奉国寺泥塑X射线照相检测及初步研究

相建凯，马林燕，柏 柯，董少华，张 刚

[1. 砖石质文物保护国家文物局重点科研基地(陕西省文物保护研究院)，陕西西安 710075；2. 陕西省文物保护研究院，陕西西安 710075]

0 引 言

辽宁义县奉国寺始建于辽开泰九年(公元1020年)，初名“咸熙寺”，金代改称为“奉国寺”，位于辽宁省锦州市义县县城东街路北[1-2]。辽宁义县奉国寺与天津蓟县独乐寺、山西大同华严寺是我国现存的三大辽代寺院。大雄殿为该寺的主体建筑，是我国古代佛教寺院中最古老、最大的大雄宝殿。殿内宽大的佛坛上塑有七尊大佛，每尊大佛前均有两尊胁侍菩萨，佛坛东西两端安置有两尊天王像，中央大佛背后的砖坛上还塑有一尊观音像。这些塑像中，除了观音像为明代作品，其余皆为辽代所作。这批彩绘泥塑对于研究辽代泥塑艺术具有重要的历史意义。

奉国寺彩绘泥塑已历经千年历史，虽经历代重妆和补塑，但目前仍存在倾斜、泥层开裂、木骨架外露、彩绘层起甲脱落等问题，因此对其进行保护修复就迫在眉睫。由于历史久远，虽有历代修复记录，但具体修复方法却很少涉及，而且泥塑的具体制作工艺也无法从文献中获得，因此科学检测就成为了解这批泥塑非常重要的手段。X射线照相检测是一种无损检测技术，被广泛应用于各类文物[3-8](对于泥塑可以揭示其内部结构、病害发育以及修复痕迹等[6])，而且还具有检测速度快、检测结果直观等优点，因此对奉国寺泥塑进行了X射线照相检测。

1 检测对象和方法

1.1 检测对象

奉国寺大雄殿供奉的七尊大佛，从东至西依次为毗婆尸佛、尸弃佛、毗舍浮佛、拘留孙佛、拘那含牟尼佛、迦叶佛和释迦牟尼佛(对应编号为F1～F7)，七佛合座通高在8.6 m以上。每尊大佛前均塑有两尊胁侍菩萨分立两侧，共14尊(根据大佛编号，按照东1西2规则，编号依次为F1P1、F1P2、F2P1、……、F7P2)，每尊菩萨像高约2.5 m。佛坛东西两侧各有一尊天王像，高约3.5 m。

1.2 检测设备

X射线照相检测使用的是大连西澳特检测设备有限公司的THX-3006TD型便携式X射线机，其管电压范围为150～300 kV，最大管电流为6 mA，设备照片如图1a所示。成像使用了两种方式：一是胶片成像，胶片型号为爱克发C4.14 in×17 in；另一种为计算机X射线成像系统(computed radiography，CR)数字成像，设备为德国DUERR公司的CRNet/HD-CR 35 NDT Plus，成像载体IP板(image plate)型号为HD-IP Plus 35 cm×42 cm，检测图像的像素大小为100 μm，设备照片如图1b所示。

图1 检测设备Fig.1 Testing equipment

1.3 检测方法

由于大佛、天王和胁侍菩萨塑像的体量不同以及检测方法的限制，因此对它们采用了不同的检测方法。胁侍菩萨体量相对较小，为了获得泥塑内部完整的结构信息，对F4P1和F6P1两尊胁侍菩萨像采用了自上而下分段连续检测的方法，检测塑像全身。具体操作时，将两张IP板并列放置于泥塑背部同时进行曝光，检测完一段后向下检测下一段，上下两段之间有一定的重叠区域。若泥塑局部超出检测区域，还要进行补拍。另外，根据检测目的，还对F2P1、F4P2和F7P2等三尊胁侍菩萨像进行了局部检测。七尊大佛的体量最大，天王像次之，大佛只对F4的手部进行了检测，天王像中只对东天王像的左手和左腿部进行了检测。

1.4 检测图像处理

对于胶片成像获得的检测图像，利用观片灯和数码相机进行了数字化，并适当调整图像的亮度和对比度。对于CR成像系统获得的检测图像，利用设备自带软件进行了细节增强滤镜(high details)和亮度、对比度调整。对于胁侍菩萨像的局部检测图像，还利用Photoshop软件进行了拼接。

2 结 果

泥塑内部组成材料主要包括土、草、木和铁。木头一般是在泥塑中起骨架作用，缠草主要是为了附着和减薄泥层，它们的组成元素主要是C、H、O，两者对X射线的衰减作用相近，为四种材料中最弱的，在X光片中均表现为较暗的阴影。木骨架和缠草在X光片中不可分离，由于木骨架是研究的重点，因此木骨架上的缠草在这里不加讨论。土在泥塑中主要是用来塑型，组成元素较多，主要是非金属元素和轻金属元素，在四种材料中对X射线的衰减作用较强，但由于厚度较大，因此在X光片中较亮。铁包括铁钉和铁丝，主要用来连接木骨架，另外在较小部位也起骨架作用，在四种材料中对X射线的衰减作用最强，因此在X光片中最亮。

2.1 胁侍菩萨

2.1.1胁侍菩萨F4P1 图2a和图2b是拘留孙佛前侧东胁侍菩萨(编号F4P1)的正面和背面照片，图2c是该塑像的整体X光片(由22张局部X光片拼接而成的)。为了方便分析，将X光片中的木骨架、铁钉和铁丝等标记在其内部结构示意图(图2d)中，木骨架为黄色，铁钉为蓝色，铁丝为紫色，特别结构为红色。

图2 胁侍菩萨F4P1Fig.2 Attendant Bodhisattva on the left side in front of Krakucchanda

X光片显示该塑像头部中心出现灰度较暗的阴影，应是木骨架，木骨架上插有12根铁钉，其上还有三条铁丝，两者共同作为宝冠骨架。还有两条铁丝从头部延伸至两肩(中间部分因局部过曝而无法显现)，对比照片后推测这两根铁丝应为宝缯的金属骨架。另外，塑像的眼睛在X光片中表现为较亮的圆形，其材料可能是琉璃。

塑像肩部在X光片中有横向较弱的阴影，阴影上还分布有较多的铁钉，推测在两肩之间有横向木骨架。而在塑像腹部，有竖向木结构影像，从方向上分析，应是头部木骨架延伸至腹部，为竖向木骨架。该竖向木骨架在胸部识别不出，可能是由于泥层干扰和检测角度不佳所致。横向木骨架和竖向木骨架的交叉位置上有一枚较大的铁钉，很可能是用来连接两根木骨架的。在塑像腹部的同一高度上分布有数枚小铁钉，结合肩部横向木骨架上除了中间和两端之外还有数枚小铁钉的情况，推测塑像腹部还有一层木质隔板，木质隔板与肩部木骨架之间还有木质护板。

塑像两臂内都有木骨架，在X光片中表现明显。手臂木骨架通过铁钉与肩部横向木骨架相连，值得注意的是，在左肩上有一枚现代铁钉存在，其形状与古代方钉区别较大。另外，左臂中除了木骨架外，还有一条从肩部一直延伸到手部的铁丝，铁丝和木骨架之间还用细铁丝捆扎。而在右肘部，有一枚铁钉将大臂和小臂的木骨架相连接。右手腕上有一枚铁钉插入木骨架，该铁钉延伸到右手，与法器内的铁丝骨架相连，连接方式是用一根细铁丝将铁钉与小臂木骨架、法器铁丝骨架相捆扎。法器是以铁丝作为骨架，其中还用细铁丝作为辅助。

塑像腿部结构在X光片中不清晰，但可以通过铁钉和木纹进行分析。首先，从头部向下的竖向木骨架在腰部有四枚铁钉分布在木骨架两侧，应是用来连接竖向木骨架和其他木质结构的。其次，在腰部和腿部的两侧分布有四枚铁钉，同一高度两根铁钉的间距远大于上述竖向木骨架的宽度，而且铁钉必须插入木骨架才能发挥作用，所以推断腿部应该存在两根木骨架。最后，在腰部右侧两处、左侧一处还发现了竖向木纹，其位置在中间竖向木骨架之外，因此也证明了腿部有两根木骨架的推测。这里需要说明的是，上面的铁钉连接部位不排除木质榫卯存在的可能，因为即使有木质榫卯，由于其他结构的干扰在X光片中也无法识别出来。

泥塑的X光片，除了包含内部结构信息外，还可以反映塑像病害发育情况。在塑像的宝冠右侧、颈部、右肩、左肩、左臂和左右手腕等部位，都可以发现不同程度的泥层开裂，以颈部、右肩和左右手腕为甚，这些部位都存在一定的安全风险。X光片中塑像的木骨架和金属骨架的边缘大都清晰，说明两者基本上都保存良好，但是塑像右手腕用以连接小臂和手部的铁钉中间位置明显变细，说明该铁钉已经部分锈蚀。之所以该处铁钉会锈蚀，可能是由于该处泥层开裂严重，铁钉暴露在空气和水分之中造成的。因此，塑像泥层开裂不仅影响泥层的稳定，还会进一步影响到木骨架和金属连接件的保存。

最后，X光片还显示了泥塑的一些历史修复痕迹。宝冠右上侧的铁钉(图2d中标红处)其尖端与现代铁钉相同，缠绕上面的铁丝(图2d中标红处)比其他两根较细，结合照片中该位置泥层有脱落现象，推测该处应经过修复。塑像左胸部在X光片中明显发暗，说明此处泥层较薄，可能修复过。泥层减薄处附近还发现有一枚外圆内方的古钱币，杜仙洲先生调查奉国寺大雄殿时也曾在已破的大佛佛脏内拾取过数枚“康熙通宝”[9]，这枚古钱币很可能和它们是同一次维修时留下的。塑像左肩发现有一枚现代铁钉(图2d中标红处)，有帽、尖端，与现代铁钉相同，结合上述左臂内存在铁丝和细铁丝的情况，塑像右臂也可能修复过。这些现象都说明，该尊泥塑在不同历史时期均有修复。

2.1.2胁侍菩萨F6P1 图3a和图3b是迦叶佛前侧东胁侍菩萨(编号F6P1)的正面和背面照片，图3c是整体X光片(由23张局部X光片拼接而成)，图3d是内部结构示意图。

图3 胁侍菩萨F6P1Fig.3 Attendant Bodhisattva on the left side in front of Kasyapa

X光片显示胁侍菩萨像F6P1和F4P1内部结构基本相同。宝冠内有铁钉和铁丝做骨架，头部至腰部有一根竖向木骨架，影像在胸部、腹部可见。两肩之间的横向木骨架结构清晰，中间与竖向木骨架交叉位置有四枚铁钉将两者连接，右侧有五根、左侧有一根铁钉将左右臂木骨架连接到横向木骨架上。右肘部有两根铁钉将大臂、小臂内的木骨架相连，右腕部有一根铁钉插入右小臂木骨架内，将右手与右臂连接在一起。左臂由于影像叠加而内部结构不清，但可见一根铁钉将小臂与腹部相连。竖向木骨架在腰部没有发现铁钉，但在塑像腰部左侧、膝部左侧内有铁钉，两小腿位置都有竖向木结构影像，且在竖向结构上各有两枚铁钉，因此该泥塑的腿部也有两根木骨架，其与头部至腰部竖向木骨架只采用了木质榫卯连接。另外，塑像的膝部有横向木结构影像，推测是为了两根腿部木骨架更加稳定，在膝部用木质结构将其连接成整体。

此泥塑整体保存状况较好，但局部也存在一些病害。如X光片所示，塑像的宝冠、右腋下和右肘部存在不同程度的泥层开裂。其中又以右肘部为甚，这与塑像右小臂近水平前伸，小臂和手部的重力在肘部形成较大力矩有关。同时，在塑像的膝盖稍下位置存在泥层减薄和开裂的现象，该位置泥层可能出现过损伤，后经过修复。

2.1.3其他胁侍菩萨 除了对上述两尊胁侍菩萨进行了整体X射线照相检测外，为了掌握胁侍菩萨像法器的内部结构以及了解个别塑像腿部泥层开裂的具体情况，还对这些位置进行了局部检测。

图4a和图4b是拘留孙佛西侧胁侍菩萨(编号F4P2)的正面和背面照片。据记载，胁侍菩萨现持法器为近现代制作，为了探究其制作工艺，对该塑像所持法器进行了X射线照相检测。如图4c所示，法器的骨架是用较粗的铁丝所做，并用细铁丝辅助。法器外层金属骨架外有细铁丝缠绕，缠绕直径明显比金属骨架大得多，且缠绕位置在X光片上略暗于周围，结合泥塑制作工艺推测法器外层金属骨架上有缠草。另外，泥塑小腿背部可以看到泥层开裂，因此对该尊塑像的腿部进行了检测。如图4d所示，泥层开裂位置在X光片上显示泥层减薄和开裂情况，左腿木骨架内边缘也有腐朽现象，说明泥层开裂较深，外界空气和水可能已进入塑像内部。最后，塑像左右小腿上各有三枚铁钉，左小腿位置有明显的竖向木纹，这些都说明塑像腿部有两根木骨架。

图4 胁侍菩萨F4P2Fig.4 Attendant Bodhisattva on the right side in front of Krakucchanda

图5a是释迦牟尼佛西侧胁侍菩萨(编号F7P2)的背面照片，由于此塑像向右侧倾斜角度较大且塑像长裙折皱位置有泥层开裂，因此对该塑像的腿部进行了检测。如X光片(图5b)所示，在塑像左侧长裙衣褶处泥层开裂严重、且为贯穿性的，整块泥层稳定性较差。另外，该位置也发现了一枚外圆内方的古钱币，可能和F4P1胸部古钱币为同一次修复所留，至于其作用还有待进一步考证。最后，X光片中腿部两侧比中间灰度低，而实物照片中腿部中间的厚度更薄，这种现象是由于腿部存在两根木骨架产生的。

图5 胁侍菩萨F7P2Fig.5 Attendant Bodhisattva on the right side in front of Sakyamuni

图6a是尸弃佛前东侧胁侍菩萨(编号F2P1)的背面照片，由于该塑像背面脚部稍向上位置有明显的泥层开裂现象，因此对该泥塑的腿部进行了检测。泥层开裂在X光片(图6b)上显示很清晰，中间最严重，且横向基本贯穿，泥塑此处稳定性差。另外，X光片还显示两腿均有竖向木纹。

图6 胁侍菩萨F2P1Fig.6 Attendant Bodhisattva on the left side in front of Sikhin

2.2 大佛塑像

由于七尊大佛的体量巨大，无法对其进行整体X射线照相检测，因此只借助勘察时搭建的脚手架对拘留孙佛(编号F4)的手部进行了检测。图7a为大佛F4右手照片，图7b是其X光片。X光片显示，大佛右手掌内有木骨架，且每根手指用两根铁钉插入手掌木骨架作为骨架。手掌有两条较长的泥层裂隙，食指与中指之间的泥层也有开裂，而且该位置有横、竖两根细铁丝缠绕，说明该位置曾经过修复。

图7 大佛F4右手Fig.7 Right hand of Krakucchanda

图8a和图8c是大佛F4左手照片，图8b和图8d是对应的X光片。X光片显示，大佛F4左手掌同样有木骨架，而手指骨架也是金属钉，不同之处在于每根手指用单根铁钉作为骨架且手指内还有铁丝。大佛F4左手保存较好，只有局部泥层开裂。

图8 大佛F4左手Fig.8 Left hand of Krakucchanda

2.3 天王塑像

由于两尊天王像体量也较大，因此只对东天王像局部进行了检测。图9a是东天王的左手照片，图9b是其X光片。X光片显示：天王的手臂和降魔杵都有木骨架，左手和降魔杵头部内含铁丝，用以连接两根木骨架；天王左手腕有明显泥层开裂，说明此处泥层稳定性较差，这可能与塑像前倾、手腕受力有关；左手的泥层也有起翘趋势。图9c是东天王左腿照片，图9d是其X光片。X光片显示，天王左腿内含木骨架，且木骨架边缘清晰，说明其保存状况良好，但泥层外边缘模糊，这是由表面泥层损伤所致。

图9 东天王Fig.9 Heavenly King on the east side

3 讨 论

3.1 成像方式比较

奉国寺泥塑X射线照相检测进行了两次，分别采用胶片和CR数字系统成像。胶片成像成本低，但需经过显影和定影才能成像，不能现场及时成像，检测效率低。CR数字系统成像成本高，但IP板只需扫描就能成像，可现场及时成像，检测效率高。另外，数字成像系统获得的是数字图像，方便采用数字图像处理提高图像质量[10]。上述泥塑X光片中，胁侍菩萨像的X光片是CR数字系统成像，大佛和天王像的X光片是胶片成像。

3.2 检测对象选择

本次检测的重点是胁侍菩萨像，获取泥塑的完整内部结构信息并研究其制作工艺是检测目的之一。奉国寺大雄殿内胁侍菩萨共14尊，如何选择检测对象就成了问题。X射线照相检测是一种透射成像，可将检测对象的三维结构信息投影为二维的检测图像[7]，因此在X射线检测中容易产生结构信息叠加，进而造成结构信息无法识别，如胁侍菩萨F6P1的X光片中的左手位置。正是由于上述原因，在选择检测对象时，应尽量避免在X射线方向上手部、法器等部位与塑像身体重叠。根据以上原则，最终选择了F4P1和F6P1两尊胁侍菩萨作为整体检测对象，从而获得其完整内部结构信息。

3.3 检测效果影响因素

首先，结构材质影响检测效果。用X射线照相检测泥塑时，泥层可以看作基体材料，除了泥层开裂外，主要是分析木骨架和金属连接件。木质对X射线的衰减作用比泥质稍弱，因此如果木骨架在X射线方向上的尺寸相对较小，其存在对X射线造成的衰减差异就会较小，它在X光片中就不能被识别。铁质对X射线的衰减作用则比泥质大得多，因此尽管尺寸最小，但容易在X光片中识别。

另外，检测时射线的透照方向也很重要。因为透照方向影响被测结构在透射方向上的相对尺寸，如泥塑的前后方向比左右方向对X射线照相检测更有利。

最后，塑像的体量也会影响检测效果。因为检测时X射线是成40°锥形角发射的，这就可能引起结构影像放大而无法聚焦[7]，所以如果塑像的体量过大，即使X射线能够穿透塑像，X光片中也观察不到有用的结构信息。

4 结 论

辽宁省义县奉国寺大雄殿内的大佛像、胁侍菩萨像和天王像是辽代泥塑的代表，经过千年历史洗礼，它们都需要保护。通过X射线照相检测，获取了这些泥塑的内部结构、病害发育和修复痕迹等信息，这些信息可以为泥塑后续保护工作提供支持。另外，还讨论了泥塑X射线照相检测中的有关问题，这对于其他泥塑的X射线照相检测有一定的参考价值。对本次工作的总结如下：

1) 塑像内部结构。塑像主体部分均采用木质骨架，木骨架间可能采用铁钉连接、木质榫卯连接或者两者相结合的连接方式。塑像宝冠、手部、法器等较小的部位则采用金属骨架，并且这些金属骨架都插入主体木骨架上，与之连成整体。

2) 塑像病害情况。塑像局部存在不同程度的泥层开裂，有些部位比较严重。塑像泥层开裂，不但影响着泥层的稳定性，而且还会使空气和水分也会进入塑像内部，导致木骨架和金属骨架的腐朽和锈蚀，最终影响到泥塑的整体稳定。

3) 塑像修复痕迹。在塑像内发现的泥层减薄和开裂、古钱币和现代铁钉的存在，都说明奉国寺彩绘塑像在历史上经过数次修复，印证了大雄殿内的石碑上关于奉国寺修复的记录。

4) 检测工艺选择。泥塑X射线照相检测所使用的数字成像系统效率高，得到的数字检测图像容易编辑、存储和使用。在进行泥塑X射线检测时，应避免泥塑结构在透射方向上重叠，并选择合适的透照方向和曝光参数，这样才能获得泥塑的更多信息从而达到检测目的。