武威天梯山石窟壁畫碎塊紅色顏料分析及研究

王仁基

摘要：本文旨在借助科學儀器對武威天梯山石窟壁畫碎塊上紅色顏料進行分析，以對比研究天梯山石窟壁畫碎塊中紅色顏料成分組成以及紅色顏料使用組合情況。分析表明，武威天梯山石窟壁畫碎塊中紅色顏料是由土紅或鐵紅（Fe2O3）、鉛丹（Pb3O4）和朱砂（HgS）等礦物顏料，以及土紅和鉛丹兩種顏料混合使用;此次研究對天梯山石窟壁畫同一時代繪制紅色顏料的成分，以及研究后期顏料顏色變化提供有力的證據。

關鍵詞：壁畫;紅色顏料;X射線衍射;掃描電子顯微鏡;紅外吸收光譜

中圖分類號：K879.41 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2018）18-021-02

一、引言

武威天梯山石窟，又稱涼州石窟，始鑿于東晉十六國時期的北涼，距今已有1600年的歷史，位于武威市城南約40公里天梯山北麓的絕壁上，行政區劃屬涼州區中路鄉小坡村。窟下有寺，又稱大佛寺、廣善寺。乾隆《武威縣志》：“大佛寺，城東南一百里，有石佛像，高九丈，貫樓九層，又名廣善寺。”北魏、北周、隋、唐、西夏、元等朝代都曾在這里開窟或重修，至明、清時期已成為喇嘛教寺院，在學界有“中國石窟鼻祖”之稱。

天梯山石窟窟群南北長130米，高30-60米，洞窟分三層，據明代《重修涼州廣善寺銘》載，明正統十二年尚有洞窟26個。其現存洞窟為18個，保存有北涼、北魏、北周、隋唐、西夏、元、明、清等歷代塑像60余尊，壁畫數百余方米。其中一、四、十八窟為北涼洞窟，其它洞窟為北魏至唐代開鑿。天梯山石窟，作為我國最早見于史冊記載的第一個由一國之君開鑿的石窟，既對涼州佛教的傳播起重要的作用，同時在我國石窟發展史乃至整個佛教發展史中，都占有非常重要的地位。

由于天梯山石窟地質結構松軟，在歷次地震中都有不同程度的損壞，據記載僅1927年的涼州大地震，就震毀洞窟十余處。1959年，因當地修建黃羊河水庫，出于保護石窟文物目的，經甘肅省人民政府批準，由敦煌研究院和甘肅省博物館的專家學者組成聯合考古隊，對天梯山石窟彩塑壁畫進行保護性搬遷工程，聯合考古隊在搬遷工程過程中進行了細致的勘察測繪和臨摹記錄工作，并且通過對各洞窟各朝代彩塑壁畫的搬遷揭取工作，進一步明確了天梯山石窟極其重要的歷史、藝術、科學和社會文化價值。搬遷后的彩塑壁畫當時保存在甘肅省博物館，但因文革等歷史原因影響，彩塑壁畫受損較為嚴重，部分受人為擾動破壞為碎塊殘片。現除少數壁畫塑像保存在甘肅省博物館展出外，大部分彩塑壁畫保存在武威市博物館庫房。

本文通過對搬遷壁畫小碎塊紅色顏料進行超景深顯微鏡觀察、掃描電鏡觀察分析，和紅外光潛以及X射線衍射分析，獲得紅色不同色澤的顏料成分、組成以及兩種顏料混合使用的情況，對壁畫紅色顏料顏色變化提供依據，并做出相應的解釋。

二、實驗材料及方法

（一）壁畫紅色礦物顏料

本實驗選取壁畫碎塊上不同色澤的紅色顏料進行分析，如亮紅色、暗紅色、紅色、深紅色、黑紅色等進行實驗。其中紅外光譜分析和掃描電鏡用采樣的方式進行分析，取樣量為10mg。

（二）儀器及試劑

不同紅色顏料樣品通過超景深顯微鏡觀察，和X射線衍射儀進行無損分析;其后采用刮取微量樣品，與溴化鉀粉末混合后充分研磨，用粉末壓片機壓片，使用傅里葉紅外光譜儀對其紅外吸收光譜進行分析;最后，對樣品表面進行噴碳處理，置入掃描電子顯微鏡中觀察期形貌特征，并與掃描電子顯微鏡能譜對其元素組成進行了測試。

三、實驗過程

（一）超景深顯微鏡觀察

對亮紅色、紅色、深紅色、暗紅色、黑紅色壁畫顏料通過超景深顯微鏡在不同倍數進行觀察微觀形態。從超景深顯微鏡中可以看出，不同紅色顏料均色澤鮮艷，其顆粒度大小不同，3號深紅色顏料和4號暗紅色顏料結合緊密幾乎沒有顆粒感，5號黑紅色顏料顆粒間夾雜或附著著黑色顏料顆粒。

（二）掃描電鏡及能譜分析

用掃描電鏡對不同紅色顏料進行觀察及能譜測試，主要觀察礦物顏料晶體結構、晶格連接以及排列結構，并對礦物顏料成分進行能譜測試，得出顏料主要的元素和元素所占比例。

根據掃描電鏡觀察微觀形貌和元素能譜測試可知，1號亮紅色顏料和2號紅色顏料主要元素為Fe元素，推測為當地的鐵紅或土紅顏料（Fe2O3）;3號深紅色顏料和4號暗紅色顏料紅色主要元素為Pb元素，推測為鉛丹礦物顏料（Pb3O4）;5號黑紅色顏料主要元素為Fe和Pb，推測黑色顆粒為鉛丹氧化所致黑色二氧化鉛，即繪制紅色顏料為鉛丹和鐵紅兩種顏料混合使用。

（三）X射線衍射分析

通過掃描電鏡測試不同紅色顏料的主要元素，但具體為何種礦物元素，以及上述推測是否正確，需得進行XRD驗證其紅色顏料礦物成分。只有掃描電鏡能潛測試的元素與XRD相結合才能準確得知紅色款物顏料的組成，如圖1所示。

通過X射線衍射分析，1號亮紅色和2號紅色顏料為土紅（也稱鐵紅，成分為Fe2O3），這與當地有赤鐵礦有關，根據甘肅河西發現的魏晉時期的磚式壁畫墓中，鐵紅顏料曾被大量使用，很有可能是因為周邊地區赤鐵礦的發現。3號深紅色顏料主要成分是朱砂（HgS）和鉛丹（Pb3O4）兩種顏料，這一結論在掃描電鏡能譜中沒有測試出Hg元素，但有S元素存在。也許與當時制作掃描電鏡樣品有關。

（四）傅里葉紅外光譜儀

針對不同紅色顏料如何繪制于壁畫表面，用的什么樣膠結質，那種膠料，動物膠還是植物膠，這些疑問可以通過傅里葉紅外光譜儀對顏料里有機物質進行測試，分析膠料所含氨基酸結構和其他基團，判斷膠料的種類，為后期保護修復提供有力的依據。5個樣品測試結果一致，顏料層中均為蛋白類膠結構體，如圖2所示。

四、結果與分析

從掃描電鏡能潛和X射線衍射分析得知，1號亮紅色和2號紅色顏料主要成分是土紅或鐵紅（Fe2O3），3號深紅色成分為朱砂（HgS）和鉛丹（Pb3O4）兩種混合使用，4號暗紅色主要成分為鉛丹（Pb3O4），5號黑紅色為鐵紅和鉛丹兩種礦物顏料混合使用。從傅里葉紅外光譜分析，顏料層中有蛋白類膠結構體，為動物膠。

五、結語

上述實驗可知，武威天梯山石窟壁畫中，紅色顏料主要為土紅、鉛丹和朱砂三種紅色礦物顏料;其中部分紅色顏料為兩種礦物顏料混合使用繪制紅色。紅色顏料中暗紅色和黑紅色顏料，通過掃描電鏡和X射線衍射分析，結合超景深顯微鏡微觀形貌推測可知，5號黑紅色應為鉛丹變色所致;3號深紅色通過X射線衍射得知主要成分為朱砂和鉛丹兩種顏料混合使用。