关帝庙大殿壁画制作材料与工艺分析

王 吉

（大同市辽金文化艺术博物院，山西大同 037000）

大同关帝庙坐落在鼓楼东街，当地人俗称大庙，国家重点文物保护单位。依据建筑技法和特色，判断为元代建筑遗物。据清《大同府志》记载，该建筑在明景泰、嘉靖、隆庆、万历年间修缮，并有修缮碑记。清康熙、乾隆时均有增建和修葺。

关帝庙大殿内布置有13幅壁画，壁画分布如图1所示。大殿壁画内容保存完整，总面积约93 m2，具有极高的文物价值。在20 世纪70 年代曾对壁画进行了揭取并修复。由于历史搬迁、保存环境长期影响，现在的壁画出现可移动支撑体松动，地仗层酥碱脱落，壁画颜料层起甲、粉化，画面裂隙等多种病害，威胁着壁画的长期保存与展示。加之因壁画揭取的需要，曾使用木龙骨、环氧树脂、玻璃纤维布等材料对壁画地仗层进行了加固，随着时间的推移，壁画木龙骨变形加剧，关帝庙壁画病害存在日益恶化的趋势，亟需抢救性保护修复。

图1 关帝庙壁画分布图

1 大殿壁画保存现状

关帝庙壁画受历史修复干预、当地气候环境等诸多因素的长期影响，存在较为严重的木龙骨支撑体变形，壁画地仗层裂隙、空鼓（图2），颜料层脱落（图3）、龟裂、起甲、水渍、粉化、盐霜等多种病害。经历史修复后的木龙骨支撑体由于不同程度的弯曲变形，导致画面拼合部分出现明显的裂隙（图2），部分裂隙的不断加大导致局部壁画逐渐与地仗层分离，造成空鼓，严重影响壁画安全[1]。

图2 大殿西壁壁画空鼓裂隙现象

图3 中龛北壁壁画人物脸部颜料层脱落

2 壁画制作材料分析

2.1 壁画材料化学实验

为了解关帝庙壁画制作材料和工艺，研究壁画病害原因，为壁画病害治理提供依据，分别对关帝庙壁画的地仗层、颜料层进行了取样分析[2]。

（1）材料取样

课题组对关帝庙壁画颜料、地仗层材料进行了取样分析工作。共采集样品43个。样品编号及采样位置（表1所示），部分取样照片见图4。

表1 关帝庙壁画取样记录

图4 《桃园结义》人物袖口蓝色颜料取样位置

（2）分析仪器及样品制备

本次化学实验采用了显微共聚焦激光拉曼光谱仪、扫描电镜—能谱仪分析（SEM-EDX）、金相显微镜（Ρhase Microscope）和X射线衍射仪（XRD）分析仪器及样品制备。

2.2 材料分析

（1）激光拉曼光谱仪分析

拉曼光谱仪对全部壁画颜料样品进行了分析[3]，部分拉曼光谱图见图5～7，结果见表2。

表2 关帝庙壁画颜料样品激光拉曼光谱仪结果

图5 朱砂的拉曼光谱图（样品编号：2）

图6 铅丹的拉曼光谱图（样品编号：9）

图7 炭黑的拉曼光谱图（样品编号：41）

（2）扫描电镜—能谱仪分析

依据激光拉曼光谱分析结果，选择具有代表性的壁画样品进行了扫描电镜及其能谱分析。测试结果具体含量如图8、图9 所示。分析结果见表3。通过扫描电子显微镜能谱分析，结合拉曼光谱分析，可以进一步确定颜料的化学成分。

图8 8号样品扫描电镜-能谱仪分析结果

图9 34号样品扫描电镜-能谱仪分析结果

（3）X射线衍射仪分析

采用XRD 对样品化学成分进行了分析，部分样品具体情况如表4所示。

表4 X射线衍射仪结果

3 壁画制作工艺分析

依据现场调查，结合上述颜料层剖面显微分析结果（图10）和工艺研究方法[4-5]，可以判断关帝庙壁画的结构主要是历史揭取后分块单独加固后组拼而成，采用木龙骨支撑体+环氧树脂玻璃纤维布的技术。因此。关帝庙壁画结构主要为支撑体（砖墙、木龙骨、环氧树脂玻璃纤维布），新补塑地仗层（过渡层）、原地仗层（粗泥层、细泥层）、粉层、颜料层（图11）。

图10 关帝庙壁画结构

图11 东龛与中龛北壁壁画木龙骨地仗层、支撑体

3.1 壁画支撑体

经现场调查，现存关帝庙壁画制作工艺有三种方法：第一类是揭取后独立成幅的木龙骨+环氧树脂纤维布结构（如大殿东壁的单幅主题壁画）；第二类是揭取后木龙骨分块加固壁画和实体墙壁画结合的壁画（如中龛壁画）；第三类是揭取后采取木龙骨支撑体分块加固后组拼上墙的壁画。

3.2 壁画地仗层

壁画的地仗层下与支撑体粘接，上又是颜料层的载体，地仗层的性质是决定壁画能否长期保存的关键因素之一。泥土地仗层中使用的植物纤维主要有谷物的秸秆、粗麻等，在靠近颜料层时常用细麻、棉花等细纤维。

关帝庙壁画地仗层分为原地仗层和新补地仗层（过渡层），原地仗层里主要掺有麦秸（草拌泥）和棉花，新补地仗层里主要是毛发。采用XRD 对地仗层样品进行了分析，结果见表5。分析结果显示，地仗层的主要成分基本相同，均为石英、方解石等。

表5 关帝庙壁画地仗层的X射线衍射仪结果

东龛东墙下落架壁画原地仗层里掺有麦秸，厚度约0.8 cm，新补地仗层里有毛发，厚度约1.0 cm。东龛北壁壁画原地仗层厚度0.7 cm，新补地仗层、环氧树脂支撑体、原地仗层到颜料层总厚度约为1.3 cm，原地仗层偏浅土红色，内含棉花。西龛北壁原地仗层为麦草泥，下部地仗层为棉花泥层。西龛西壁环氧树脂、新补塑地仗层、原地仗层（粗泥层、细泥层）、粉层、颜料层总厚度约1.1 cm，原地仗层极薄，几乎全是新补，新补地仗层呈白色、含有毛发。中龛原地仗层厚度约0.7 cm，含麻刀，新补地仗层里含有毛发，环氧树脂纤维布厚度0.7 cm。大殿西壁《二龙戏珠》壁画原地仗层含有麦秸，直接施以土红底色（图12）。

图12 大殿西壁《二龙戏珠》草拌泥地仗层

3.3 壁画颜料

颜料层是壁画的精华，是壁画保护修复的关键所在。为研究关帝庙壁画绘画所用颜料的矿物和化学成分，分别对红、蓝、绿、黑、白等颜色的壁画颜料进行了取样，并对壁画颜料样品进行了显微共聚焦激光拉曼光谱分析、X 射线衍射分析，以及扫描电镜—能谱仪分析。共取壁画颜料样品43 个，分析结果分别见表6。

表6 关帝庙壁画颜料样品分析结果

由壁画颜料剖面显微分析结果可知，蓝色颜料颗粒较大，颜料层一般较厚，其厚度均在100 μm 左右；红色颜料层多数厚度较薄，一般在10～30 μm 之间；绿色颜料层厚度一般在50 μm左右。

3.4 颜料中的胶结材料

结合现场调研分析和颜料胶结材料检测方法，得知壁画中所使用的胶结材料种类主要有动物胶、植物胶、蛋清等天然的胶结材料[6]。分析古代绘画或壁画中胶结材料的成分，面临的困难较多，首先是受试验样品量极少的限制；其次，壁画历经千百年的自然环境侵蚀和胶结材料的老化，为分析工作带来了极大的难度。因此在国内，壁画颜料中胶结材料的分析一直滞后于对颜料和其他壁画制作材料的分析研究，有关这方面的报道也较少。近年，应用反相高效液相色谱法对石窟壁画颜料中的胶结材料进行了分析，并通过比较两种胶结材料的氨基酸组成比来确定胶结材料的种类，颜料样品所含胶结材料与牛皮胶的类似率值大多数在0.9 以上，而与其他几种胶结材料的类似率值相对较低，可以排除使用其他几种胶结材料的可能性。

4 结论

（1）关帝庙壁画受历史修复干预、当地气候环境等诸多因素的长期影响，局部壁画存在较为严重的木龙骨支撑体变形，壁画地仗层裂隙、空鼓，颜料层脱落、龟裂、起甲、水渍、粉化、盐霜等多种病害，严重影响壁画安全。

（2）现有关帝庙壁画结构主要由支撑体（砖墙、木龙骨、环氧树脂玻璃纤维布）、新补塑地仗层（过渡层）、原地仗层（粗泥层、细泥层）、粉层、颜料层组成。总厚度分别为1.1 cm（西龛西壁壁画）和1.3 cm（东龛北壁壁画）。

（3）壁画支撑体制作工艺有三种方法：揭取后独立成幅的木龙骨+环氧树脂纤维布结构、揭取后木龙骨分块加固壁画和实体墙壁画结合的壁画、揭取后采取木龙骨支撑体分块加固后组拼上墙。

（4）新补地仗层里主要是毛发，厚度分别为0.7 cm（中龛壁画）和1.0 cm（东龛东墙下落架壁画）。原地仗层里主要掺有麦秸和棉花，厚度不等，主要有极薄（西龛西壁壁画）、0.7 cm（东龛北壁壁画和中龛壁画）和0.8 cm（东龛东墙下落架壁画）三种。

（5）颜料层颜色共分红、蓝、绿、黑、白等8 种颜色，由壁画颜料剖面显微分析结果可知，蓝色颜料颗粒较大，颜料层一般较厚，其厚度均在100 μm 左右；红色颜料层多数厚度较薄，一般在10～30 μm 之间；绿色颜料层厚度一般在50 μm左右。

（6）壁画中所使用的胶结材料与牛皮胶的类似率值大多数在0.9 以上，而与其他几种胶结材料的类似率值相对较低，可以排除使用其他几种胶结材料的可能性。