敦煌莫高窟第44窟壁畫材質及起甲病害研究

馬贊峰 汪萬福

內容摘要：本文以莫高窟第44窟為主要研究對象，對第44窟壁畫材質及工藝進行了詳細的分析，并對其起甲病害做了初步探索。研究表明，莫高窟第44窟存在三個不同時代的壁畫，病害以起甲為主。不同時代壁畫，其地仗中的土沙比有很大的不同，所用的顏料各個時代亦有差別，起甲顏料樣品存在彎曲及斷裂現象。通過對第44窟環境及材質的研究，為下一步研究莫高窟壁畫起甲病害機理提供了基本依據。

關鍵詞：莫高窟；第44窟；壁畫材質；起甲病害

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2014）05-0108-11

On the Materials and Flaking of the Wall Paintings

in Mogao Cave 44

MA Zanfeng1 WANG Wanfu2，3

（1. Institute of Ethnology and Sociology， Minzu University of China， Beijing 100081；

2. Conservation Institute， Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200；

3. NationalResearch Center for Preservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites，

Dunhuang，Gansu 736200）

Abstract： Focusing on Mogao cave 44， this paper presents a study on the materials and techniques used in creating the wall paintings as well as a preliminary investigation of the flaking of the murals. The results suggest that the images in this cave date back to three different periods and that flaking of the surface paint layers is the main cause of deterioration to the wall paintings， though samples of the flaking murals also exhibit curves and cracks. Further investigation shows that the pigments and the ratio of sand and soil in the ground have varied over time. This study provides basic evidence for the causes of the deterioration of the wall paintings in the Mogao caves by studying the environment of cave 44 and the materials of its murals.

Keywords： Mogao Grottoes； cave 44； materials of wall paintings； flaking

0 概 述

敦煌莫高窟是人類珍貴的文化遺產，保存自4—14世紀約10余個朝代45 000m2的壁畫[1]。壁畫反映了古代社會生活、經濟、信仰、科技等方面的內容，具有重要的歷史、科學及藝術價值。

莫高窟壁畫現存主要的病害有空鼓、起甲、酥堿等。以往對于壁畫的保護主要集中于壁畫環境、材質、病害分析以及保護材料及工藝等方面。

莫高窟現存壁畫的洞窟492個，筆者結合敦煌研究院保護研究所2002、2006年年終石窟病害調查檔案開展實際調查，發現存在壁畫起甲現象的洞窟約有205個，約占有壁畫洞窟數量的42%。

起甲作為壁畫主要病害之一，在世界上廣泛存在。科研人員針對起甲病害的修復進行了大量的研究，在一定程度上治理了起甲壁畫，延長了壁畫的壽命。日本曾以柯巴脂、丙烯酸樹脂、5%動物膠和2%海藻膠的混合液修復起甲壁畫[2]。美國曾以聚醋酸乙烯酯乳液、Paraloid B72三氯乙烯溶液修復[3]。英國曾以聚乙烯醇蒸餾水溶液修復[4]。澳大利亞曾以Plextol B500修復[5]。德國、法國、意大利等歐洲國家目前對壁畫顏料層加固主要用Paraloid B72。

中國曾以膠礬水、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇縮丁醛溶液、乙基纖維素溶液、魚膘膠、聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液作為修復起甲的材料[6-9]。

這些研究工作，在一定程度上保存了壁畫，但就壁畫起甲機理研究來說，尚未見更多的報道。

莫高窟第44窟的開鑿裝飾跨歷三個歷史時期，壁畫病害主要表現為起甲。通過對莫高窟第44窟制作材質及工藝進行研究，不僅對于考古學有重要意義，對揭示莫高窟壁畫起甲病害機理亦具有重要的意義。

1 莫高窟第44窟歷史沿革

第44窟位于莫高窟南區北段下層，屬中型洞窟。該窟前部人字披頂，后部平頂，中央偏后有中心龕柱，柱東面開一龕，南北壁各兩龕。窟中壁畫總面積約281.61m2，彩塑8身。該窟為盛唐時期修建，又經中唐、五代時期重修，現存壁畫既有盛唐壁畫又有中唐和五代壁畫[10]。其中北壁中部為盛唐壁畫，北壁及東壁下方為五代壁畫，中心塔柱及其余部位則均為中唐時期壁畫（圖1）。壁畫內容主要有千佛圖、維摩詰經變、西方凈土變、菩薩、天王、供養比丘等。

莫高窟第44窟開鑿于敦煌盛唐晚期，處于沙洲與吐蕃作戰至吐蕃攻陷沙洲的特殊歷史時期，屬敦煌石窟中“盛唐未完工中唐補繪洞窟”[11]。一窟之內有幾種不同時代風格的壁畫，表明了石窟營建漫長而復雜的歷史，集中反映了當時的歷史背景與社會關系。第44窟壁畫制作尤為特殊，即使經中唐補繪，亦未完工。其后五代雖有所繪，僅見于下方供養人，而在南壁龕內仍有未繪壁畫的部位。

2 莫高窟第44窟起甲病害情況

第44窟現存壁畫主要有起甲、酥堿、空鼓等病害。其中起甲壁畫面積約為136.34m2，占壁畫總面積的48.4%，主要分布于主室北壁西側上方（圖2）、南壁西側中上方以及中心塔柱的四向面（圖3）。值得注意的是，起甲壁畫主要為中唐補繪壁畫，北壁中間盛唐壁畫只有部分起甲，而下方五代壁畫則很少起甲。

莫高窟第44窟起甲種類比較多，為方便論述，先對壁畫起甲程度進行分類。起甲程度是描述起甲病害嚴重情況的一個物理量，限于起甲的位置、大小、形狀、起翹程度、面積等多方面因素的影響，要確切界定起甲程度是比較困難的。考慮到在描述時的通用性及普遍性，將起甲程度一般分為起甲開裂、起甲卷翹及起甲脫落三個層次。這三個層次是起甲壁畫最基本的三個階段，它們是依次遞進的關系，起甲開裂是指已經開裂，有輕微起翹，但不嚴重的情況；起甲卷翹是指壁畫已經卷起，有脫落的危險；起甲脫落是指壁畫起甲后，部分已經脫落，它也是起甲壁畫最為嚴重的一個層次，直接威脅壁畫的安全，有修復的必要。莫高窟第44窟起甲程度有起甲開裂、起甲卷翹及起甲脫落三種類型。

3 莫高窟第44窟溫濕度監測

為了解第44窟壁畫保存環境，2007年11月，在第44窟佛龕分別放置一臺美國產全自動溫濕度監測儀，型號為HOBO Pro V2。監測周期為2007年11月—2008年10月。

3.1 溫度

圖4為第44窟的溫度變化圖。由圖4可知，第44窟年內溫度以1—2月間為最低，3月份后逐漸升高，到8月份達到最高，9月以后溫度開始下降。窟內月平均溫度在8.7—14.47℃之間。年內最高溫度為14.47℃，最低溫度7.83℃。

3.2 濕度

第44窟年相對濕度變化與溫度的變化趨勢相似（圖5）。年內月平均濕度以1—2月間為最低，3月份后逐漸升高，到7月份達到最高，9月以后濕度開始下降。窟內月平均相對濕度在15.15%—54.88%之間，年內最高相對濕度為70.20%，年內最低相對濕度為12.40%。

4 莫高窟第44窟壁畫制作工藝研究

4.1 樣品情況

2007年5—7月，筆者分別對莫高窟第44窟三個時代的壁畫地仗和顏料進行了取樣。因中唐壁畫起甲特別嚴重，取樣較多。其中，采集地仗樣品5個（表1），顏料樣品28個（表2）。

4.2 分析方法與儀器

本次主要采用儀器分析方法。所用儀器設備型號及檢測條件如下：

（1）金相顯微鏡（Metallurgical Microscope）

OLYMPUS BX-51M 型金相顯微鏡。光源：暗場，反射光；觀察倍數：50—200Ⅹ。

（2）X射線衍射儀（XRD）

Rigaku D/max 2200型Ⅹ射線衍射儀（日本理學制造）。管電壓： 40kV，管電流40mA，Cu靶。發散狹縫、防散射狹縫分別為1°，接收狹縫為0.15mm。

（3）能量散射X射線熒光分析儀（EDXRF）

SHIMADZU EDX-800HS型能量散射X射線大腔體熒光分析儀（日本島津公司制造）。測量電壓為50kV，測量時間為100s，Rh靶。

（4）掃描電子顯微鏡（SEM）

Hitachi S-3600N型掃描電子顯微鏡（日本日立公司制造），同時利用X射線能譜儀（EDS）對顏料層、地仗層元素進行半定量分析，工作電壓20kV。

（5）氣相色譜-質譜儀（GC-MS）

日本島津氣相色譜質譜儀 GCMS-QP2010 Plus。

4.3 分析結果

4.3.1 地仗

壁畫地仗的材料一般是由粉狀黏土（簡稱粉土）、沙以及少量的植物纖維（如麥草、麻等）按照一定的比例加水調和而成。采用蒸餾水浸泡分離法對土和沙進行分離，地仗材料分析見表3。地仗的成分與元素則用XRD及XRF進行分析。結果見表4與表5。

從表3含沙比來看，第44窟地仗的含沙量在41.09%—66.43%之間變動，麥草比約在1.9%—2.5%間變動。其中，五代時期壁畫的地仗層含沙量最小，盛唐的居中，中唐的最大。而且，不同中唐時期壁畫樣品地仗層之間的含沙比差別也很大。由于所取地仗樣品數量較少，尚不能說明整個洞窟地仗的土沙比情況。不過，這一結果至少說明古人制作壁畫地仗層時，土沙比的選擇有較大的隨意性和不規律性。

由XRD（表4）結果可知，第44窟壁畫的地仗成分主要為石英、云母、方解石及鈉長石等。因所選取的地仗分屬三個時代，因而該結果說明不同時代制作的壁畫地仗所使用的材料基本相同，但相對比例則有所不同。

由EDXRF（表5）結果可知，這五個地仗樣品的CaO含量基本一致（25.4%—28.9%），SiO2含量差別較大（27.5%—36.7%），Fe2O3含量亦有區別（16.6%—22.9%），其他成分則變化不大。較大差別的SiO2含量反映了地仗中沙土比例的不同，而Fe2O3含量不同則可能導致地仗顏色的差異。

4.3.2 顏料

XRD及EDXRF分析結果（表6—7）表明，莫高窟第44窟主要使用白色、紅色、綠色、藍色及黑色顏料。

白色 滑石（Mg3Si4O10（OH）2）、方解石（CaCO3）、石英（SiO2）。

紅色 土紅（α-Fe2O3）、鉛丹（Pb3O4）、朱砂（HgS）。

綠色 氯銅礦（Cu2（OH）3Cl）、石綠（CuCO3·Cu（OH）2）。

藍色 青金石（Na，Ca）7–8[（Al，Si）12（O，S）24][SO4Cl2，（OH）2]。

黑色 炭黑（C）、二氧化鉛（PbO2）。

4.3.3 顏料層剖面

壁畫剖面分析可直接觀察顏料各層間的關系及壁畫的病害情況，是壁畫病害分析最有效的手段之一。顏料層剖面分析結果表明，第44窟顏料樣品多分為三層，由內至外，依次為地仗層、白粉層及顏料層。起甲樣品顏料層剖面中，多數樣品白粉層和地仗層間及地仗層內部均有松散、開裂現象，起甲斷裂于地仗層間。圖6—7所示為一個綠色起甲顏料的剖面顯微鏡及掃描電子顯微鏡照片。

4.3.4 膠結物

通過油類、樹脂類的測定分析，僅在樣品中測出了微量的棕櫚酸和硬脂酸， 沒有測出油、樹脂或蠟的特征化合物。

通過蛋白質的測定，同時應用質譜總離子流法（TIC）和質譜選擇離子法兩種測定方式。 由于樣品中氨基酸的含量很低，僅在選擇離子分析法中測出了氨基酸， 包括丙氨酸（ala）、甘氨酸（gly）、纈氨酸（val）、亮氨酸（leu）、異亮氨酸（Ile）、脯氨酸（pro）。由于測到的氨基酸種類少并且含量低，而不能準確斷定是哪一種蛋白質。可能由于壁畫風化嚴重，大部分有機成分已經被腐蝕。另外該分析所用的樣品是XRD測定后的粉末樣品，樣品在研磨的過程中，有機成分也有可能因粘合在研磨器上而損失。

4.4 結果討論

4.4.1 地仗

第44窟雖經三個歷史時期所繪，但其地仗的組成基本相同，只是含沙量有所區別，相差最高可達20%之多。這說明古人作畫，其時代不同，區別很大，沒有固定規律。古人以黏土、沙子和麥草混合來制作壁畫地仗，實際操作中并沒有嚴格的比例，即使是同一壁面，這一比例也會有所不同。基于此，第44窟不同時代地仗中的含沙比只是一個范圍，并不隨朝代不同而存在某種必然關系。但對當時的工匠來說，制作某一處壁畫，其中沙土比的多少有相對的固定性。

4.4.2 顏料組成

第44窟的顏料為敦煌石窟常用的礦物顏料，盛唐、中唐及五代的白色顏料皆為滑石和方解石。

盛唐壁畫紅色使用了鉛丹、土紅和朱砂。鉛丹大量使用，以至于由于鉛丹變色為棕色二氧化鉛而使壁畫表面多處呈現黑色。盛唐使用的綠色顏料為氯銅礦和石綠混合使用。

中唐的千佛圖大量使用土紅并主要應用于千佛的胸部及袈裟等處，鉛丹和朱砂很少使用；綠色顏料使用了氯銅礦和石綠，分單獨使用和混合使用兩種；藍色青金石僅在第44窟南壁佛龕及菩薩像上使用。

五代供養人重繪，供養人多為紅色土紅，榜題為紅色土紅和綠色氯銅礦。

第44窟經中唐、五代重修，時逢戰亂，社會生產力遭到極大破壞，物力和財力匱乏，顏料的貿易渠道可能受到影響，因而在制作壁畫時，所使用顏料應以廉價、易得顏料為主。顏料分析的結果也符合這一情況。值得一提的是，即使在這樣的環境下，敦煌仍存在一批“盛唐未完工中唐補繪”洞窟，可見，當時佛教已深入人心，或因戰亂而更易寄希望于佛教。

4.4.3 顏料層位及起甲顏料樣品分析

第44窟的顏料層位基本可分為三層，由外至內依次為顏料層（厚約0.005—0.080mm）、白粉層（厚約0.01—0.30mm）、地仗層。白粉層主要使用了滑石和方解石。繪制壁畫時，多數在白粉層上直接繪畫，個別樣品中也發現有用某一顏料打底色的情況。

在采集起甲病害樣品時，顏料層表面多有彎曲現象。在金相顯微鏡和掃描電鏡下，觀察到一個值得重視的現象，即多數起甲樣品有明顯的斷裂面，斷裂面多發生于細泥層。另外，在部分樣品中，白粉層與地仗層存在明顯分離現象，而顏料層和白粉層之間本身卻比較緊密。這為探索起甲壁畫病害機理提供了一個線索，即在顏料、白粉與地仗三層之間明顯存在強度不一致的現象；同時，因所受應力不均勻而導致了顏料層的彎曲起翹。進一步考察膠結材料本身的性能，或能解決這一問題。

4.4.4 膠結物

因樣品中膠結物含量太低或是進行XRD分析測試時用酒精粘接的關系，氣相色譜——質譜對第44窟所使用膠分析結果雖然沒有判明膠是何種蛋白質種類，但可以肯定為動物膠。這與文獻記載的結果相一致，不同的是文獻中提出敦煌壁畫所使用的膠類似于牛皮膠，這一結果為選用何種膠結材料作為試驗起甲膠結材料提供了依據。

5 結 論

（1）第44窟屬下層中型洞窟，月平均溫度在8.7—14.47℃之間，年平均溫度均大于0℃；濕度變化較大，月平均相對濕度在15.15%—54.88%之間。

（2）第44窟地仗成分主要為石英、鈉長石、方解石、云母及綠泥石等，其中土沙比例有明顯的不同。第44窟盛唐時期壁畫地仗土沙比為50.98%，中唐為43.31%—66.43%，五代為41.09%。

（3）第44窟盛唐壁畫內容以經變畫為主，壁畫所用的白色顏料主要為方解石及滑石；紅色顏料使用了土紅，大量使用了鉛丹，但鉛丹變色嚴重，幾乎全為黑色二氧化鉛；綠色顏料以氯銅礦和石綠混合使用。中唐壁畫內容以千佛圖為主，所用白色顏料主要為方解石及滑石；紅色顏料主要為土紅，在個別樣品中使用了鉛丹和朱砂；藍色顏料使用了青金石，僅在南壁中的佛龕里使用。五代壁畫主要為洞窟南、北兩壁距地面約1m以下的供養人及題記，使用顏料較少，白色為方解石及滑石；紅色為土紅；綠色則為氯銅礦。

（4）第44窟的顏料層可分為三層，即地仗層、白粉層及顏料層。多數白粉層比顏料層厚，少數白粉層與顏料層厚度接近。這表明，壁畫在繪制顏料層時，白粉層厚度不均勻。

（5）第44窟多數起甲樣品表面彎曲，剖面分析表明起甲樣品地仗層間往往有明顯的開裂現象，且地仗顆粒之間比較疏松。第44窟的環境特征、地仗及顏料組成，為下一步研究起甲病害的模擬試驗及機理探討提供了基本依據。

■

參考文獻：

[1]樊錦詩.敦煌莫高窟的保護與管理[J].敦煌研究，2000（1）：1-4.

[2]王進玉.高分子粘合劑在壁畫保護上的應用[J].自然雜志，1987，10（1）：31-34.

[3]Preusser F. Scientific and technical examination of the tomb of queen Nefertari at Thebes[C]//Cather S，Ed. The conservation of wall paintings：proceedings of a symposium organized by the Courtauld Institute of Art and the Getty Conservation Institute ， London， July 13-16，1987. Singapore：Tien Wah Press Ltd， 1991：1-12.

[4]Hanna S B，Dinsmore J K. Conservation of central asian wall painting fragments from the Stein collection in the British Museum[C]//Cather S，Ed. The conservation of wall paintings：proceedings of a symposium organized by the Courtauld Institute of Art and the Getty Conservation Institute ， London， July 13-16，1987. Singapore：Tien Wah Press Ltd， 1991：77-86.

[5]James D H， Walston S， Zounis S. Evaluation of the stability， appearance and performance of resins for the adhesion of flaking paint on ethnographic objects[J].Studies in Conservation， 1991，36（4）：203-221.

[6]祁英濤.永樂宮壁畫的揭取方法[J].文物，1960（8/9）：83-86.

[7]李云鶴，李實，李鐵朝，等.聚醋酸乙烯和聚乙烯醇在壁畫修復中的應用研究[J].敦煌研究，1990（3）：101-112，

121.

[8]汪萬福，蘇伯民，青木繁夫.幾種壁畫修復材料物性指數的實驗測試[J].敦煌研究，2000（1）：87-94.

[9]蘇伯民，蔣德強，馬想生，等.布達拉宮等處壁畫起甲原因的初步分析和修復材料的篩選[J].敦煌研究，2007（5）：39-44.

[10]敦煌研究院.敦煌石窟內容總錄[M].北京：文物出版社，1996：20-21.

[11]沙武田.莫高窟盛唐未完工中唐補繪洞窟之初探[J].敦煌研究，2002（3）：14-18.