剂凡士林，整个面上涂抹一遍，涂抹程序和之前模具制作工序一样。

其次就是搅拌和刷硅胶、铺纱布，这样交替刷三次硅胶，铺两层纱布，详细的层数要看翻模的面积大小和具体要求，韧性、强度够好就行。我们制作中整体硫化效果还是比较不错的，只是凸起的石膏脚印倾斜的那一侧纱布多有翘起，和上一层硅胶分离开了，不是很好处理，需要耐心细致地固定、涂刷。关键是担心最后完工揭离时，较薄处硅胶撕破，但结果比我们料想的要好很多，并未出现这种情况。

另外在实际操作中，可以先刷一层很薄的硅胶，紧接着铺上纱布固定，这样就可以粘固住纱布不移动，便于下一步大量刷硅胶，既快捷又平整，只是做起来比较费时。

（四）刷树脂模

这一工序也是为做好的硅胶模具，起加固和支撑作用，步骤同上述方法。值得注意的是，由于树脂是固定没有韧性的固化物，因此在刷树脂之前，必须确认没有任何向内倾斜的斜面，因为向内的斜面如果刷上树脂变硬之后会导致无法脱模。如果有这样的斜面，则用纱布“搭桥”以达到脱模的目的。树脂刷制的具体层数依据翻模的面积大小和厚度，足以支撑整个硅胶模型就好，我们在操作中刷了三层树脂和铺了两层玻璃钢，达到了很好的支撑效果。

复制成功揭离的硅胶模具局部

四、结语

乌兰木伦遗址所处的地理位置，使其在结合科研的社会功能发挥方面拥有得天独厚的条件。《鄂尔多斯乌兰木伦遗址保护总体规划》和《乌兰木伦考古遗址公园规划》已获得鄂尔多斯市政府常务会议审议通过，近期乌兰木伦遗址被公布为内蒙古自治区十大考古遗址公园之一，这些都将促使遗址建设成为集考古遗址公园、博物馆、史前考古研究中心、科普文化传播中心于一身，同时具备文化遗产发掘、展示、研究与开发、公共文化服务等多项功能的社会单元。而所有这些，都需要长期、扎实考古发掘成果的强力支撑。而此次对遗址出土动物群脚印和植物化石遗迹的复制、翻模工作，为这些目标的实现提供了保障和可能，是遗址工作至关重要的一环。

此外，对于文物和遗址、遗迹现象的模型制作工作，还有以下两点需要注意：

首先，使用硅胶等材料对文物进行复制是为了使珍稀的文物、遗迹等能得到更好的保护和保存，令其充分发挥作用。在文物复制工作中，复制品成型模具的制作是一道不可缺少、技术要

求较高且复杂的工序。有机硅材料形式繁多，有液态的和固态的。历史文物的复制中多使用液态硅胶，其特点是流动性好，粘度低，容易操作，拉力好，模具不变形，不伤文物，且易保存长久。其次，用石膏制作模具的工艺在文物保护界早已广为应用，但由于石膏制模的复印性和脱模性局限,对复制那些纹饰精细，图案复杂，凹凸面深的文物，存在一些困难。另外石膏质地硬，不具弹性，易碎且较重，脱模不方便。脱模时，难免使石膏残留在文物纹饰图案的凹处。这样，往往在清除石膏残屑时容易将文物损伤，不能确保珍贵文物的安全。

致谢：本次工作得到中国科学院战略性先导科技专项项目“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”（批准号：XDA05130203）和中国科学院古生物化石专项发掘经费和重点部署项目经费的共同资助。参加此次复制翻模工作的人员有鄂尔多斯文物考古研究院的杨俊刚、李双、包蕾、古日扎布,澳大利亚伍伦贡大学的胡越（原单位是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）和青海省文物考古研究所卢悦；中国科学院古脊椎动物与古人类研究所周国平高工和张韶光技师给予技术指导，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所侯亚梅研究员和内蒙古师范大学历史文化学院刘扬博士对本文写作的提议、修改和帮助；鄂尔多斯文物考古研究院的领导对此项工作给予了大力支持和关注，在此一并表示感谢。