館藏出土青銅器保護中的X射線成像技術的應用及展望

□解　晉　閆文祥

?

館藏出土青銅器保護中的X射線成像技術的應用及展望

□解晉閆文祥

摘要：簡要闡述X射線成像技術原理，列舉文博專用探傷機在山西博物院館藏青銅器保護中的應用實例來說明X射線成像技術對于提供文物制作的工藝技術信息、保存狀況分析、揭露修復情況等方面的作用。在總結X射線成像技術在青銅器保護中應用的同時，開展對其他材質的文物的X射線成像的研究和應用，最后結合該技術的特點和文物保護工作的要求做出總結和展望。

關鍵詞：X射線青銅應用

一、前言

山西博物院在建院之初接收了山西省考古所移交的太原趙卿墓及長治分水嶺墓等出土的青銅器。為了祖國珍貴的文化遺產得以有效保護，結合館藏青銅文物現狀及滿足科學保護、陳列展覽的需要，我們選取了155件病害嚴重的館藏青銅器，在國家級文物保護專家悉心指導下，編寫完成了《山西博物院館藏部分出土青銅器保護修復方案》。在該項目具體實施中后期和結項階段筆者有幸加入。在對這批珍貴青銅文物進行保護時，應用X射線成像技術是無損分析檢測工作的重要組成部分。X射線成像技術作為文物檢測的常規手段，在世界上很多發達國家得到普遍應用，隨著科學技術的進步和文物保護工作的科學化進程在我國的文物科技研究中日漸得到重視和普及，這一技術對文物保護和研究提供了有力的技術支持[1]。

二、X射線成像技術發展簡介及原理

1895年11月，德國物理學家倫琴（Wilhelm Conrad R觟ntgen,1845－1923）在利用通電的克魯克斯陰極射線管做實驗室時，發現一種新型射線[2]，因為當時不知它是何種性質射線，就稱之為X射線。愛迪生（Thomas.A.Edison）發現了鎢酸鈣一類物質，在X射線照射下能發出可見的藍紫色熒光，并利用這一特性研制出增感屏配合X光膠片使用，大大縮短了X光的透照時間和劑量[3]。以上這些發明為現代X光成像研究奠定了基礎X射線照相技術，應用于文物藝術品的研究，始于20世紀二三十年代[4]。它主要限于紙質的文物和藝術品。上世紀50年代，學者R.J.Get tens對佛里爾美術館（Freer Gallery）館藏的中國青銅器，就已經開始了X射線透視、化學分析和金相檢驗等工作。

X射線是高速電子撞擊金屬靶因韌致輻射所產生的高能電磁輻射。當X射線在穿透物質時會因物質的吸收和散射作用而強度減弱。國內外對青銅器的X射線檢測應用比較廣泛，利用X光透視影像，對器物尤其是金屬類文物修復前進行檢測，搞清楚各類器物內部裂痕、孔洞、嵌飾、銘文等銹蝕物與硬結土掩蓋下的各種情況，可作為器物對癥修復的參考依據，也可對金屬類文物尤其是青銅器的古代鑄造工藝進行研究。山西博物院文物保護工作者采用文博專用X射線實時成像儀對該批青銅文物進行了試驗檢測。

X射線實時成像儀的主要組成部分：X射線發生器、高壓發生器、冷卻系統和控制系統。工作條件：拍攝電壓：140-200KV；拍攝電流：0.5mA；拍攝距離：40cm-80cm

三、在文物制作的工藝技術信息方面的應用

X射線照相可以直觀地反映文物的鑄造、加工、修飾等工藝信息，這對進行考古研究、文物修復等都具有重要意義[5]。

（一）器物制作的工藝技術信息

1.泥質芯撐

青銅器存在泥芯撐的部位被青銅包裹不能顯露，由于該部位的銅壁較周圍其他部位薄，X射線穿透能力較強，實時成像上表現為有一定形狀的亮區[6]。通過X射線影像能確定其內部泥質芯撐的位置、大小和數量。

圖一　甑

圖二　甑耳部X射線成像

圖三　鬲器底

圖四　鬲器底X射線成像

圖五　銅鼎底部X射線成像

圖六　蟠虺紋三環鼎的底部X射線成像

圖一、圖二顯示了甑的耳部，可以清楚地看到四枚泥質芯撐的位置、大小和形狀。

該文物泥芯是盲芯，由于外部被銅所包裹，判斷起來就比較麻煩，此時可以根據X射線實時成像特征進行判斷。并不是所有的青銅器在較厚的部位都加有泥質芯撐，如果不是盲芯，直接觀察就可以。

2.銅質墊片

銅質墊片會因為器物表面修飾、修復，或者澆注時被銅水遮蓋等原因，肉眼無法辨識。通過X射線成像技術，可以清楚地觀察到青銅文物銅質墊片的數目、位置及分布情況等信息，利于了解和分析其鑄造工藝。

圖三、圖四顯示鬲的器底，可看到器底銅質墊片的分布和位置。墊片形狀為不規則的四邊形和三邊形。可見同一器物可以包含多種形狀的銅質墊片。

3.范縫和加強筋

經考古研究發現夏、商、周三代的青銅器皆由傳統范鑄技術鑄造。因此，器物上都會留下范線、范縫等范鑄工藝固有的特征。加強筋主要起加固器物作用，外觀有時類似范線。

圖五顯示銅鼎底部的三條范線，形成原因為銅水沿范縫溢出，形成突起的線條，形成后未打磨。

圖六顯示蟠虺紋三環鼎的底部有類似加強筋性質的范線。

（二）修飾工藝

由于文物年代久遠以及合金成分、礦化程度、地下埋藏環境的不同，使出土文物大多都銹跡斑斑，紋飾和銘文模糊不清，這對修復和研究造成一定的困難。而X射線照相則可以提供有效的幫助。

1.銘文

圖七、圖八顯示簋器底有銘文，但由于銹蝕嚴重，肉眼分辨不清，借助X射線成像可以將其銘文顯現出來。

2.銹蝕掩蓋下的紋飾

出土青銅器受埋藏環境影響，表面有可能存在銹蝕和硬結物，當銹蝕或硬結物較厚時，會掩蓋紋飾。導致修復人員的肉眼無法分辨紋飾和銹蝕，通過X射線成像，我們可以指導修復工作中去除銹蝕時避免傷害紋飾信息。

圖九、圖一○顯示三鳥形鈕蓋鼎器身紋飾被銹蝕和土垢覆蓋，在修復前通過X射線成像可以幫助修復人員辨識銹蝕和紋飾。

圖七　簋底部模糊銘文處

圖八　簋底部銘文處X射線成像

圖九　三鳥形鈕蓋鼎

圖一○　紋飾處X射線成像

四、X射線成像在青銅器保存狀況中應用

X射線成像在保護修復前對青銅器的保存現狀調查如腐蝕情況分析，修復情況的分析，青銅器指紋檔案的建立等工作中發揮重要作用。

（一）腐蝕情況

青銅的腐蝕情況比較復雜，同一件器物上的不同部位由于埋藏環境的不同，導致其腐蝕礦化程度不同。通過X射線成像可以加以鑒別。由于腐蝕情況不同，通過X射線影像的表現形式也不一樣。根據檢測結果，主要表現形式有以下幾種：

1.基體不均勻腐蝕礦化

部分看上去表面狀況良好的青銅器其基體的不均勻腐蝕會出乎意料的嚴重。有些鼎底的厚度比較均勻，也無顯著的局部腐蝕現象，但從X射線影像中，可以看到多個不同的灰度層次，即亮區、略暗區、暗區，部分深色暗區帶有散布的白色斑點，見圖一一甑的器身成像亮區說明該部分腐蝕嚴重，暗區說明基體的腐蝕礦化程度較低。

2.點蝕

點蝕是指銅器上某一局部出現的圓形或橢圓形坑狀腐蝕，坑的中部較深，邊緣漸淺，大小不一，在影像中沒有清晰的邊界，其成因通常認為與氯離子的作用有關（圖一二）。

3.縫隙腐蝕

縫隙腐蝕的主要特征是腐蝕沿著縫隙或者暗裂隙方向發展較為迅速（圖一三、圖一四）。

圖一一　甑的器身X射線成像

圖一二　素面鼎器身點蝕X射線成像

圖一三　蟠虺紋豆器蓋

圖一四　器蓋X射線成像

圖一五　銅鼎暗裂紋

4.暗裂紋

暗裂紋是指肉眼難以直接觀察到的裂隙。如圖一五為銅鼎通過X射線成像發現肉眼無法看到的暗裂紋。

（二）X射線成像記錄修復情況

1.青銅器焊接、粘接修復

錫焊是中國青銅器傳統修復工藝中將碎片連接起來的一種重要方法。具體焊接方式有連續焊、點焊、加芯焊等若干種。焊錫的主要成分為金屬錫，錫的原子序數為50，大于銅的原子序數29，故焊錫對X射線的吸收能力強于銅，所以其在X射線實時成像中呈暗區。膠接區屬于非金屬縫隙，因此呈亮區。

連續焊是沿著青銅器原有的裂隙或者斷裂方向進行焊接操作，故而焊縫的走向并不規整，在X射線片中表現為不規則的暗色條帶（圖一六）。

（1）點焊

點焊部位受力集中，連接并不可靠，因此一般僅用于定型。在X射線實時成像圖的白色裂隙上的暗點形狀即為點焊（圖一七）。

（2）銀錠扣焊接

特殊形式的點焊，在X射線成像上可以清楚看到燕尾形的榫接（圖一八）。

（3）粘接

相對于焊接，使用樹脂粘接青銅器，對文物本體的破壞相對較小。粘接具有良好的可逆性和可再操作性，是目前提倡的一類使用方法，其缺點是操作上復雜，且強度低。用于青銅器粘接的樹脂種類非常多，本次修復使用雙組份環氧樹脂，相對于青銅來說，其對X射線的吸收非常弱，通常在片中表現為亮區。

2.青銅器補配

補配是指使用金屬或者樹脂材料修補青銅器上缺損的部位。可用于青銅器補配的材料甚多，本次修復中使用的主要有：鑄銅、環氧樹脂、銅皮。

圖一六　連續焊

圖一七　點焊和膠粘

圖一八　銀錠扣焊接

圖一九　鑄銅補配

圖二○　環氧樹脂補配

圖二一　銅皮補配

（1）鑄銅

本次修復中的鑄銅補配要求成分與原器物成分基本一致，但由于腐蝕情況的差異，導致補鑄塊與原器物在X射線成像上的不一致。補配塊通過環氧膠與原器物連接（圖一九）。

（2）環氧樹脂

樹脂補配在本次修復中用于缺損不大、受力較小的部位，一些腐蝕礦化嚴重的青銅器使用樹脂補配也較多（圖二○）。

（3）銅皮補配

銅皮補配的操作簡便，本次修復中應用該方法在一些隱蔽位置，鼎的底部無紋飾處有小面積殘缺，使用銅皮補配（圖二一）。

五、小結

（一）對青銅器的X射線成像解讀十分關鍵，首先要對所拍攝文物有一定的了解，其次對文物的結構有一定的了解，最重要是對文物本體物質的密度、組成有一定的認識。隨著對青銅了解的深度增加，解讀的難度會下降而深度會增加。

（二）X成像技術在文物研究中優缺點并存，最大的優點是無損分析，這對珍貴文物的分析檢測是十分重要的。但其存在輻射改變熱釋光數據的缺點。所以在分析陶瓷類文物檢測流程中，確保先做熱釋光檢測，再做X射線成像。

（三）在文物研究中X光成像的作用可以幫助了解文物的內部（外表不可見）結構，幫助了解文物質地的區別、文物組成材料質地的區別、因腐蝕等因素造成的區別、文物內部破損狀況、文物的修復狀況、文物的作偽及完善文物檔案。

（四）通過對X射線影像的分析，可以掌握青銅器的保存現狀，為制定科學、合理的保護修復方案提供依據，有助于對文物進行保存現狀研究、從而實施科學化的保護修復。

隨著文物保護最小干預理念的確立、現代檢測技術的發展和經濟基礎的不斷提高，X射線照相技術以其非破壞性和直觀性等優勢，越來越受到文物保護研究者的青睞。

[1]丁忠明、吳來明、孔凡公《文物保護科技研究中的X射線照相技術》，《文物保護與考古科學》2006年第1期，38～46頁。

[2]李衍《工業射線照相的歷史》，《無損探傷》2002年第5期，1～5頁。

[3]鄭震《工業用γ射線影像板的金屬增感與色心研究》，《天津理工大學》2004年。

[4]于群力《X射線照相技術在文物辨偽中的應用個例》，中國化學會應用化學會學科委員會《文物保護與修復紀實——第八屆全國考古與文物保護（化學）學術會議論文集》，2004年5月。

[5]胡東波、呂淑賢《應用X射線成像對晉侯墓地出土青銅器鑄造工藝的研究》，《古代文明（輯刊）》，2013年，55～81頁。

[6]劉煜《圈足上的鏤孔:試論商代青銅器的泥芯撐技術》，《南方文物》2014年第3期，110～116頁。

（作者工作單位：山西博物院）