一件北票鸟化石的保护与修复

摘 要 对深圳博物馆所藏的一件北票鸟化石进行了病害调查，其主要病害是化石断裂为两部分，且石质脆弱。根据X射线荧光能谱分析、X射线衍射分析、显微观察、X射线探伤分析的检测结果，并参照文物保护的基本原则，制定了科学的保护修复方案，使化石恢复完整形态，达到安全保存的目的。

关键词 化石 病害 检测分析 保护修复

0 引言

鸟类化石是研究鸟类起源和进化历程的最直接证据[1-2]。1996年，我国辽宁省朝阳市的北票挖掘了中华龙鸟化石，其所在层位低于产孔子鸟的地层，该化石具有的原始特征表明它足以与在德国出土的始祖鸟相提并论[3]。值得注意的是，在此区域发现的中生代鸟类化石的沉积环境是湖相的火山灰沉积，由于周期性的火山喷发和河湖的沉积作用，罕见的羽毛及其他皮肤衍生物都被保存为精美的化石。

深圳博物馆收藏了一件北票鸟化石。从鸟的骨骼来看，胸骨扁平，尾长，尾翼发达，羽轴细长，羽枝纤细，这些特征符合我国早期鸟类化石的研究成果[4]。这件化石被定为三级文物，为相关研究提供了重要的实物资料。目前这件化石损坏严重，石质脆弱，亟需进行保护修复。我们参考前人经验，首先分析其病害特征及成分结构，然后借助大量而充分的前期实验选择合适的修复材料[5]，试图采用机械法，通过专业的化石修理工作，将古生物的骨骼恢复真面目。

1 文物科学分析

1.1 保存现状调查

如图1所示，这件化石整体断裂为两个部分，在背面被一条长为21.5 cm的裂缝贯穿，并有大量碎片;化石的表面出现片状剥落情况，剥落面积为2 cm2;化石的正面覆盖少量附着物;化石的背面出现轻微表面粉化剥落情况，剥落面积为4 cm2。

1.2 检测分析结果

从这件化石上选取4块样品。其中，样品1包含脚部骨头，样品2为化石正面的最外层，样品3为化石内层，样品4为化石背面的最外层。

（1）元素分析。

通过检测X射线荧光光谱的特征峰，对样品元素进行定性和半定量分析。实验仪器为日本Niton公司生产的XL3t 950便携式X射线荧光能谱分析仪。

由表1可知，这件化石的骨质部分包含Si、P、Ca三种元素。骨头周边石质的主要元素为Al、Si、P、K、Ca、Ti、Fe。化石非骨质部分的黑色区域相比其他区域，Si含量较低，Ca含量较高。在样品4背面黑色区域发现了V，符合水泥的构成，可能曾将水泥用于岩层之间的加固。此外，未检测出Cl，故无需脱盐处理。

（2）物相分析。

通过X射线在晶体物质中的衍射效应，分析样品的物相和晶体结构。实验仪器为德国Bruker公司生产的D8 Advance SS X射线衍射仪。

由图2可知，这件化石的表层物相组成包括二氧化硅（SiO2）、透长石（以K[AlSi3O8]为主）、亚硫酸钙（CaSO3）、云母（以KAl2[AlSi3O10][OH]2为主），與X射线荧光能谱分析的检测数据相符。其中，透长石和云母均为主要造岩矿物。亚硫酸钙来源于石头等自然物，具有还原性，可用作漂白剂、钙塑板填充料等。此外，未检测到有机成分，故加固时可用有机试剂，不会影响化石生物信息的提取。

（3）显微观察。

通过具有正像立体感的目视仪器，观察化石骨质和周边石质表面的微观形貌。实验仪器为德国Leica公司生产的S8APO体视显微镜。

由图3可知，这件化石的骨质有细小裂纹。当骨骼化石暴露后，或多或少会发生破裂，通常沿着骨质纤维延伸的方向裂开，需要覆盖一层清漆作为保护膜[6]。周边石质粗松，并不致密，有较多孔洞，堆砌了灰色、黄色的颗粒物，且有不少沟壑状纹理，可视为风化痕迹。从样品侧面观察到化石制作时发生分层，中间夹杂着一定量的玻璃质感颗粒。因此，必须对该化石的骨质和石质进行加固处理。

（4）X射线探伤分析。

基于X射线的穿透能力，观察化石骨质嵌埋情况以及内部是否存在缺陷。实验仪器为德国YXLON公司生产的MG226/4.5 X射线成像系统。

由图4可知，化石内部有多条缝隙、裂纹，所以修复操作时要格外小心。从平面视角来看，这件化石的非骨质部分成分均匀，X光片上显示的黑白对比情况主要是由于部分区域的剥落、残断。此外，该北票鸟化石较为完整，内部未观察到包含其他生物的骨头。

2 修复材料的筛选

2.1 实验材料与方法

修复材料的选择应当视用途而定。这件化石出现了风化现象，有层状剥离，整体材质比较脆弱，若不施以加固，则会变得更加糟糕。此外，经粘接后，即使将所有残片复位，仍然存在部分缺损，需进行补配，补配材料的力学性能要尽量与原基体接近。而对于该化石的裂缝，观察到状态相对稳定，因此暂不予处理。

选择三块化石碎片进行加固实验，将AC33-纯净水、PB72-乙酸乙酯、WS-24-纯净水溶液均配制成5%的浓度，测试加固前后的色度值、硬度变化。同时根据前文检测结果制备仿化石样品，测试三种加固剂在仿化石样品上的渗透深度，并将三种溶液涂刷在载玻片上制成膜层，观察耐老化情况。

另选取三种补配材料，分别为石膏、白乳胶与方解石粉（1：3）、塑形膏（丙烯酸树脂基），制成长条状试样，测试固化后的硬度，与加固后的化石进行对比，并对补配材料进行老化性能测试。

本实验采用日本Konica Minolta公司生产的CR-410色彩色差计测量色度值、上海光学仪器厂生产的HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计测量维氏硬度。利用上海博工公司生产的BG/UV-B老化试验箱开展人工加速老化试验，根据深圳博物馆预防性保护项目的监测数据，处理后的文物一般放置在库房或展厅，紫外线强度在5～15 mW/m2之间，因此选取UVB-351型紫外线灯管，模拟经窗玻璃过滤后的太阳光紫外部分中的中短波长范围，设定辐照度为0.5 W/m2，黑板温度为35 ℃，辐射时长为532 h，模拟时间约为3年。

2.2 性能测试结果

由表2可知，三种加固材料对硬度的改变几乎一致。相对而言，AC33的渗透深度更大，WS-24的抗变色和耐老化性能更卓越。综合考虑，选择WS-24作为加固剂。

由表2和表3可知，塑形膏固化后的硬度与加固后的化石本体更接近，耐老化性能表现也不错。因此，选用该材料进行补配。

3 保护修复处理

3.1 表面清理

利用软毛刷和吸尘器清除化石表面的灰尘，个别区域附着物可用脱脂棉蘸无水乙醇擦拭，也可尝试用喷砂机进行清理，但必须事先在隐蔽处局部试验[7]。

3.2 加固

设法使加固剂浸入化石内部，通过化石毛细孔和裂缝向其内部渗透和粘合[8]。将化石平放，用软毛刷蘸加固剂溶液，多次均匀涂刷在表面，直至加固剂无法继续渗透。同时，详细记录加固的试剂、时间和方法，方便后人查阅。

3.3 粘接

选用的胶黏剂为美国Huntsman集团生产的Araldite 2020环氧树脂，完全固化时间为24 h。抹胶均匀且薄，防止溢胶。粘接时要在粘接面垂直方向施加压力，不能出现错位。操作时利用绷带及布胶带，确保粘接面精准契合。尽量将所有残片都找准位置粘接于化石之上。

3.4 补配

塑形膏不必稀释和调配，可直接用抹刀将其刮涂在化石残缺区域、裂缝，收光压实，注意遵照标本弧度，做到整体协调。材料固化后，用手术刀和打磨机进行整形，再用粗砂纸、细砂纸依次打磨补配处，直至平润光滑。打磨时要用宣纸罩住化石基体，防止打磨产生的粉尘粘附在基体表面，甚至进入表面的细微孔洞中，难以清理。

3.5 随色

用白乳胶混合方解石粉和矿物颜料，采用刷涂法分多次上色，使之富有层次感，与化石本体的颜色自然过渡。借助色彩色差计，使补配部位的颜色与基体接近，这样的操作也更有科学依据。

3.6 环境控制

化石表面粗糙，内部孔隙率大，吸水性强，故要防止温湿度的骤变。建议修复后的保存環境：温度控制在20±2 ℃，日波动范围±5 ℃，相对湿度在50%～55%之间，日波动范围<5%，可见光强度<300 lux，紫外光强度<20 μW/lm。另外，要配备一个符合其尺寸形状的囊匣，以避免粉尘造成新的伤害。

4 结语

如图5所示，遵循“不改变文物原状”的保护原则，坚持最小干预，保持文物真实性、完整性，我们对深圳博物馆所藏的一件北票鸟化石实施了有针对性地保护修复，在清理表面后加固整体，粘接断裂部位，对缺损部位进行补配和随色，并定期检查化石的保存环境，将抢救性保护与预防性保护相结合，取得了显著的成效。

参考文献

[1]王少彬，王敏，高伟，等.化石的形成、发掘及标本制作——以鸟类化石为例[J].生物学通报，2011（3）：7-9.

[2]季强，姬书安.原始祖鸟——中国的始祖鸟类化石[J].中国地质，1997（3）：38-41，49.

[3]樊云飞.中国出土早期鸟类化石的研究意义[J].中学生物学，2005（1）：1-5.

[4]季强，姬书安.中国最早鸟类化石的发现及鸟类的起源[J].中国地质，1996（10）：30-32.

[5]刘林西.澄城县出土象牙化石病害机理与加固保护研究[J].考古与文物，2014（6）：100-103.

[6]韩宝鑫.古动物化石的修复与复制[J].北方文物，2010（4）：109-110.

[7]李亚名，张训迪，李强.喷砂技术在化石修复与保护中的应用[C].郑州：中国古生物学会第十二次全国会员代表大会暨第29届学术年会，2018.

[8]王萍，王固生，金萍，等.古生物化石——铲齿象、利齿猪的修复与保护[C].西安：中国第八届科技考古学术讨论会暨全国第九届考古与文物保护化学学术研讨会，2006.

作者简介：牛飞（1986—），男，副研究馆员，主要研究方向为文物保护修复材料与技术，E-mail： 443142695@qq.com。