浅谈无损检测技术在考古现场中的应用

□梁萍 王岳

前言

文物在出土过程中，由于环境突变呈快速劣化趋势，考古现场获得的即时信息往往受到技术条件、时间和空间的限制，需要不断引进新的技术手段来解决相关问题[1]。因此，利用现代分析技术对考古出土文物进行现场调查分析也是文物保护过程中十分重要的一步。

一、适合考古现场的分析技术

随着科学技术的发展，各种新的检测仪器层出不穷，但常规实验室的文物调查和分析手段容易割裂文物当前状态与出土状态的联系，在实际工作中存在许多不足。一方面文物一出土，受到周围环境突变的影响，文物材料性质发生快速变化，导致原有信息发生改变或遗失；另一方面，文物的珍贵性也无法满足以样品消耗为代价的分析要求，文物的特殊属性决定了即时、无损、便携的调查和分析方式更适合考古现场的检测分析[2-6]。

二、考古现场出土文物现状及存在的问题

文物在考古发掘之前，长期处在一个无光、缺氧、湿度很大甚至长期浸泡在水中或温湿度基本不变或变化不大的平衡体系中，发掘出土后环境突变，会使文物受到严重甚至是毁灭性的损害[7]。文物的劣化，是多种因素作用的结果，尤其是文物出土阶段的劣化更是如此。除与文物出土前后的环境变化密切相关，也和文物本身的材料性质有直接关系，因此，除了对文物进行现场应急的稳定性处理，考量文物的埋藏环境和认识文物出土时的材料特征也是综合研究病害产生原因的前提，对文物保护有重要的意义。

三、无损检测技术在考古现场的应用

1.埋藏环境

文物在出土之前，已与埋藏环境建立了平衡体系，考古发掘时平衡体系被打破，势必造成文物的劣化，主要影响因素如下：

（1）含水量

水是影响出土文物劣化的重要因素之一。出土漆木器、象牙和骨质文物失水后，会发生严重的收缩、弯曲甚至断裂；纸张、羊皮纸、皮革和纺织品，在失水情况下会发生脆化现象，失去韧性导致纤维的断裂；水分也是金属发生电化学腐蚀的主要因素之一。与之相反，在含水率较高的条件下，文物表面及周边环境湿度较大，适宜霉菌和真菌的生长，可能造成生物病害的发生。大部分文物的保存状态与其自身含水率或埋藏环境中的水分有直接关系，吸收水会发生膨胀，反之会发生收缩，这个过程材料的性质会发生很大变化。

（2）温度

温度对文物的影响是指通过文物分子之间的相互转变和一定的化学反应而导致文物状态出现变化的现象，其主要表现为温度过高时，加速了各种物理化学变化，从而加速了文物的劣化；温度过低也会造成文物的收缩变形等。而温度的忽高忽低，如冷气状态和平常温度状态切换过快，会引起不同材料之间的热胀冷缩现象，致使文物衰变。

（3）含氧量

氧气对脆弱质文物的氧化蚀变和微生物的生长起着非常关键的作用。氧气是氧化反应产生的主要条件，氧化作用造成文物材料的劣化现象，在金属质和有机质文物上表现得最为明显，氧气也是微生物产生的重要条件，有机质文物受微生物劣化的影响最为明显，表现为霉变、腐烂、腐朽等劣化现象。

（4）易溶盐

相对湿度较高的条件下，易溶盐会吸收空气中的水分溶解，相对湿度降低时重新结晶。易溶盐结晶发生在文物内部的孔隙中，结晶作用会严重影响文物材料的强度，盐结晶聚集于文物表面时，会对文物的表面造成损伤。

（5）PH值

酸度对地下文物的影响很大，如蛋白质容易受碱性的影响，而纤维素则容易受酸性的影响。一般来说土壤腐蚀速度随着pH值的降低而增大，土壤酸度对有机质文物和铁质文物的影响较大[8]。

（6）光照

光照会对文物造成严重的、不可挽回的损害。在考古发掘现场，原本处于黑暗环境中的文物遭到太阳光的照射，阳光中的紫外线可能对文物造成较大的损伤。有机质类文物对光很敏感，如果过多的暴露在光照条件下，会引起褪色和结构性损伤，而彩绘类文物在光照条件下也会引起褪色和变色现象，因此，考古发掘现场需要进行光强度的监测工作，并做好应急处理预案[9]。

总之，考古现场中文物的埋藏环境和现场环境的信息尤为重要，需要及时记录保存，不同检测内容对应的无损检测技术总结如下：

检测内容 检测仪器 对文物的影响 检测对象温湿度 便携温湿度计 引起文物热胀冷缩、湿涨干缩，易霉变，金属易锈蚀 周围空气光照 照度仪、紫外辐照仪 光照中的紫外线会引起文物的褪色、变色或结构性损伤 周围空气含水率 红外水分测定仪 引起文物膨胀收缩，易霉变，金属易锈蚀 埋藏土壤可溶盐 便携式离子色谱仪 易溶盐结晶会影响文物材料强度，金属易腐蚀 埋藏土壤微生物 便携式显微镜 霉变、腐烂、腐朽 埋藏土壤酸度 PH计 土壤腐蚀随PH值的降低而增大 周围空气、埋藏土壤

2.文物本体

现场出土文物要求调查分析方法原位、无损，同时要保证分析的时效性。我国文物类型多样，文物本体的材料组成也非常丰富，为基本满足对文物本体的科学认知，需要从不同角度、运用多种方法综合分析文物形貌、元素特征、成分组成等信息。

目前，文物无损分析技术在考古现场主要用于文物的成分分析、微观形貌、结构、影像等方面，常用检测分析方法归纳如下：

检测内容元素成分分析物相形貌物理特性分析 结构色差其他检测方法便携X射线荧光光谱便携红外光谱、便携拉曼光谱、高光谱、多光谱便携式显微镜超声波探伤仪、红外热像、探地雷达、X探伤、CT扫描便携色差仪多光谱检测目的 检测对象用于检查文物的元素组成，从元素特征上区分材质。用于检测文物的材料组成，获得更为准确的文物材质信息。用于文物微观形貌的观察和记录，间或反应文物病害特征。用于调查文物内部结构，通过获得的图像解读文物材料结构、制作工艺和病害特征等信息。用于对物体的色度进行测量针对有机质明显的荧光反应文物本体

（1）文物的物相分析

所谓物相分析是指对物质中各组成成分存在的状态、形态、价态进行确定的分析方法。以显微激光拉曼为例，冯泽阳等[10]对2000年以来拉曼光谱在考古中的应用进行了分类总结，这一技术在考古领域的使用为文物的年代推断、真伪鉴定、产地判别、保护修复等都提供了科学依据。

（2）文物的元素组成分析

化学组成分析是指对样品中所含元素种类及含量进行的一种定性和定量分析。文物研究中一方面要分析文物成分确定其材质，另一方面在分析文物材料损坏的过程和探讨机理时也要了解其质变产物的成分，最后对于保护效果的评价也需要通过成分的变化与否来判断。

以X射线荧光光谱为例，Kim等[11]对第19世纪韩国黄龙寺绘画样品的颜料进行了X射线荧光分析，通过各个颜色的特征元素指向相应的矿料来源。

（3）文物表面形貌观察和显微分析

在文物的结构和工艺研究中，显微结构分析是一种不可或缺的方法和手段，可使人们直观、细微地观察文物表面和内部结构。超景深显微镜是目前光学显微镜中性能最为优越的一种显微分析手段，主要优势在于可实现基于景深的非接触三维测量，无需制样，对样品大小也无要求，可用于各类文物的立体形貌观察与记录。

（4）文物内部和表面的影像分析

在文物研究和修复保护中，需要透过表面观察文物内部或表面的影像信息，越来越多的现代工业手段被引入文物的观察环节。2004年，马振智，[12]等人采用工业CT对陕西历史博物馆馆藏古代棘轮进行了分析。2009年，杨益民采用显微CT技术对古代石质文物钻孔技术进行了研究[13]。

四、无损检测技术存在的问题

无损检测分析以其无损或低损伤，针对文物埋藏环境及文物本体在考古现场的研究有着极大的优势，但仍存在其自身的局限性及有待改进的问题。

1.仪器检测数据的准确性问题

很多无损检测技术是以缩小探头的检测范围或者样品用量为前提来成就仪器的便携性能的，会导致仪器的精准性降低。

2.专用数据库欠缺

考古现场文物组成相对复杂，没有实验室检测前的样品处理过程，所以针对便携式仪器检测专用的校准及其标准数据库建设方面仍要进行大量基础研究工作。

3.后期数据整理及其信息应用方面

无损分析技术对于诸多仪器采集提供的信息，如何科学规范的抽提可靠信息，指导文物保护实践工作，还需不断完善相关技术规范与应用标准。

[1]于宗仁《文物保护移动实验室功能构建及其综合分析方法应用》，兰州：兰州大学，2017年。

[2]罗曦芸、叶菲、吴来明等《便携式拉曼光谱用于文物及文物保护材料光老化作用的快速评价》，《文物保护与保存科学》2010年第9期，2046～2048页。

[3]王丽琴、党高潮、赵静《光导纤维反射光谱技术在彩绘文物颜料无损分析鉴定中的应用》，《光谱学与光谱分析》2008年第 8期，1722～1726页。

[4]徐文娟《无损光谱技术在纸质文物分析中的应用研究进展》，《文物保护与考古科学》2012年增刊1，41～44页。

[5]韩炜师、王丽琴《光谱分析技术在彩绘文物颜料分析中的应用》，《文物保护与保存科学》2012年第12期，3394～3398 页。

[6]魏璐、王丽琴、周铁等《无损光谱技术在彩绘陶质文物分析中的应用进展》，《文物保护与保存科学》2012年第 2期，481～486页。

[7]M C Ganorkar,based artifaets[J].V P Rao,P Gayathri,et al.AStudies in Conservation,1988,novel Method for conservation of copper-33:97-101.

[8]于群力、杨秋颖《文物病害与保存环境》，《文博》2005年第 1期，24～27页。

[9]Fergus Read,罗晓东《光照对文物的影响以及预防性保护》，《艺术市场》2009年第 6期，56～59页。

[10]FEND Ze-yang,ZHANU Wei-hong,ZHENU Ying,et al(冯泽阳，张卫红，郑颖等).The Journal of Light Scattering(光散射学报).2016，28[C]:27.

[11]Kim Minjung,Lee Jihye,Doh Jung-Mann,et al.Surface and Interlace Analysis,2016，48.409.

[12]马振智、张健、杨军昌《陕西历史博物馆藏古代棘轮的工业CT检查与分析》，《考古与文物》2004年第3期。

[13]YIMINYANG,MINYANG,YAOTINGXIE,Application of Micro-CT.A New Method for Stone Drilling Re-search[J].MICROSCOPY RESEARCH AND TECHNIQUE 72:343-346(2009).