定縣漢簡的分析檢測與保護修復研究

史少華　張瓊　魏棟　趙陽　賀巧云　雷瓊　李貝茜　徐文英　丁柏濤

摘 要：河北定縣八角廊40號漢墓早年遭遇盜焚，墓內漢簡的性狀、形貌特征、物理性能發生改變，且致使竹簡字跡辨認困難，嚴重地影響了其文獻文物價值。通過對定縣炭化漢簡的微觀形貌、力學性能分析檢測并進行相關實驗，基本可以了解漢簡熱解炭化的過程、內部形態結構的變化及收縮特征，確定有效荷載范圍以及復形方法。在遵循文物保護基本原則的前提下，編制了《河北定縣漢簡保護修復方案》，并對漢簡開展了清洗、復形、封護等保護修復工作，使漢簡的形貌得到一定程度的恢復，物理強度得到增強。定縣漢簡的保護修復彌補了國內炭化竹簡保護修復工作的技術空白，為相似文物的保護修復與研究提供了重要借鑒。

關鍵詞：定縣漢簡 炭化竹簡 科技檢測 清洗 復形 封護

一、引言

1973年，河北省定縣（今定州市）八角廊村40號漢墓發掘出土了大量漢簡。因該墓早年被盜焚，留存的大部分器物都經焚燒，墓內竹簡亦難以幸免。竹簡出土后胎體炭化，整體呈黑色，表面字跡肉眼難以區分，辨識困難。經考古人員初步整理后，確定了定縣漢簡中有記載六安國繆王劉定入朝長安期間各項活動的內容，還有《文子》《論語》等重要文獻，具有非常重要的學術價值。但受當時技術條件的限制，文物保護和資料整理工作未能充分推進。在出土后的四十余年間，漢簡存放于庫房定制的紙盒中（圖1、2）。隨著時間推移，炭化漢簡胎體逐漸劣化，并且有加劇的趨勢。本著有利于文物本體保護的原則，2020年，荊州文物保護中心受河北省文物考古研究院委托，對炭化漢簡進行了初步調查、檢測分析、實驗及保護修復可行性評估。此后，荊州文物保護中心以竹木漆器保護技術為支撐，聯合河北省文物考古研究院、中國文化遺產研究院、清華大學出土文獻研究與保護中心，共同編制了《河北定縣漢簡保護修復方案》。

定縣漢簡現有7575件（11028枚），其中已整理分篇單獨存放的共計3575件（3993枚），未經整理統一存放的共計4000件（7035枚）。定縣漢簡胎體的主要病害有炭化、糟朽、變色、變形、裂隙、斷裂、殘缺、成絲、酥粉；字跡病害有殘缺、模糊等。其中保護難度較大、糟朽成絲狀的漢簡共計248枚，約占總體的2.2%，變形嚴重的共計1881枚，約占總體的17%。

我國學者對飽水簡牘保護有大量研究，積累了豐富的經驗，基本解決了飽水簡牘保護的各類問題。如吳順清、陳元生、胡東波、方北松、趙桂芳、吳昊等對現場清理、脫色、脫水、防腐以及失水干縮等保護技術的研究。但對炭化簡牘則未見有國內外專家學者開展保護研究工作。炭化簡牘也是出土簡牘的一部分，竹簡炭化現象并非只見于定縣漢簡，長沙五一廣場東漢簡牘也有少量存在炭化現象。炭化簡牘上面記載的文字信息與其他類別的簡牘同樣具有較高的研究價值，因此，開展定縣炭化漢簡的保護修復研究有著重要的意義。

二、定縣炭化竹簡性狀的分析檢測與研究

荊州文物保護中心與河北省文物考古研究院通過力學試驗，對炭化竹簡進行了檢測分析和數據比對，掌握了炭化竹簡彎曲度與荷載的承受范圍、彎曲極限以及局部應力變化等主要數據。又經過觀察、分析電鏡圖像進一步了解了炭化竹簡的微觀結構，對病害風險程度進行了分析，為后續的復形實驗提供了重要的數據支撐。

（一）實驗樣品

樣品來源于定縣漢簡無字竹簡殘片，樣品1長36mm、厚0.89mm、寬3.61mm，樣品21長41mm、厚1.23mm、寬5.12mm，樣品22長25mm、厚1.21mm、寬3.20mm。

（二）實驗儀器

ZXMPA1150恒溫恒濕箱，萬能材料試驗機與軟件TRAPEZIUM LITE X，FEI Quanta650掃描電子顯微鏡。

（三）測試方法

力學性能：對樣品1進行48小時的保溫恒濕（溫度35℃、相對濕度95%）預處理，樣品2不進行預處理。采用萬能材料試驗機、軟件TRAPEZIUM LITE X，在同等條件下以每分鐘1毫米的速度進行三點彎曲實驗，通過彎曲試驗數據，對炭化竹簡表征力學性能及有效荷載進行分析、比對和選擇。

微觀形貌：采用FEI Quanta650掃描電子顯微鏡，觀察炭化竹簡殘片微觀形貌的變化，并判斷形貌變化對保護工作的影響。

（四）炭化竹簡的力學性能分析

1．表征力學性能分析與比對

通過彎曲試驗報告中荷載、應力、行程等基礎數據（圖3）計算可得出，炭化竹簡局部受力面積的差值、彎曲度、彎曲極限等數據。

在經過數據分析、比對得出，預處理后的樣品1彎曲角度大，荷載所產生的應力相對較小，所以自身張力大，韌性好。而未經處理的樣品21、22彎曲角度都相對較小，荷載所產生的應力相對較大，所以自身張力小，且脆。再從樣品發生斷裂時的數據分析可得出，未經處理的炭化竹簡都是同時斷裂，說明竹青與竹黃可承受的荷載、應力與應變相等或者竹黃承受值更低。而經預處理后的炭化竹簡，從竹青與竹黃在不同時間發生的斷裂數據可得出，竹青的物理強度要高于竹黃，但竹黃中的維管束自身張力更大，更具有韌性。再從荷載與應力的數據上分析可得出，竹青與竹黃的最大荷載、應力成正比關系。通過上述結論可得，炭化后的竹簡可以通過物理加溫、增濕的方式提升彎曲度、增加自身張力，降低形變發生時的應力。同時也可以側面反映出，炭化后的竹簡在未經保護的情況下，其形變受自然環境變化的影響較大。

2．有效荷載的分析與選擇

因炭化漢簡樣品的特殊性，樣品的厚度與寬度存在一定的差異，可能影響樣品縱向分析對比的結果，但不影響樣品橫向的分析與對比。我們選取了每件樣品均未出現裂隙、斷裂行程的有效荷載數據進行分析、比對得出：未經處理的樣品21，0.1～0.3mm之間有效數值為0.16N至0.63N；最小荷載為0.16N；平均荷載為0.41N；每0.1mm的荷載差值為0.26N至0.21N。未經處理的樣品22，0.1～0.3mm之間的有效荷載值為0.38N至1.64N；最小荷載為0.38N；平均荷載為1.02N；每0.1mm的荷載差值為0.64N至0.59N。而經恒溫恒濕箱處理后的樣品1，0.1～0.3mm之間的有效荷載值為0.08N至0.29N；最小荷載為0.09N；平均荷載為0.19N；每0.1mm差值為0.08N至0.13N。再通過樣品行程，采用三角函數定律計算得出：樣品行程每行進0.1mm，彎曲角度約增加0.57°，由此計算樣品最大安全形變角度為1.71°。結合以上數據，再綜合表征力學性能的評估、分析可知，炭化竹簡樣品有效且安全的荷載范圍是0.19N至0.41N，安全行程約在0.2mm，即彎曲角度約等于1.1°。在靜置條件下荷載的增加是一個動態的變化過程，出于文物安全的考慮，每次最高可以加載荷載差值的80%，即0.06N至0.1N。但炭化竹簡的病害程度，明顯存在個性大于共性的特點，初始荷載的選擇及逐步增重的荷載，需要根據漢簡形變部位糟朽程度、裂隙深淺等綜合判斷。相關情況參表1、2。

（五）炭化竹簡微觀結構分析

由于炭化漢簡的特殊性，在炭化漢簡微觀形貌觀察、分析、評估、判斷的過程中，我們參考了左宋林、王玲玲等對于現代炭化竹材熱解、形態結構、收縮率及收縮特征等的基礎研究。

從對炭化漢簡整體，維管束及薄壁組織的孔隙結構、形態成像觀察可知，漢簡炭化后整體未見明顯坍縮，但存在裂隙、凹凸不平、龜裂、孔隙收縮不一等形變現象。通過橫截面微觀結構的薄壁組織、維管束形態上逐一分析可知，薄壁組織孔隙收縮較為一致，有部分形變、殘缺、破碎等；維管束中間孔隙明顯，存在形變、收縮不一；而維管束中間孔隙大而外側孔隙小，且有成規律的發散，部分外沿孔隙存在無法觀測的現象（圖4、圖5）。

再通過竹黃縱截面橫向交錯、深淺不一的裂隙和維管束與薄壁組織豎向分離的結果可得出：漢簡炭化后維管束與薄壁組織保存較為完好，對保護工作的開展影響較小，而竹黃縱截面橫向產生的裂隙、維管束與薄壁組織的分離，極大地增加了保護工作的難度與風險。

（六）炭化漢簡熱解過程的分析及推測

根據炭化漢簡的微觀結構，并結合部分定縣漢簡的“炭白化”現象與八角廊40號漢墓紡織品的炭化現象等，可嘗試對炭化漢簡的熱解過程作以下推測：墓葬焚燒的起火點與漢簡存放的位置具有一定的距離，起火后可燃物燒毀導致墓葬坍塌及墓內氧氣不斷減少。漢簡在埋燒熱解過程中，形成了導熱性較小的炭層，漢簡可能較長時間處于無焰燃燒、熱解的階段。可以基本確定定縣漢簡在炭化前長期處于干燥且具有一定物理強度的狀態，埋燒時的溫度較高，且較為平均。而定縣漢簡盜焚熱解變化的發生，改變了漢簡性狀的同時，在一定程度上延長了胎體自然降解的時間，為今后研究定縣漢簡的材質、判斷盜焚事件發生的時間提供了珍貴的實物資料。但要準確判斷定縣漢簡降解程度與埋燒之間的關系還需要大量的實驗與研究工作。

三、復形實驗

（一）實驗樣品

樣品來源于定縣漢簡無字殘片，長21.8mm、寬3mm、厚1.3mm、通高4mm、內彎曲直徑16.6mm、外徑彎曲度數為18°（圖6）。

（二）實驗儀器

ZXMPA1150恒溫恒濕箱。

（三）實驗方法

1．微生物預防

在考慮到炭化竹簡樣品的糟朽情況及所采用的復形方法后，為防止微生物滋生對樣品產生二次傷害，在復形前使用植物精油、無水乙醇對竹簡表面進行消毒滅菌工作。

2．炭化竹簡樣品的復形

首先，打開恒溫恒濕箱，設置溫度為30℃、濕度為80%，放入樣品進行72小時預處理。其次，通過內彎曲半徑確定重力平衡點，判斷承重部位、受力點與重力平衡點之間的強度。參考炭化竹簡力學性能分析數據，采用逐步增重的方式，確定炭化竹簡樣品的有效荷載。在復形過程中，樣品彎曲度、有效荷載、應力所產生屈服強度的變化是一個動態的過程。在通過增加或減少荷載來判斷樣品應力與屈服強度的變化后，選擇提升溫度、降低濕度增大樣品自身張力，降低應力產生，同時，還需要根據樣品每個階段形變的程度調整重力平衡點、受力點、承重部位。反復數次至竹簡恢復自然平整且不回彈。然后，繼續維持有效荷載不變的同時，逐步降低濕度至40%或者低于室內濕度20%以上，再降低溫度至室溫，靜置48小時后取出復形樣品（圖7）。

（四）實驗結果

通過此次實驗我們基本掌握了炭化漢簡的物理性能特征。在復形實驗中完善了確定炭化竹簡有效荷載的方法，解決了炭化竹簡小角度形變的復形問題與復形后應力產生的回彈問題，為今后復形保護工作提供了良好的基礎條件。

四、定縣漢簡的保護修復

依據《河北定縣漢簡保護修復方案》，經征詢文物收藏單位河北省文物考古研究院等專家意見后，荊州文物保護中心與河北省文物考古研究院、中國文化遺產研究院、清華大學出土文獻研究與保護中心共同成立了定縣漢簡保護工作組，制定了定縣漢簡保護工作流程（圖8）。2021年6月在辦理了定縣漢簡保護修復工作移交的同時，清華大學出土文獻研究與保護中心賈連翔老師采用紅外光與可見光相結合的方式對定縣漢簡進行了文字信息提取工作。下面主要闡述定縣漢簡保護工作中清洗、復形、封護等關鍵操作步驟與注意事項。

（一）清洗

1．污染物的成分分析

采用掃描電鏡能譜儀對樣品進行顯微結構觀察和元素面分布檢測分析，結果如圖9所示。污染物主要由大小不等的顆粒物構成，區域主要元素為C和O，還含有一定量的Si和Al等，且Si、Al、O、Fe元素均勻分布于樣品區域中，推斷樣品表面污染物可能含二氧化硅和硅鋁酸鹽等。再通過拉曼光譜檢測結果（圖10）可知，物質區域拉曼吸收峰出現在126.6cm^-1、204.4cm^-1和463.6cm^-1等，符合石英（SiO₂）的拉曼譜圖特征，由此推斷污染物應含有石英（SiO₂）。綜合以上檢測數據可得出，污染物應為泥土類污染物，主要含二氧化硅和硅鋁酸鹽等物質。

2．污染物的清洗

定縣漢簡的清洗遵循最小干預保護原則，在清洗中先后使用毛筆、竹簽、棉簽、單向氣吹等工具。具體清洗操作步驟為：采用剝、挑的方式去除表面大顆粒污染物，再對附著牢固、較厚且深的污染物用純凈水微微潤濕，然后采用沾、洗的方式去除表面附著的污染物，直至表面潔凈。清洗完成后為防止炭化竹簡因濕度過大等環境因素的影響而產生形變，可以選擇采用綁扎、壓片的方式定形，放在避光、通風環境中干燥。

3．清洗的注意事項

污染物的組成主要是塵土及微小的礦物結晶體，適當的潮濕可以有效降低塵土的黏度及強度。但操作時要把握好濕潤的程度，以避免炭化竹簡過于濕潤進而產生其他病害，同時還可以避免污染面積增大。

（二）復形

1．復形的主要目的

復形是定縣漢簡保護修復的一個重要步驟，復形以還原炭化竹簡原有形態為目的，同時也為竹簡文字信息的順利提取提供必要條件。

復形后的炭化竹簡形貌得到了一定恢復，物理特性穩定，未見對文物結構造成影響，符合文物保護的基本要求（圖11—18）。

2．復形的主要步驟

以分析檢測及實驗所得復形相對安全范圍作為參考數據。根據每枚炭化漢簡的寬度、厚度、彎曲度、內彎曲半徑等基礎數據，以復形部位重力平衡點為中心，在判斷形變部位承重強度與受力點之間糟朽程度的前提下，確定受力面積后，再采用逐步加重的方式，確定炭化竹簡復形的初始有效荷載。然后根據每枚炭化竹簡形變部位的角度、彎曲方向的變化進行調整及定向增壓，同時使用恒溫恒濕箱降低應力的產生，增加其韌性，逐步降低變形部位的形變程度，最終達到復形保護的目的。復形后的炭化竹簡需采用綁扎方式將其放在避光、通風的環境中干燥定形。

3．復形炭化竹簡的注意事項

首先，定縣漢簡病害的個性明顯大于共性，因此，在應用復形基礎數據的同時還需要充分考慮形變部位的糟朽情況，特別是成絲、裂隙較深的部位，應盡量增大承重部位的面積，以減少復形時產生的潛在風險。其次，復形調整過程中適當減輕荷載，可以有效防止斷裂的發生。再次，做好恒溫恒濕箱產生水凝的預防性工作。

（三）封護

1．封護的主要目的

根據保護修復方案的技術路線，定縣炭化漢簡選用乙基纖維素進行封護保護。封護完成后留存于炭化竹簡中的主要是乙基纖維素聚合物，聚合物在形成保護屏障、減少外部環境影響的同時，還可以增強漢簡的機械強度，達到預期保護目標（圖19—22）。

2．封護的主要步驟

首先配置乙基纖維素溶液，根據保護修復方案的技術路線，使用無水乙醇作為有機溶劑，配制成5%的乙基纖維素溶液。待溶液充分混合后，使用毛筆、軟排筆、勾線筆等工具，對其表面每個部位進行涂刷封護。封護后可以分別采用綁扎、壓片的方式將其定形，之后放在避光、通風的環境中干燥。

3．封護的注意事項

有機溶劑的揮發會逐步提高乙基纖維素的濃度，使用一段時間后應及時更換。

五、結語

（一）定縣炭化漢簡的保護修復效果

隨著時間推移及自然環境條件的變化，定縣炭化漢簡的性狀、形貌特征有所改變，例如胎體的物理性能降低，胎體表面不斷出現裂隙并增大，胎體表面字跡越來越不易辨識、提取。在遵循最小干預的保護原則下，根據分析檢測及實驗等數據，項目組制定了較為完善的定縣漢簡保護工作流程與操作規范。在項目實施過程中，項目組成員嚴格按照工作流程與規范，對炭化漢簡進行了清洗、復形、封護等保護修復工作。經保護修復后的定縣漢簡，原來被泥土遮蓋的字跡得以完整顯現，更方便竹簡圖像信息提取；變形的炭化漢簡得到了適當矯形，有效地降低了變形程度；糟朽漢簡的物理強度得到了提高；有效控制了炭化漢簡裂隙擴大帶來的風險，達到了預期的保護修復目標。定縣漢簡的保護修復工作為其今后的保存、研究提供了重要的基礎條件，也為類似文物的保護工作提供了可參考的經驗。

（二）炭化簡的保護研究方向

現階段，定縣炭化漢簡的保護研究工作只是結合炭化竹簡的物理性能，對竹簡的形貌及物理強度進行了分析與研究，未能解決字跡肉眼辨識困難的問題。定縣漢簡中有“炭白化”簡，竹材“炭白化”后與字跡對光源的反射存在差異，通過肉眼可辨識出完整的字跡形態。這種現象與木材燒制成白炭形成表面灰化的過程類似。這為將來還原炭化竹簡字跡的肉眼可辨性，完善炭化竹簡保護體系，提高炭化竹簡研究、展陳、欣賞價值，提供了珍貴的實物資料與技術思路。

（責任編輯：田穎）