科技考古学在龟兹石窟研究中的应用

摘要：本文通过大量的科技考古实例，阐明科技考古学对于考古学研究的重要价值，并对科技考古在龟兹石窟研究中的应用作了介绍，同时对更进一步的发展趋势做出推测。科技考古学为传统考古学研究古代社会带来了新方法，提供了新的信息，同时也在一定程度上促进了其他分支学科的发展及社会进步。随着考古学和科学技术的发展，科技考古学将更加广泛地应用在龟兹石窟保护研究工作中，同时不断促进石窟保护研究工作向深化和细化发展。

关键词：科技考古学;考古学;现代分析技术

一、概论

“考古”一词最早见载于北魏郦道元所著的《水经注·滱水》之中，北宋著名学者吕大临的金石学著录《考古图》也使用“考古”一词，但彼时之“考古”并非如今“考古学”之“考古”。今之“考古学”虽与金石学有一定的联系，但并不等同。考古学是通过对古代人类活动遗留下的实物、遗迹来研究古代人类社会历史的一门学科。中国考古学在中国学术史上颇具传奇色彩，近代敦煌遗书和殷墟甲骨文的相继发现，以及外国各探险队在我国西北乃至中原地区的频繁活动，促进了中国近代考古学的发展。经过百余年的发展，中国考古学界涌现出了一大批杰出的考古学家，取得了举世瞩目的考古成果，中国考古学已趋于成熟，并正在对世界考古学的发展产生极大的推动作用。

随着科技迅猛发展，科技考古学的优势日益显现，多学科交叉已成为现代考古学的一大特征。科技考古学不仅推动了中国考古学的国际化进程，拓展了考古学研究的深度和广度，也为中国考古学研究提供了新方法和新视角。自夏鼐、王振铎、仇士华、柯俊等先生将碳14测年、电子探针扫描等科学分析检测手段引入考古学以来，科技考古学近70年来发展迅速、成果丰硕，不断深化考古学的研究范围和深度。20世纪末，袁靖先生系统回顾了50年来科技考古不同研究领域取得的丰硕成果。进入21世纪后，科技考古学呈现出了贯穿考古学研究始终、参与人员多学科化、理性化、科学化、精细化以及世界交流合作更为频繁的新特点，而科技考古学对于考古学的重要价值也日趋凸显。

二、科技考古学的重要价值

1.科技考古学拓宽了考古学的时空范畴。传统考古学多在陆地进行调查勘探、发掘整理、归类总结等考古研究工作，而科技考古学勘探不再拘泥于时空的限制，深化了考古学的研究深度。如福建博物院考古研究所、中国国家博物馆水下考古研究中心、福州市文物考古工作队曾联合对长乐市东洛岛沉船遗址进行水下考古调查，并出版了考古调查报告。发现于1987年、并在2007年成功打捞出水的“南海一号”沉船，就见证了我国水下考古事业的从无到有、从弱到强的发展历程。张建提出的GIS技术为揭示聚落的发展与演进规律及古代社会的复杂化进程研究提供了最新的技术支持。

2.科技考古学能提供更精确的手段和信息。近年来随着科技信息技术的快速发展，新型仪器、分析技术及信息处理技术也更快速地被应用到科技考古和考古学的研究之中。如易德生用异常铅追溯锡铅铜多金属矿的方法分析判断锡料产地;魏国锋、李乃胜、金正耀等人也利用科技考古手段对矿料来源研究进行了探讨;杨益民认为利用蛋白质分析可为古代生物资源的利用提供丰富信息;张国文提出以古食谱分析为代表的科技考古学研究手段，必将在未来的中国考古学研究中有更为广阔的应用前景。

3.科技考古学提高了考古研究效率。例如利用遥感和地面探测技术，可以覆盖更大面积且快速发现的古代遗存。遥感考古主要成果简单列举如下：第一，袁靖等利用遥感考古技术研究了北京地区古长城、安徽明中都城、寿春城、湖北纪南城与郧城的形制及城墙、城门、护城壕的关系。第二，刘树人等通过分析和解译江苏和安徽部分地区的遥感航空影像，发现了一定数量的吴文化的台形遗址和土墩墓。第三， 刘建国等对库尔勒至轮台之间的航空影像进行分析研究，探查出22座古城遗址。第四，刘建国等充分发挥各种遥感影像的优势，成功地将安阳殷墟、汉长安城等遗址的航空影像与TM影像进行叠加，并对城址遥感考古技术方法进行了探讨。这些遥感技术极大提高了考古研究的工作效率，同时也能获得更准确、可靠的结论。

4.科技考古学与考古学互相促进、不断发展。科技考古丰富了考古学的手段和方法，促进了考古学研究的不断深化，同时因考古资料、遗迹遗物的不可再生性以及特殊价值，也对科学分析技术提出了更高的要求，从而促进了科学技术的发展进步，也促进了科技考古本身的发展。

三、科技考古学在龟兹石窟研究中的应用

1.龟兹石窟壁画制作材料及工艺研究。新疆龟兹地区自古以来便是多种文化的交融之地，其壁画制作材料与工艺研究对于解析丝绸之路沿线佛教艺术传播、贸易往来和文化交流都具有直接而深远的意义。

20世纪20年代，美国学者Gettens曾用化学方法和偏光显微镜（PLM）对流失海外的克孜尔石窟壁画残块进行研究，认为壁画所使用的主要颜料为矿物颜料，通过观察润湿的样品，认为其胶结材料为动物胶。20世纪60年代日本学者山崎一雄对海外的克孜尔石窟壁画残块的制作材料进行研究，其結果与Gettens一致。20世纪70年代德国学者Riederer使用偏光显微镜、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等手段对海外的克孜尔石窟壁画残块进行研究，除矿物颜料外，还发现了有机染料靛蓝，但由于壁画残块经过有机保护材料处理，未能得到更多信息。

国内方面，敦煌研究院的苏伯民等，采用偏光显微镜（PLM）、X射线衍射（XRD）、剖面分析（cross-section）对克孜尔石窟壁画颜料进行了系统分析，并将分析结果与同为丝绸之路上重要石窟寺遗存的敦煌莫高窟壁画颜料进行对比，总结了两处石窟寺壁画颜料使用特点及异同。通过偏光显微镜将克孜尔石窟使用的青金石颜料与来源于阿富汗地区的青金石标本作了比较，结合文献研究，推测克孜尔石窟使用的蓝色颜料青金石来自阿富汗地区;通过对克孜尔石窟壁画中绿色颜料的研究推测其为人造的氯铜矿。这表明人造氯铜矿在新疆石窟寺壁画中的使用可追溯到公元3世纪左右。

苏伯民等使用高效液相色谱（HPLC）对克孜尔石窟的颜料样品中的胶结材料进行分析，得出所含胶结材料为动物胶。结合同为丝绸之路沿线石窟寺的敦煌莫高窟壁画中的动物胶为牛皮胶，推测克孜尔石窟壁画中也应使用牛皮胶作为胶结材料。

李英亮、叶梅等利用X射线衍射、X射线荧光、剖面显微、激光拉曼对库木吐喇石窟8个窟的壁画颜料、白粉层及地仗层进行了分析，探明了库木吐喇石窟壁画制作工艺流程及其所使用的颜料种类。

王玉等利用光谱技术、显微观察等科学分析仪器及方法，对库木吐喇石窟壁画颜料进行了分析研究。同时对库木吐喇石窟壁画铅颜料进行了分析，并初步揭示了库木吐喇石窟壁画中铅丹的变色现象及变色规律。

刘柳、叶梅等采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜与能量色散X射线分析（SEM-EDS）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）等科学方法，对克孜尔石窟新1窟中使用的颜料和有机涂层进行了分析。结果表明，绿色颜料是副氯铜矿，白色颜料是石膏，蓝色颜料是青金石。

随着科学技术的不断发展，科技检测分析技术和手段在龜兹石窟保护研究中也在不断发展和深化。专家学者也在基础分析检测的基础上，不断挖掘龟兹石窟壁画制作工艺、制作材料背后所反映的古代社会生产生活、物资贸易及文化交流交融与传播。

周智波等通过X射线衍射、能谱扫描电镜、红外光谱、酶联免疫吸附测定手段对克孜尔石窟出土的蓝色颜料进行分析，证实了该蓝色颜料由天然青金石制成，并首次发现了植物胶作为胶结材料。通过与王进玉、伏修锋等人对阿富汗青金石矿石微量元素测定对比，推断克孜尔石窟出土青金石颜料的原矿石可能产自阿富汗。

我们通过质谱、红外光谱、拉曼光谱、高效液相色谱等手段，对克孜尔石窟171窟的贴箔材料进行了深入的调查，除首次在克孜尔石窟壁画中发现了锡箔外，进一步对锡箔和金箔的粘接材料分析表明，干性油用作贴锡箔的粘结材料，而虫胶用作贴金箔的粘接材料。结合对锡箔表面材料的初步分析推断，这极有可能是一种仿金技术，在中国文献、中亚的佛教遗存和西方的研究报告中，也有类似锡箔仿金技术（11世纪左右），但克孜尔石窟是目前最早发现这一技术的古代实物遗存，体现了古代材料、技术、文化沿丝绸之路的交融与传播。

2.科技考古探测技术在龟兹石窟研究中的应用。克孜尔谷西区窟前有较厚堆积层，利用地球物理探测手段，确认堆积层下仍有洞窟掩埋。龟兹石窟寺及佛寺遗址保护范围内仍存在窟前堆积掩埋、遗址风化坍塌堆积区域，利用科技考古探测手段，可以快速准确地获知石窟区堆积埋藏情况，再结合物探等手段，能掌握更详细和具体的定位，为后期的田野考古工作提供准确指导。

3.考古测年探索龟兹石窟绝对年代。龟兹石窟绝对年代研究面临极大困难与挑战，主要表现在：⑴缺乏确切纪年的洞窟作为参照;⑵缺乏与石窟开凿等相关文献记载。因此科学的考古测年技术，对于石窟绝对年代的划定具有不可替代的作用。新疆克孜尔石窟研究所（原新疆龟兹研究院）曾与北京大学合作，对克孜尔石窟部分洞窟采取了14C测年技术，初步判定部分洞窟的绝对年代，为克孜尔石窟年代序列的建立，初步奠定了基础。

四、科技考古学在龟兹石窟研究中的展望

1.多学科交叉趋势更加明显。开展多学科综合研究，已成为学者们的共识。龟兹石窟的考古、保护研究工作也越来越体现出多学科交叉特点，如石窟壁画颜料的分析研究，除了高科技仪器设备，还涉及化学、光谱学、生物学、文献研究等领域。石窟数字化保护、石窟寺考古研究、壁画保护修复等各方面都体现出多学科交叉的趋势。

2.信息技术的应用更为广泛。现今社会是信息高速、高度发展的时代，出现了数字化保护、无人机勘察测绘、卫星摄影等，而且根据石窟寺考古、保护研究的特殊要求，信息技术的广泛应用，无疑会极大提高龟兹石窟保护研究的工作效率、提高结论的准确性。

3.世界范围的交流合作更为深入。随着考古学和科学技术的进一步发展，考古学家将需要在更广泛的时空内探讨文化的起源传播、人类的繁衍发展及社会形态的演变，因此需要世界各地的考古学家及相关专业人员交流合作。如丝绸之路考古研究、游牧民族文化研究、中亚文化研究等，都需要世界范围内更为深入的交流合作。

4.各分支研究将更为细化、更为深入。以有机物检测分析为例，对古代壁画中胶结材料的分析以往多采用高效液相色谱、质谱、红外光谱、气质联用等手段，可将有机物归到蛋白质、多糖等大类。现今可利用酶联免疫吸附测定快速、准确、便捷地鉴定其蛋白质的种类，进而划定其确定归属，如酪蛋白、蛋白、植物胶等，虽检测仍存在一定的限制，但此类检测手段高效、便捷、准确，将会得到更广泛的应用，也显示考古学中各分支朝着更为细化、更为深入的方向发展。

五、结语

纵观科技考古学的发展历史和诸多应用实例，充分显示，科技考古学自其诞生之日起，其作为考古学研究中重要一环的优势已日趋凸显。随着考古学和科学技术的发展，科技考古学将更加广泛地应用在龟兹石窟保护研究工作中，同时不断促进石窟保护研究工作向深化和细化发展。

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作者简介：

杨杰（1987—），男，白族，籍贯：云南大理。新疆维吾尔自治区克孜尔石窟研究所文博馆员，学士。主要从事石窟寺壁画保护、壁画制作材料及工艺分析研究