吐魯番阿斯塔那墓地出土彩塑材質研究

摘要：彩塑的材質及工藝研究可以獲知其制作方式、工藝特色及歷史沿革等，同時也能為后續的修復材料及修復工藝的篩選提供參考。為了確定阿斯塔那出土彩塑的制作工藝及材質，使用多種分析手段對文物的形貌、結構及顏料進行科學分析。

關鍵詞：阿斯塔那;彩塑;顏料

吐魯番阿斯塔那墓葬群，距吐魯番市約40km，1988年被國務院公布為第三批全國重點文物保護單位。它東西長約5km，南北寬約2km，是古代高昌王國官民的公共墓地，出土了大量紡織品、文書、彩塑等珍貴文物，素有“地下博物館”的美稱?？脊殴ぷ髡呦群髮Π⑺顾沁M行了13次較大規模的搶救性發掘，清理墓葬五百余座，出土了一大批晉至唐代珍貴文物。彩塑的材質及工藝研究可以獲知其制作方式、工藝特色及歷史沿革等，同時也能為后續的修復材料及修復工藝的篩選提供參考。為了確定阿斯塔那出土彩塑的制作工藝及材質，使用多種分析手段對文物的形貌、結構及顏料進行科學分析。

一、彩塑結構及工藝分析

（一）儀器及實驗條件

1.Stemi2000-C型體視顯微鏡（德國蔡司公司）用于彩塑樣品形貌觀察。放大倍數1.95～200，冷光源8V、20W，最大工作距離286mm。

2.KH-7700型超景深三維視頻顯微系統（日本浩視公司），放大倍數0～7000倍，201萬動態像素。

3.VEGA3XM鎢絲燈掃描電子顯微鏡（捷克泰思肯公司），二次電子分辨率在30Kv為3.0nm，在3kV下為8.0nm，背散射電子分辨率在30kV為3.5nm，放大范圍為1.5～1000000，使用200V～30kV電壓加速，探針電流為1pA～2μA。將樣品邊緣處的一小塊顏料層取下來，面積約為0.2mm，放于樣品的載物臺上，用導電膠帶固定住，置于掃描電子顯微鏡中在電壓為5.0kV條件下進行觀察。

（二）結果與討論

1.體視顯微鏡觀察結果

使用Stemi2000-C型體視顯微鏡（德國蔡司公司）對新疆維吾爾自治區博物館館藏阿斯塔那墓葬群出土的彩塑樣品進行了顯微觀察。顯微鏡觀察五彩樣品（圖 1左）發現，該彩塑樣品色彩種類豐富，有橙、黃、綠、黑、白等顏色，彩繪表面不甚平整有明顯顆粒感，綠色和黃色顏料層有片狀脫落，局部顏料層脫落嚴重，露出顏料層下的泥質。顏料層有明顯的重疊現象，說明繪彩時使用了疊染的繪畫手法。觀察三彩樣品（圖 1右）可知，綠色、黃色、白色依次層疊，顏料層表面凸凹不平，彩繪表面分布著許多礦物顆粒，且有幾處泥漬覆蓋。彩繪保存較差，顏料呈點狀或片狀脫落，樣品有一條裂縫。

2.超景深三維視頻顯微系統觀察

使用超景深三維視頻顯微系統觀察黑色樣品（圖 2）。在50倍下觀察到樣品破碎為數塊，顏料層有明顯的脫落，漏出部分白色底色層，泥胎中有大量的纖維，纖維粗細不均，雜亂無序。

超景深三維視頻顯微系統觀察樣品背面，在50倍率下（圖 3）可觀察到在顏料層之下的細泥層中有一層網格狀織物，該織物保存較好，織物的編制結構為菱形，起到加固胎體并防止細泥層開裂脫落的作用。在150倍率下（圖 4）可觀察到該織物由十余根細纖維捻和而成，纖維整體為白色，呈扁圓形且有輕度的扭曲，推斷為捻制過程中造成的。該類泥塑細泥層中添加結構完整織物的工藝并無相關的報道，為首次發現。根據對阿斯塔那出土彩塑調查可知該工藝只應用于少數大型彩塑，推斷為彩塑制作者為增加強度、防止開裂脫落而就地取材所使用的工藝。

3. 掃描電子顯微鏡觀察

在200倍視野下觀察三色彩塑樣品（圖 5）可見：樣品表層較為平整，表面有少數坑洞，顏料層大面積脫落，邊緣處有起甲現象，底泥層有多處裂痕，且裂痕較長。在500倍視野下（圖 6）可觀察到顏料層表面并不平整，有大小不一的孔洞和裂縫，胎體樣品中有大量纖維，這些纖維較細，均勻而雜亂混雜在泥胎中，增強了胎體的強度。

選取有代表性的紅色彩塑樣品進行結構研究，以確定彩塑的制作工藝。由體視顯微鏡觀察（圖 7）可見，彩塑由胎體、白粉層和顏料層構成，其中白粉層厚度約為0.1mm，顏料層厚度約為0.06mm;胎體主要材質為黏土、顆粒礦物、植物纖維等。

二、彩繪顏料分析

為了探明阿斯塔那出土彩塑的顏料成分，使用手持式X熒光光譜分析儀和便攜式可見-近紅外光纖光譜儀對文物樣品進行無損原位分析，并使用X射線熒光光譜儀、X射線衍射儀及偏光顯微鏡對所取顏料樣品進行分析研究。

（一）實驗部分

1.實驗樣品

1）無損分析：新疆維吾爾自治區博物館考古泥塑文物庫房中待修復的兩件顏色較為豐富的仕女俑（圖 8）。

2）取樣分析：實驗樣品出土于吐魯番阿斯塔那墓葬，為6塊無法拼對修復的、帶有典型顏色的彩塑殘塊（圖 9），顏色和樣品編號分別為藍色（1#）、綠色（2#）、白色（3#）、黃色（4#）、赭色（5#）、橙色（6#）。

2.儀器及實驗條件

1）XL3t手持式X熒光光譜分析儀（美國尼通公司）用于顏料元素組成分析。使用X射線激發Ag靶，分辨率小于190eV，激發能量50kv/40μA，檢測時間30s，采用礦土模式。

2）LabSpec 5000型光譜儀（荷蘭帕納科公司），光源為帶石英外殼鹵鎢燈，檢測器為硅檢測器用于350～1000nm區域，InGaAs檢測器（熱電制冷）用于1000～2500nm區域，光譜范圍350～2500 nm，分辨率3nm（350～1000nm區域），10nm（1000～2500nm區域）。

3）ARTAX-X射線熒光光譜儀（德國布魯克公司），分析元素范圍11Na～92U，空間分辨率0.2～1.5mm。分辨率優于159eV。

4）SmartLAB X射線衍射儀（日本理學株式會社）用于顏料礦物結構分析。Cu靶，狹縫DS=SS=1°，RS=0.15mm，電壓40kV，電流40mA。測量時樣品水平放置不動，避免樣品掉落，防止樣品轉動帶來的應力變化。

5）Leica DMLSP偏光顯微鏡（德國萊卡公司）用于顏料物相分析。挑取粉末樣品顆粒于載玻片上，用酒精稀釋研磨，用圓形蓋玻片蓋片，加熱滴膠固化后進行觀察。

（二）結果與討論

1.便攜式可見-近紅外反射光譜分析結果

采用荷蘭帕納科公司LabSpec 5000型便攜式光譜儀對兩件仕女俑進行紅外反射光譜無損檢測，檢測了藍色、綠色、白色、黃色、赭色、橙色等顏料點位。檢測結果表明，藍色（青色）顏料為石青（Cu3（CO3）2（OH）2）;綠色顏料為氯銅礦（Cu2Cl（OH）3）;白色顏料含有石膏（CaSO4）和方解石（CaCO3）;黃色顏料為雌黃（As2S3）;赭色顏料主要是赤鐵礦（α-Fe2O3）和鉛丹（Pb4O3）;橙色顏料為鉛丹（Pb4O3）。

2.X射線熒光光譜分析結果

樣品X射線熒光光譜分析（XRF）結果（表1）表明，藍色顏料主要元素為Cu（圖 11a）， 我國古代含Cu的藍色顏料主要為藍銅礦（CuCO3·Cu（OH）2），通過后續的X衍射及偏光顯微分析可確定藍色為藍銅礦。綠色顏料主要元素為Cu及少量的Ca和Fe（圖 11b），常見特征元素為Cu的綠色顏料為氯銅礦（Cu2（OH）3Cl）和石綠（CuC03·Cu（OH）2），基于X熒光分析結果無法準確鑒定，結合X衍射和偏光顯微分析可知綠色顏料為氯銅礦，分析結果中含有少量Ca和Fe元素應為綠色顏料部分脫落裸露出的白粉層所致。白色顏料主要元素為Ca及少量Fe（圖 11c），含Ca的白色礦物顏料有石膏（CaSO4）、方解石（CaCO3）、骨白（Ca3（PO4）2），具體為哪一種礦物還需進一步分析。黃色顏料主要元素為As（圖 11d），基于此結果還無法斷定為雌黃（As2S3）或雄黃（As4S4）。赭色顏料主要元素為Fe及少量的Ca（圖 11e），推測赭色顏料可能為赭石（Fe2O3）。橙色顏料主要元素為Pb及少量的Ca（圖 11f），推測橙色顏料可能為鉛丹（Pb4O3）[28]。利用便攜式XRF分析（圖 11g）可知，紅色顏料樣品主要元素為Hg，推斷紅色顏料為朱砂（HgS）[29]。

3.X射線衍射分析結果

部分顏料樣品的X射線衍射微區分析結果如圖 12所示。由圖 12a可知，1#藍色顏料的2θ在25.41、34.55、40.73°有強衍射峰，與藍銅礦三強峰吻合，因此藍色顏料是石青。2#綠色顏料的2θ在16.15、25.43、32.22、40.84 °有強衍射峰（圖 12b），其中16.08、32.22、40.84°的特征峰與氯銅礦匹配，推斷綠色顏料為氯銅礦;25.43°為石膏最強峰，這是由于彩塑顏料層嚴重脫落，X射線照射至白粉層石膏所致。3#白色顏料的2θ在25.43、38.67、41.31°有強衍射峰（圖 12c），與石膏三強峰完全吻合，因此白色顏料是石膏。4#黃色顏料的2θ在18.28、25.12、31.05°有強衍射峰（圖 12d），與雌黃三強峰完全吻合，因此黃色顏料是雌黃。5#赭色顏料的2θ在26.23°、47.29°、51.95°有強衍射峰（圖 12e），與鐵紅匹配，赭色顏料為鐵紅。

4.偏光顯微分析結果

利用偏光顯微鏡對5個顏料樣品進行分析，結果見圖 13，詳細描述見表 2。

三、討論

（一）形貌及結構

使用體視顯微鏡對阿斯塔那墓葬出土的彩塑進行顯微觀察，發現彩繪表面不甚平整有明顯顆粒感，部分區域有明顯的泥漬污染，表面存在裂縫。顏料層呈片狀脫落，局部顏料層脫落嚴重，露出顏料層下的泥質。顏料層有明顯的重疊現象，說明繪彩時使用了疊染的繪畫技法。使用超景深三維視頻顯微系統觀察殘碎樣品，可知顏料層有大面積的脫落，漏出大面積白色底色層，泥胎中有大量的纖維，纖維粗細不均，雜亂無序。

通過掃描電子顯微鏡，可觀察出到顏料層大面積脫落，表面并不平整，有大小不一的孔洞和裂縫，胎體樣品中有大量纖維，這些纖維較細，均勻而雜亂混雜在泥胎中，增強了胎體的強度。

采用體視顯微鏡觀察樹脂包埋樣品剖面結構，確定阿斯塔那泥塑的制作工藝，其結構依次為胎體、白粉層和顏料層，其中白粉層厚度約為0.1mm，顏料層厚度約為0.06mm;胎體主要材質為黏土、顆粒礦物、植物纖維等，與同時期壁畫的制作工藝類似。

（二）顏料成分

綜合多種科技分析結果可知，阿斯塔那墓葬出土彩塑所用顏料為礦物顏料。其中藍色顏料是石青，綠色顏料為氯銅礦，白色顏料為石膏，黃色顏料為雌黃，赭色顏料為鐵紅，橙色顏料為鉛丹，紅色顏料為朱砂。

石青，又叫藍銅礦，化學式為CuCO3·Cu（OH）2，是一種堿性銅碳酸鹽礦物，產自銅礦床氧化帶中，常與孔雀石共生，是含銅硫化物發生氧化的產物。秦漢時期我國已經將石青作為顏料使用，考古資料顯示，秦始皇兵馬俑中就發現以石青作為藍色顏料。魏晉南北朝之后，石青被廣泛的應用于敦煌莫高窟、炳靈寺石窟[32]及麥積山石窟等石窟寺壁畫彩塑及墓葬彩陶[34]等彩繪類文物。吐魯番作為絲綢之路重鎮，文化及物資交流極為繁盛。雖然青金石也被作為藍色顏料使用，但是石青相比于青金石來說成本較低，該墓葬彩塑以石青作為藍色顏料。

氯銅礦即堿式氯化銅，屬于鹵化物礦物，化學式為Cu2（OH）3Cl，呈寶石綠至墨綠色，具有金剛光澤，堿式氯化銅可為氯銅礦存在于自然礦藏中，常與孔雀石、藍銅礦等伴生。我國古代將堿式氯化銅和堿式氯化銅水合物稱為“銅綠”，唐初吐魯番文書及其后的敦煌莫高窟藏經洞都有關于人工制造銅綠顏料的記載。新疆克孜爾石窟在公元3世紀已經使用人造的氯銅礦作為彩塑顏料，并一直將氯銅礦作為唯一的綠色顏料。敦煌石窟自北涼至元代的千余年間大量使用了氯銅礦，此外武威天梯山、天水麥積山、山西云岡石窟、陜西彬縣大佛寺的綠色顏料經分析都有氯銅礦。我國使用氯銅礦歷史悠久，上世紀在新疆塔里木盆地北緣的托克遜縣及西天山的尼勒克地區均有新發現的氯銅礦礦床[41]，結合上述文獻推斷達阿斯塔那銅礦顏料可能為新疆本地所產。

在我國古代彩塑及壁畫中，石膏、方解石、高嶺石、鉛白、骨白等常被用作白色顏料或與其他顏料調色使用，此外這些白色礦物也常被作為底色層或白灰層。克孜爾石窟、敦煌莫高窟、馬蹄寺石窟群和天梯山石窟]中都將石膏作白色顏料使用。綜上所述結合X熒光、X衍射和偏光結果斷定該彩塑的白色顏料為石膏。

雌黃，化學成分為三硫化二砷，是一種單斜晶系礦石，雌黃的顏色呈檸檬黃色，條痕為鮮黃色。雌黃對光較為穩定，遇熱可以生成三氧化二砷，我國很早就以雌黃做為藥材。考古資料最早在甘肅玉門火燒溝遺址中發現了雌黃，后在四川新都戰國墓、甘肅敦煌莫高窟元代石窟及西藏布達拉宮壁畫中都發現以雌黃做為黃色顏料。阿斯塔那墓葬彩塑以雌黃做為顏料是新疆地區發現的較早以雌黃做為顏料的考古資料。

鐵紅，主要成分為氧化鐵，其性質穩定、取材方便、價格便宜，是我國古代非常重要的一種顏料。其使用歷史可以追溯至舊石器時代，山頂洞人出土的人骨周圍就散布有赤鐵礦粉末。王偉鋒等研究發現多個地區的墓葬壁畫中都有使用鐵紅作為顏料。戰國至西漢時期的廣西花山巖畫就主要以鐵紅作為紅色顏料。魏晉南北朝之后鐵紅的使用頻率逐漸增多，唐代韓休墓彩塑及天水麥積山石窟中使用的紅色顏料均為鐵紅。多種分析結果表明該彩塑以鐵紅為赭色顏料。

鉛丹，又名紅丹，化學成分為四氧化三鉛，是古代重要的中藥材，在特殊的環境下易轉化為黑色的二氧化鉛。鉛丹較早在秦漢時期即做為彩繪顏料，考古資料顯示秦始皇兵馬俑中以鉛丹與朱砂等其他顏料混合使用。后在陜西旬邑東漢壁畫墓及咸陽東漢彩陶表面都發現鉛丹。新疆克孜爾石窟及庫木吐喇石窟、敦煌莫高窟等都有使用鉛丹做為紅色顏料的現象。唐代時期該地區及周邊已普遍使用鉛丹，阿斯塔那彩塑以鉛丹做為顏料是合理的。

朱砂，又名辰砂、丹砂，化學成分為硫化汞，是我國古代重要的中藥材及煉丹礦物，其色澤艷麗，性質穩定。早在二里頭文化二期就盛行朱砂奠基墓以求亡靈安寧。早青銅時期的甘肅玉門火燒溝遺址曾發現朱砂顏料。敦煌莫高窟唐代石窟也使用朱砂做為紅色顏料，馬蹄山、天梯山和炳靈寺石窟紅色顏料主要為朱砂。吐魯番阿斯塔那墓葬出土彩塑中的朱砂雖歷經千年，色澤依然艷麗。

四、小結

綜合多種科技分析手段對阿斯塔那出土彩塑的制作材質及工藝研究可知：

（一）阿斯塔那出土彩塑保存較差，顏料層有不同程度脫落，泥塑胎體摻雜有大量粗細不均的纖維從而增強了胎體的強度。阿斯塔那出土彩塑彩繪結構依次為胎體、白粉層和顏料層，制作工藝與同時期壁畫的制作工藝類似。

（二）阿斯塔那墓葬出土彩塑所用顏料均為礦物顏料，藍色顏料是石青，綠色顏料為氯銅礦，白色顏料為石膏，黃色顏料為雌黃，赭色顏料為鐵紅，橙色顏料為鉛丹，紅色顏料為朱砂。礦物顏料較為穩定的化學性質及吐魯番地區干燥的氣候保證了這批彩塑歷盡千年歲月依舊色澤艷麗。

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作者單位：新疆維吾爾自治區博物館