從文物分析角度淺議彩繪巖畫的研究

摘 要：巖畫忠實記錄下了人類生產、生活方面的各種信息，是研究人類歷史的重要物質文化遺存。對彩繪巖畫所用顏料、膠料以及呈色和空間特征的研究，不僅有助于理解巖畫創作這一人類行為背后隱含的各類信息，同時也將為巖畫的保護與利用工作奠定扎實的科學基礎。文章通過回顧國內外彩繪巖畫的研究成果，對常用文物分析手段在彩繪巖畫研究中的應用情況進行概述。

關鍵詞：彩繪巖畫；物相分析；光譜分析；數字化

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.18.021

巖畫不僅揭示了最初人類思維在抽象、綜合和理想化方面的能力①，同時也忠實記錄下不同族群所處時代的環境、經濟、文化等諸方面信息。對巖畫進行深入研究，不僅能幫助我們追溯人類更加久遠的歷史，同時將為巖畫資源的保護與利用奠定科學的基礎。回顧國內外巖畫的研究歷程，研究方法的更新始終是推動該領域發展的重要力量。近年來，以科技斷代為代表的一系列自然科學手段愈發受到研究者的重視。科學數據的支撐一方面減少了主觀因素對研究結果的影響，另一方面為研究者解讀巖畫內涵提供了更加可靠的背景信息。本文從文物分析角度入手，以彩繪巖畫為探討對象，簡述目前巖畫分析研究工作的特點，對常用文物分析技術在彩繪巖畫研究中的應用情況進行總結。

1 彩繪巖畫分析工作的特點

根據制作方法的不同，巖畫可分為巖刻畫和巖繪畫兩大類。據以往學者的研究，我國巖畫大致可以劃分為北方系統、東南沿海系統、西南系統、中原系統和東北系統五大系統。其中彩繪巖畫主要見于西南系統和東北系統，在北方系統中也有少量發現。由于彩繪巖畫所用顏料幾乎均為無機礦物顏料，使用的膠結物也與其他彩繪類文物相似。因此，目前應用于彩繪文物研究的各種分析技術多數也適用于彩繪巖畫的分析研究，如X射線衍射光譜（XRD）、X射線熒光光譜（XRF）、拉曼光譜（Raman）、掃描電子顯微鏡-能譜（SEM-EDS）、氣相色譜質譜聯用（GC-MS）等。考慮到彩繪巖畫的脆弱性及不可再生性，對其開展科學分析時應盡量選擇具有原位、非接觸、無損等特點的分析手段。相較于其他彩繪類文物，彩繪巖畫的分析更依賴于多種手段的互證，這一點在顏料的研究中尤為明顯。不同地點的彩繪巖畫在制作原料方面存在極大相似性，如紅色顏料的呈色成分多為赤鐵礦，但加工工藝的細微差別卻會導致顏料在呈色上出現一定的差異。例如，熱處理過程中提高溫度會導致赤鐵礦晶粒尺寸發生改變，進而使其顏色加深，發生由紅色向紫色的轉變。對顏料這種微觀層面的變化僅通過單一分析手段是無法查明的。另外，在經歷成百上千乃至數萬年的風化過程后，巖畫顏料層的結構及成分都已變得十分復雜。有學者曾在西班牙一處巖畫的赤鐵礦顏料中發現了磷灰石的存在。由于在基巖樣品中并沒有發現磷酸鹽，且赤鐵礦的硬度也決定了其無法用骨質工具進行加工。因此，研究者推測這一現象可能與顏料的特殊配方有關。然而在這之后，有學者在西班牙另一處巖畫的巖石表面和顏料層中確認了磷酸鹽成分的存在。這一發現表明巖畫顏料層中的磷灰石并非與顏料配方有關②，而可能是受外界因素影響的結果。

在巖畫研究中使用各種分析手段不僅是為了解答“是什么”，同時也是為了對“為什么”這一問題給予合理的解釋。相較于前者，對后者的探究更有助于深化我們對巖畫創作過程及巖畫受環境因素影響過程的理解，這種理解將為巖畫的研究與后續保護工作奠定科學的基礎。而為了更好達到以上兩個目標，在分析工作中通過多種手段進行互補與互證以提高結果的可靠性顯得十分重要。

2 彩繪巖畫的顏料分析

我國系統開展巖畫研究工作大致始于20世紀80年代。在眾多巖畫中，廣西左江花山巖畫是開展科學分析較多的一處巖畫。20世紀90年代，邱鐘侖等人③對花山巖畫的顏料進行了物相分析。根據X射線衍射分析結果可知，花山巖畫的顏料主要由方解石（CaCO3）、石英（α-SiO2）、赤鐵礦（α-Fe2O3）和高嶺土（Al4[Si4O10]（OH）8）等構成。此后，郭宏等人④借助偏光顯微鏡、電子探針、X射線衍射等手段對花山巖畫的顏料層進行分析。在確認紅色顏料顯色成分為鐵紅的同時，他們還在所取樣品的顏料層與巖石之間發現了水草酸鈣層，結合花山巖畫所用膠結物可能為植物性膠結物這一結果，郭宏等人認為水草酸鈣是植物漿液中的草酸或草酸鹽與石灰巖巖體發生反應的產物。該產物恰恰是顏料層能夠與巖石緊密結合的原因之一。

正如以“操作鏈”概念去理解和研究石器制作過程一樣，巖畫的制作也是一個可以按時間順序劃分的行為和思維過程⑤。目前所見的巖畫遺跡只是整個巖畫創作過程的結果。礦物顏料以其耐久性成為彩繪巖畫中保存狀況最好的部分，也成為揭示巖畫制作技術特點的重要材料。因此，除了成分及物相分析外，對巖畫顏料進行溯源研究同樣具有重要意義。創作者使用某一顏料的前提不僅僅是對該種資源具備一定的認識，同時他們也需要對該種資源的分布有所了解。江姝等人⑥通過鉛、鐵同位素示蹤法對花山巖畫所使用的赤鐵礦顏料的來源進行了追蹤。結果表明，花山巖畫中的赤鐵礦來自附近左江流域的兩處礦源。據此推測，古駱越人可能對左江流域的赤鐵礦分布情況已具備一定了解。

大量研究表明，巖畫并不僅僅是“為藝術而藝術”的產物，其所包含的信息涉及創作者所處時代的方方面面，大到周圍自然環境，小到族群審美取向。雖然對巖畫顏料各種理化信息的提取并不能直接解答關于巖畫創作的一系列核心問題，如人類為什么創作巖畫，但這些信息卻是深化對其認識的基礎。

對顏料不同的加工方式會導致其呈色發生改變。Kurniawan等人⑦在蘇拉威西南部龐格普地區的一處巖畫點發現了深紅色和紫色兩種顏色的手印巖畫。借助光學顯微鏡、X射線熒光光譜、拉曼光譜、掃描電鏡和傅里葉變換紅外光譜等分析手段，他們對兩種顏料樣品的形貌成分及物相進行了分析。通過顯微觀察可知，紫色樣品和深紅色樣品的表面形態存在一定差異，造成這種差異的原因可能是樣品結晶度或顏料顆粒尺寸不同。對于這一猜測，X射線熒光光譜、拉曼光譜及傅里葉變換紅外光譜的分析結果給予了支持。盡管兩種顏料的呈色物質均為氧化鐵，但二者拉曼光譜圖中的拉曼位移和半峰寬數據卻存在明顯差異。而由于在紫色樣品的傅里葉變換紅外光譜圖中，羥基并沒有隨Fe-O吸收峰強度的增加而消失，由此Kurniawan等人推斷：是創作者使用的不同機械加工方式，導致了顏料在呈色上的差異。

除上述諸方法外，Ｘ射線吸收近邊結構光譜分析（XANES）也是研究顏料加工工藝的一種有效手段，該方法可用于研究物質局域結構和局域電子特性。其譜圖大致可分為三部分，包括吸收邊部分可指示吸收原子氧化態等信息、邊前部分可提供體系對稱性等信息、邊后部分則能夠反映緊鄰原子立體空間結構等內容。以巖畫中常見的鐵紅顏料為例，如果創作者對其進行了熱加工處理，那么該過程引起的物質微觀結構的改變可通過譜圖進行觀察。

綜上所述，對巖畫顏料的分析至少應包括微觀形貌觀察和理化特性判斷兩個方面。其中微觀形貌觀察主要用于揭示顏料層表面狀態、層次結構等信息，并為進一步的理化性質分析提供一定的方向。對于呈色物質特性的判斷除了能獲得有關原料的各種信息外，也有助于排除干擾信息。例如在同一洞穴內或同一巖棚下，相似的環境意味著巖畫經歷了大致相似的風化過程，在缺少打破關系的條件下，圖像間顏色的深淺差異往往會讓人聯想到二者在相對年代方面的早晚關系。而利用科技分析手段對彩繪巖畫顏料的理化特性進行全面分析，恰好可以驗證這一推論的正確與否。

3 彩繪巖畫的膠結物分析

根據民俗學資料的記載，巖畫一般利用植物汁液、動物乳汁、血液或水等物質作為顏料的黏合劑。目前適用于其他彩繪文物膠結物分析的手段，如紅外吸收光譜、氣相色譜-質譜及高光譜均適用于巖畫中膠結物的分析。

邱鐘侖等人⑧利用紫外分光光度計和傅里葉紅外光譜儀，對左江花山巖畫中的有機物進行了初探。結合分析結果及巖畫所處自然環境，他們認為左江花山巖畫中的膠結物為木質素。此后，孫延忠等人⑨又利用氣相色譜-質譜法（GC-MS）對廣西左江花山巖畫中的膠結材料開展了進一步分析研究，得出了與此前學者相似的結論，即花山巖畫使用的膠結物為植物性膠結材料。Rosina等人⑩借助傅里葉變換衰減全反射紅外光譜儀對西班牙南部的三處巖畫開展了膠結物分析。相對于一般的傅里葉變換紅外光譜法，通過收集樣品表面反射信號以獲取有效信息的傅里葉變換衰減全反射紅外光譜法，在無損檢測及表面信息獲取等方面具有顯著優勢k。同樣以反射光譜為信息獲取媒介的高光譜技術近幾年也被應用到了文物分析領域中。具體到彩繪文物中，高光譜技術除了被用于顏料分析、信息增強、隱含信息挖掘等方面外l，近年也被嘗試用于文物膠結物的研究中。對于高光譜技術在膠結物分析中的可靠性和實用性，王聰等人m以文物中常用的三種有機膠料—蛋黃、兔皮膠、亞麻籽油為研究對象，借助便攜式全波段高光譜感應器對單組分和與顏料（朱砂、石青、青金石、鐵黃）混合物狀態下的三種物質進行檢測。實驗表明這三種常見膠結物的反射光譜在波長1100～2400nm范圍內的特征信息差異最為顯著。盡管在與無機顏料混合狀態下三種有機物的吸收峰位置均發生了一定的偏移，但整體上并不影響便攜式全波段高光譜感應器對其進行有效識別。

盡管到目前為止還鮮有學者將高光譜技術真正應用于彩繪巖畫膠結物的研究工作中，但西澳大學學者Horn通過相應的模擬實驗，讓我們看到了該項技術未來應用于彩繪巖畫膠結物分析中的希望。Hornn分別以未經光老化處理的新鮮赭石顏料和經過（相當于100年）紫外線光老化處理的赭石顏料為樣品，利用便攜式高光譜儀對顏料中的無機礦物及有機膠結物進行了檢測。從結果看，無論是新鮮樣品還是老化樣品，高光譜儀都能對其中的無機礦物及有機膠結物進行準確識別。但與此同時，Horn的研究也揭示出目前光譜分析手段應用于彩繪巖畫膠結物研究中的一些不足。巖畫中的膠結物不僅會與赤鐵礦發生反應，同時長期受紫外線影響還會出現光老化的問題。在經歷一系列的變化后，膠結物的譜圖形態會與原始狀態下的譜圖存在不同。因此，即便高光譜儀給出的結果準確無誤，有時也并不能如實反映巖畫膠結物的成分。例如植物脂質會與赤鐵礦發生反應造成其脂質特征的丟失，這意味著即使譜圖中沒有出現植物脂質的特征峰，也無法完全認定創作者最初使用的是非植物類的膠結物。因此，在持續探究各種光譜分析方法有效性的同時，有必要對巖畫中的各種膠結物隨時間發生改變的規律做更深入探究，從而彌補分析結果可能存在的不足。

4 彩繪巖畫的顏色分析

巖畫是基于古代人類的日常經驗、宗教、情感和認知的需要而創作出的具有表現力的符號圖像。其本身就是一種元文獻o，是今人重塑文字出現以前人類歷史的直接物證。盡管上述提及的各類理化分析技術能夠加深我們對巖畫的認識，但這種認識主要集中在巖畫的制作過程方面，想要真正理解巖畫的內涵，仍舊需要從巖畫圖像入手。由于顏色是巖畫圖像最易被識別，同時也是最易被量化的特征，因此顏色成為另一個分析的重點。在對一處巖面圖像開展類型學分析時，個體間顏色、題材、風格等方面的差異都是圖像分類的重要依據。對巖刻畫而言，因其制作過程會破壞巖石表面的鐵、錳氧化物薄膜，露出巖石本身較淺的顏色，而畫痕經新一輪的風化，顏色又會逐漸加深，直到與巖面一致。所以，顏色可反映風化的程度，進而指示出位于同一巖面上的圖像間的時代早晚關系p。然而對于彩繪巖畫來說，顏料成分、顏料顆粒的尺寸、巖壁的形態、顏色及濕度等因素，都會對其呈色產生影響。因此，人眼觀察到的顏色深淺也就不能簡單與時代早晚直接畫等號。以光學和色度學為理論基礎的色度測量方法的引入，為彩繪巖畫顏色信息的客觀記錄與測量提供了可能。

依據原理的不同，常用的色度測量方法可分為兩大類，即光電積分法和分光光度法。分光光度法是通過樣品的光譜反射或透射特性來計算被測對象色度值的一種方法，可以得出任何照明條件和觀察條件下的各類色度數據q，因此在文物分析工作中有著更為廣泛的應用。在彩繪巖畫的研究中，師渤翔r曾借助便攜式分光輻射亮度計和PCA主元分析法，對新疆阿勒泰地區哈巴河縣多尕特巖畫和敦德布拉克彩繪巖畫中個體圖像間的相關性進行探究。結果顯示，實驗所涉及的兩處彩繪巖畫中的圖像并不是在同一時段制作完成的。相似研究也見于國外學者的工作中。

lafon-Pham等人s利用便攜式分光輻射亮度計對法國阿爾代什峽谷一處洞穴中的紅色巖畫進行了分析研究，希望以此找出圖像間存在的聯系。同時，為更好地理解不同巖畫圖像色度值出現差異的原因，他們還開展了一系列模擬實驗，以確認成分之外影響呈色的因素。結果顯示，該洞穴內的巖畫在色度值上的差異并不是顏料成分不同所致，其主要與顏料對巖壁的覆蓋情況有關。顏料覆蓋率的高低一般是由巖畫創作技法決定的，而技法的不同往往又隱含于不同的題材當中，從而使不同題材的圖像在顏色上呈現出差異。總體而言，雖然彩繪巖畫的顏色并不能作為斷代的核心依據，但顏色作為一種能夠被儀器量化的巖畫特征，卻可以為巖畫圖像的分類工作提供科學的依據。

5 巖畫的空間特征分析

近年來，景觀考古學對巖畫研究產生了很大的影響。其中，空間特征分析的引入為學者從宏觀層面認識巖畫、發掘隱藏在巖畫中的人地關系帶來了新途徑。景觀考古學（land scapear chaeology）是一種“從大的區域內人類活動的宏觀角度來關照單個遺跡或聚落”的方法。巖畫與周邊環境所構成的巖畫景觀，通過銘刻或繪制于巖石之上的視覺標記對特定空間的社會建構形式予以呈現t。一方面，因巖畫屬不可移動文物，幾乎不存在被帶離創作地點的可能；另一方面，巖畫作為人類記錄生活的載體，包含了大量當時人們對周圍世界的思考。因此巖畫的空間分布特征無疑是探究古代人地關系的重要切入點。

張宇程等人u以青海玉樹通天河流域巖畫為研究對象，利用GIS平臺構建巖畫數據庫，記錄各巖畫的空間基礎信息。在此基礎上，采用K均值聚類法獲取流域巖畫的空間聚類特征。其次，選取影響巖畫分布的8個潛在變量，對通天河流域巖畫整體及各巖畫群分別構建最大熵模型。根據模型提供的各變量影響貢獻率以及巖畫圖像的具體內容，對通天河流域巖畫分布格局的成因及該地區古人類與環境間的互動關系進行了解闡釋。

吳夏楠等人v以新疆維吾爾自治區文物局公布的全國第三次文物普查的巖畫分布數據為基礎數據，采用最近鄰分析法、核密度估計等方法對新疆巖畫空間結構進行量化分析。除了驗證新疆巖畫多分布于河流附近這一特征外，吳夏楠等人還發現新疆維吾爾自治區境內的486處巖畫在空間分布上整體呈現出凝聚態勢。在各個巖畫分布區中，阿勒泰和哈密地區巖畫的數量占到了巖畫總數量的49.49%。該數據表明，新疆巖畫在空間分布上存在明顯的不均衡性。從上述研究中不難發現，巖畫在空間分布方面具有一定的規律性，其分布位置顯然是創作者有意選擇的結果。可以說，巖畫的空間位置既是其物質載體，也是其精神意涵的組成部分w。與其說各種環境因素影響了創作者對巖畫空間位置的選擇，不如說是它們在不同族群被賦予的特殊意義促成了創作者對于特定環境的偏愛。因此，為了真正理解巖畫的內涵，加強對巖畫空間位置特征的研究顯得至關重要。除此之外，對巖畫空間分布情況的掌握也將為后續巖畫資源的開發與利用奠定堅實基礎。

6 結語

“透物見人”是現代考古學追求的重要目標。為了更好地理解巖畫這一文化現象，有必要對巖畫建立起一種客觀、全面的認識，這無疑需要更多學科及更多研究手段的配合。在巖畫領域愈發重視跨學科研究的當下，語言學、分子生物學、地理信息科學等一系列學科的研究手段與成果也為巖畫信息的挖掘與闡釋帶來了新的生機，讓巖畫的史料價值得以真正彰顯。而對巖畫開展科學分析除了能加深研究者對于巖畫的認識外，還可以為后續巖畫的保護工作奠定一個科學基礎。誠然，通過制定規章制度、建立巖畫保護區等措施對巖畫遺址進行保護已取得了一定成果，但想要從根本上延緩巖畫在不可控環境中的劣化過程，仍需要依靠科技手段對巖畫本體進行一定的保護處理，而任何保護工作的開展都必須建立在對巖畫深入了解的前提之下。

注釋

①阿納蒂，威麗斯.巖畫類型學[J].南方文物，2019，110（2）：13-25.

②Domingo Sanz I，Vendrell M，Chieli A.A critical assessment of the potential and limitations of physicochemical analysis to advance knowledge on Levantine rock art[J].Quaternary International，2021（572）：24-40.

③⑧邱鐘侖，李前榮，潘笑梅，等.花山巖畫顏料和粘合劑初探[J].文物，1990（１）：85-87.

④郭宏，韓汝玢，趙靜，等.廣西花山巖畫顏料及其褪色病害的防治對策[J].文物保護與考古科學，2005（４）：7-14，67.

⑤塞勒特，陳淳.操作鏈：概念及其應用[J].文物季刊，2022，165（２）：86-91.

⑥江姝，王金華，程邦，等.同位素示蹤法在廣西花山巖畫礦物顏料產地溯源中的應用[J].西北大學學報（自然科學版），2022，52（2）：224-231.

⑦Kurniawan R，Kadja G T M，Setiawan P，et al.Chemistry of prehistoric rock art pigments from the Indonesian island of Sulawesi[J].Microchemical Journal，2019（146）：227-233.

⑨孫延忠，王志良，魏書亞.廣西寧明花山巖畫顏料膠結材料分析研究[J].文物保護與考古科學，2012，24（2）：38-43.

⑩Rosina P，Collado H，Garcês S，et al.Benquerencia （La Serena - Spain） rock art：An integrated spectroscopy analysis with FTIR and Raman[J].Heliyon，2019，5（10）：e2561.

k黃紅英，尹齊和.傅里葉變換衰減全反射紅外光譜法（ATR-FTIR）的原理與應用進展[J].中山大學研究生學刊（自然科學、醫學版），2011，32（1）：12.

l張群喜，王珺，彭進業，等.基于光譜成像的彩繪文物新應用與新方法[J].文物保護與考古科學，2019，31（5）：26-32.

m王聰，MaraCamaiti，鐵付德，等.便攜式高光譜感應器在有機膠料無損分析中的應用初探[J].光譜學與光譜分析，2021，41（9）：2886-2891.

nHorn K R.Time takes its toll：Detection of organic binder media in ochre paints with visible near-infrared and short-wave infrared reflectance spectroscopy[J].Journal of Archaeological Science：Reports，2018（21）：10-20.

o姥海永.圖像學視域下的語言轉向：評童永生教授《中國巖畫的文獻學研究》[J].創意與設計，2021，77（6）：98-104.

p任萌，王建新.巖畫研究的考古學方法[J].文物，2013，682（3）：67-73.

q周輝，潛偉，周衛榮.色度測量在文物考古中的應用[J].文物保護與考古科學，2021，33（1）：125-132.

r師渤翔.無損光譜分析在阿勒泰彩繪巖畫相對年代研究中的探索[D].西安：西北大學，2017.

sLafon-Pham D，Konik S，Monney J.On-site spectroradiometric analysis of Palaeolithic cave art：Investigating colour variability in the red rock art of Points cave （France）[J].Journal of Archaeological Science：Reports，2022（42）：103384.

tu張宇程，何捷.基于最大熵模型的通天河流域巖畫景觀分布研究[J].風景園林，2021，28（11）：44-50.

v吳夏楠，張歡，隋立民.新疆巖畫空間結構研究[J].和田師范專科學校學報，2021，40（3）：92-98，91.

w張嘉馨.巖畫的空間環境及其神圣性研究[J].民族論壇，2019，402（4）：98-104.