壁画制作工艺和材料光谱分析——以北京延庆花盆关帝庙壁画为例

光谱学是利用光与物质的相互作用,展示物质微观结构,提供不同化学分析方式,从而实现对物质的定量和定性分析。壁画制作工艺分析中运用了大量的光谱分析技术,该研究以北京延庆花盆关帝庙为例,通过光谱及其他技术分析壁画的制作材料和工艺。花盆关帝庙位于北京延庆区花盆村,始建于清雍正四年(1726年),是当时祭祀的重要场所,也是延庆地区关帝庙的典型代表之一。运用X射线衍射、拉曼光谱和激光粒度分析仪等一系列光谱技术发现关帝庙壁画的地仗层成分为石英、方解石和钠长石,白粉层成分为石膏,颜料层中红色颜料为铁红、铅丹和朱砂,蓝色颜色为蓝铜矿,黄色颜色为铬黄,黑色颜色为炭黑,白色颜料为石膏,绿色颜色为巴黎绿、绿土和铬绿。沥粉贴金工艺的胶结物为熟桐油和松香树脂,金箔采用含金量86.1%的赤金。拉曼光谱不仅可以辨析壁画颜料,还能通过颜料历史研究佐证和丰富壁画修复历史信息。结合文物光谱分析数据与文献资料,充分挖掘文物背后的信息,对研究和保护古代壁画有着重要意义。通过花盆关帝庙壁画同面墙不同位置的壁画地仗层制作工艺的差异,说明壁画制作材料和工艺受位置影响。期待日后研究者通过研究壁画制作材料和工艺差异,发现符合规制的典型壁...     

邛崃石窟摩崖造像的彩绘颜料分析与研究

四川省邛崃市地处成都平原,是成都地区发现的摩崖造像规模最大,分布最集中的地区。由于潮湿、半露天的保存环境,造像遭到严重破坏,缺少相关的科学分析研究。本文选用邛崃地区内花置寺摩崖造像、临邛镇磐陀寺摩崖造像和大同乡石笋山摩崖造像三处共12件彩绘颜料样品,通过超景深显微观察、X射线荧光分析、X射线衍射和显微激光拉曼光谱综合分析,获取彩绘颜料信息。结果表明红色颜料为赤铁矿[Fe₂O₃]和铅丹[Pb₃O₄];绿色颜料为砷酸铜[Cu(AsO₃)(OH)·2H₂O]和过硫酸三铜钠钾[KNaCu₃O(SO₄)₃];白色颜料为石膏[CaSO₄];黄色颜料为黄赭石[Fe₂O₃];黑色颜料为铅丹[Pb₃O₄]的变化产物,蓝色颜料为青金石[Na₆Ca₂Al₆Si₆O₂₄(SO₄)₂]。值得注意的是绿色颜料的分析结果,其中检出的砷酸铜类物质在近年中国西南地区彩绘分析中较常见,结合文献调研判断其为近现代人工合成颜料巴黎绿的变化产物,进而推测此处有近现代重绘可能。另外,首次检出过硫酸三铜钠钾成分的绿色颜料,丰富了古代彩绘颜料的分析实例,判断可能是某种绿色含铜矿物的变化结果。四川地区环境湿润,一些不稳定的矿物颜料容易发生化学变化,有的产生变色,有的颜色变化不明显,但成分已产生新的物质。通过分析邛崃石窟彩绘颜料,获取四川地区摩崖造像所使用颜料的相关信息,为颜料复原提供科学依据,同时也有利于文物工作者展开针对性保护工作,为四川地区彩绘石窟的研究和保护提供参考。     

山西公主寺大雄殿水陆壁画制作材料与工艺研究

繁峙公主寺位于山西省五台山地区,是明清时期集宗教场所与民众娱乐于一体的建筑遗存。寺内壁画与彩塑绘制精巧,尤其是大雄殿四壁壁画场面宏大,构图严谨,色彩鲜明,是保存较为完整的明代水陆壁画精品。目前公主寺壁画存在部分画面漫漶不清、出现裂隙的情况,通过实地考察与科技分析,不仅可以揭示水陆壁画使用的原料和工艺,也为日后开展修复材料的筛选与文物本体的保护工作提供一手资料。研究运用显微镜观察(OM)、拉曼光谱(RAM)、红外光谱(FTIR)、激光粒度分析(LPSA)、 X射线衍射(XRD)、 X射线荧光光谱法(XRF)、扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)及热裂解气相色谱质谱分析(Py-GC/MS)等多种科技手段,对公主寺壁画制作材料及工艺进行分析研究。实验结果显示：壁画使用传统工艺绘制,以土坯砖墙作为支撑体,地仗层分为粗泥层与细泥层,再涂刷一层打底的白粉层,最后绘颜料层。支撑体、地仗用土与当地土样的成分相似,整体颗粒粒径分布均以粉粒为主,细泥层砂粒含量较粗泥层偏高,粗、细泥层分别掺有麦秸、麻纤维等加筋材料。尤其是通过红外光谱分析发现白粉层材料为高岭土;应用拉曼光谱结合SEM-EDS分析确定了壁画所用...     

应用红外摄影研究木梯寺烟熏壁画

壁画作为我国最古老的绘画艺术形式之一,是极为重要的文化实物遗存。这种通过图像和色彩表达作者设想、装饰建筑、宣传思想、宗教崇拜的绘画存在于历史生活中的各个层面和角落。因历史上宗教活动、生产生活使用等人为因素干预,多处壁画表面存在烟熏,壁画内容被覆盖,常规方法无法识别绘画内容与风格。国内外至今没有无损且有效的技术手段完全清除烟熏层,致使此类壁画信息无法显现并解读。由于壁画绘制所使用的各类颜料对红外光吸收性存在差异,在红外光源的照射下,各物质形成反差,从而实现区分。利用红外光这种具有"穿透物质表层"的特性,可探测烟熏下壁画内容。红外摄影技术很早便在大型佛教石窟壁画的研究中有所运用,但未能广泛地应用于古代壁画研究,尤其是中小型石窟壁画。应用红外摄影技术对甘肃陇东南的小型石窟代表木梯寺石窟的烟熏壁画进行了研究,清晰识别可见光下无法观察到的画面主题、底稿墨线,甚至修改痕迹等信息,帮助推断壁画绘制年代。获取影像后,通过调整红外摄影图片容差和色阶,进一步获取画面更为丰富的局部细节。此次研究成果弥补了红外摄影技术在中小型石窟烟熏壁画研究领域的缺失,同时可以作为壁画当前保存状况的详细资料,为壁画的保护修复提供帮助。红外摄影作为一种非接触、无损、快速并直观的方法,对于研究古代烟熏壁画有着重要意义,可在石窟寺和寺观殿堂壁画的研究上进行推广,发挥其应有之用。     

唐代苏同家族墓天王俑彩绘的光谱分析

天王俑是中原地区的达官贵人墓葬的镇墓俑,是唐墓葬冥器中重要的一种神煞俑。为探究天王俑彩绘颜料的组成元素以及彩绘工艺,使用X射线荧光光谱分析了陕西省咸阳市渭城区苏同家族墓KTJ-2019-019M2、 KTJ-2019-019M3坑出土的天王俑彩绘区域的元素组成。分析结果表明陶俑表面金色贴片主要为金箔(Au);红色颜料的组成元素则是Hg、 S以及少量的Pb、 P;蓝色颜料和绿色颜料的组成元素均为Cu,白色颜料的组成元素为P、 S、 Pb。使用拉曼光谱对彩绘颜料层的鉴定物相,使用拉曼光谱分析技术对彩绘层分析结果确定了红色颜料的主要组成物相为朱砂(HgS)和铅丹(Pb₃O₄)的混合颜料;蓝色颜料的主要组成物相为石青;绿色颜料的主要组成物相为石绿;白色颜料的组成物相可能为铅白。进一步使用XRF面扫描技术分析了天王俑的彩绘工艺,解析金、红、蓝、绿色区域的组成元素位置,发现陶块样品中的M₂-1金色陶块、 M₃-1白色陶块、 M₃-2红色陶块、 M₃-3蓝色陶块、 M<...     

天水仙人崖石窟壁画颜料层原位-无损分析研究

壁画是我国极为重要的文化遗产类型,具有极高的历史价值、艺术价值、科学价值、文化价值和社会价值。颜料层作为壁画的核心价值所在,包含古代历史文化、宗教信仰、政治经济、科学技术等多方面的信息内涵。常规的颜料层分析方法有原位无损和微损取样两种,取样分析方法虽能满足这类珍贵、脆弱文物的研究,但获取样品数量有限且会对本体造成不可逆转的损伤。综合运用数字成像以及光谱等分析技术对天水仙人崖石窟壁画颜料层进行工艺与制作材料研究。结果显示,正射影像图能够真实记录壁画当前纹理信息,色度仪可以量化表征壁画颜料的颜色,红紫外摄影可以提取可见光下不易探查的壁画绘制线稿、修复痕迹等隐含信息,高倍数码显微镜可观察壁画表面的微观形态及破损处的层次信息,便携式X射线荧光光谱仪可检测出颜料中的元素由此判断主要显色元素,高光谱采集所得数据与标准图谱比较后能够准确判定颜料的矿物种类。因此,多种原位无损分析方法的联合运用,可以减少对文物的直接干预,亦可达到对壁画颜料层认知的目的。这些非接触式的无损检测方法,可精细化研究壁画颜料层的色彩、物理、化学属性等内容,是壁画现场分析的重要手段,可在石窟寺、寺观殿堂、墓葬壁画的研究上进行推广,发挥其应有之用。     

西藏扎什伦布寺壁画的科学研究

壁画是寺院建筑的重要装饰元素,也是藏传佛教艺术的重要组成部分。扎什伦布寺始建于明正统12年（公元1447年）,作为后藏最大的寺院,寺内保存了大量精美壁画,这些壁画对研究藏传佛教及佛教艺术具有重要意义。扎什伦布寺自建寺起一直为传播佛教文化服务,经历了频繁的大规模修建。为了解扎什伦布寺壁画的制作材料与工艺,为今后壁画的保护及修复提供重要的参考及科学支撑,选取寺内强巴佛殿四层北壁、吉康扎仓南殿西侧的典型壁画,共采集8个样品。采用超景深三维视频显微镜观察壁画的制作结构,显微激光拉曼光谱仪对有机与无机颜料的成分信息进行表征,偏光显微镜根据晶体的光学信息鉴别拉曼光谱相似的颜料颗粒,X射线衍射仪用于测定地仗成分,扫描电镜/能谱仪则对微观数据进行确认和补充。通过分析研究,壁画由地仗层、准备层、颜料层构成。颜料包括矿物及人工合成颜料,其中红色颜料为朱砂与颜料红14,绿色颜料为块铜矾、酞菁绿,黑色颜料为碳黑,黄色颜料为雌黄,蓝色颜料为合成群青。颜料红14与酞菁绿为有机合成颜料,合成群青则为无机合成颜料。块铜矾作为矿物颜料,在欧洲曾用于架上画、壁画、手稿等艺术作品中,但在国内还未曾发现其使用历史,这一发现扩展了对绿色颜料的认识。壁画的地仗层依据藏式壁画制作传统使用了阿嘎土,准备层则由黄土制备。研究结果表明,壁画制作时以阿嘎土打底,刷一层黄土找平壁面,以胶调和颜料绘制于黄土层之上。壁画除了使用一些常见的传统藏式壁画材料,还发现了一些近代人工合成材料,说明扎什伦布寺强巴佛殿四层北壁及吉康扎仓南殿西侧壁画曾经历过重绘或补绘。该研究结果不仅弥补了扎什伦布寺壁画的研究空缺,也为扎什伦布寺修缮历史的补充及完善提供了重要证据。     

清代圆明园-同乐园样式雷烫样颜料的科学分析

样式雷家族留存的烫样模型蕴含了丰富的科学与艺术价值,有助于互相参照,从材料、尺寸、样式、工艺等角度全面研究中国古代建筑的营造制度,更可作为古建筑设计、修缮、复原研究等的参考依据。目前对样式雷烫样的研究偏重于建筑营建的相关史实及空间的解读。相对而言,烫样本身的认识还不够充分,深度研究仍属个例,尚未形成全面、整体的认识。特别是制作工艺方面,仍然处于初步的探索阶段,缺少科学系统性的深层挖掘,对于样式雷烫样彩绘颜料科学分析的报道也相对较少。馆藏清代圆明园-同乐园样式雷烫样颜料运用比较丰富,可以辨识的颜料有红色、蓝色、绿色、白色和黄色,这些色彩均是清代建筑彩绘中的常用色调。在对圆明园-同乐园烫样进行保护修复前,利用显微激光拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换显微红外光谱(Micro-FTIR)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析方法对圆明园-同乐园样式雷烫样所用颜料进行分析研究。研究表明所用颜料既包括无机矿物颜料,也包括有机植物染料。红色颜料是朱砂,蓝色颜料是人工群青,绿色颜料是巴黎绿,白色颜料是碳酸钙,黄色颜料是藤黄。藤黄作为有机物,易受环境影响而降解,在纸质文物中并不多见,研究结果为藤黄在清代彩绘中的应用提供了又一实证。本研究为详细了解圆明园-同乐园样式雷烫样的材质和工艺等信息提供了重要科学依据。     

广元千佛崖石窟石刻彩妆颜料的分析

四川省广元千佛崖石窟是四川境内最大的石窟寺和摩崖造像群,承载着古代社会的历史信息,对研究当时的政治、文化和社会生活意义重大。千佛崖石窟在自然环境因素的长期作用下,目前受到多种严重病害的侵蚀,亟待保护。为了获取石刻彩妆的成分与工艺信息以支撑彩妆的保护工作,应用X射线衍射分析、剖面显微分析、扫描电镜能谱分析、激光拉曼光谱分析等方法,对广元千佛崖8处洞窟的已脱落彩妆颜料层样品进行了分析。X射线衍射分析鉴定出了铁红(Fe₂O₃)、朱砂 (HgS)、铅丹(Pb₃O₄)、炭黑等颜料成分,以及铅白 (PbSO₄)、石膏(CaSO₄·2H₂O)、长石、二氧化硅等打底层和岩体的组分,验证了样品脱落的原因是岩体的劣化。剖面显微分析和扫描电镜能谱分析表明,不同洞窟的彩妆制作工艺有区别,有的颜料直接施加在岩体表面,有的则在颜料层和岩体间有一层主要为硫酸铅的打底层;样品表面蓝绿色颜料的含量很少,仅通过激光共聚焦显微拉曼光谱成功地识别出来,其鉴定结果为蓝铜矾[Cu₄SO₄(OH)₆·2H₂O]。蓝铜矾作为颜料使用的报道很少。由于其矿物含量较少但分布广泛,古代一般不将其分离出来单独使用,而人工合成的碱式硫酸铜类颜料布勒门绿（Bremen green）出现于18世纪-19世纪,如果有纯碱式硫酸铜单独使用的情况出现,就意味着有近现代重绘的可能性,将有助于彩绘类文物保存历史的判断。该研究不仅为千佛崖石刻彩妆的保护提供了依据,丰富了文化遗产中使用蓝铜矾颜料的案例,更对彩妆的保存历史研究有潜在价值。     

元代都城琉璃瓦釉层的EDXRF和SEM-EDS分析

元代的琉璃瓦制作技术承自宋辽,对明清产生重要影响,是中国琉璃瓦制作技术发展的过渡时期。元上都与元中都所使用的琉璃瓦,代表了元代早期和中期琉璃瓦制作技术的最高水平。为探索元代不同时期琉璃瓦的制作技术和工艺特点,结合考古资料与相关文献,以X射线荧光光谱法（EDXRF）为基础,结合扫描电镜与能谱仪（SEM-EDS）,对元上都遗址、元中都遗址出土琉璃瓦样品釉层组成进行了测定。分析结果显示,元上都与元中都釉层包括釉与化妆土,化妆土厚度在122~260 μm之间。元上都孔雀蓝釉琉璃瓦釉料属于PbO-K₂O-SiO₂体系,和元大都孔雀蓝釉组成相似,原料组成为石英、硝、铅末、铜末;蓝釉琉璃瓦化妆土结构致密,CaO与SiO₂含量大于20%,原料可能是钙长石与黏土,应是釉料的一部分。元上都绿釉与元中都绿釉黄釉琉璃瓦釉同为PbO-SiO₂体系,基本原料组成都为石英,铅末,着色剂分别为铜与铁。元上都绿釉配方与北宋时期的接近,釉料配方也符合《营造法式》记载,但逐渐减少铅的比例为获得更浅的釉色,在元中期逐渐稳定;元中都黄釉琉璃瓦釉料铅硅比与元大都相近,配方在元中期探索中逐渐固定,沿用至明代早期,是提升明中期釉料的基础;两处遗址绿釉琉璃瓦与元中都黄釉琉璃瓦化妆土与胎釉结合紧密,Ca含量很高,厚度较薄,很可能是石灰浆[Ca(OH)₂],工匠在施加化妆土时既节约成本又能提高产品质量。三种釉色分别属于PbO-K₂O-SiO₂与PbO-SiO₂两种体系,组成原料差异明显,都用于建筑装饰,极大丰富了琉璃釉色,化妆土的应用在琉璃技术中也是一项创新。能量色散X射线荧光光谱具有分析快速、状态稳定的特点,已在琉璃瓦测试研究中得到普及,而元上都元中都琉璃瓦釉层的研究结果,补充了元代琉璃瓦的研究资料,并对探索中国琉璃瓦工艺发展历程提供一定科学依据。     

河南固始侯古堆一号墓出土东周玉器的科技分析

古代玉器不仅是装饰品,其中还蕴藏着丰富的文化内涵。为探究春秋时期河南地区出土玉器在矿物属性、制作工艺、器物功能等之间存在的关系,选取了河南固始侯古堆一号墓（M1）出土的10件玉器,应用X射线荧光光谱（XRF）、共焦显微激光拉曼光谱（LRS）、超景深光学显微系统等光学无损分析技术,结合扫描电子显微镜（SEM）和硅胶覆膜技术对其进行了综合性分析。首先通过光谱信息获知样品的化学成分和物相结构,对样品进行了基本的矿物学表征,明确其矿物种类;再利用超景深光学显微镜对样品进行观察,利用硅胶覆膜技术复刻出样品中典型的钻孔痕、切割痕和阴刻痕,并进行二次观察和测量,综合判断出其加工工艺,并统计了刻痕深度、切口角度、浅浮雕高度等相关数据。结果表明：此玉器的矿物种类包括透闪石和云母两种,透闪石质的样品多为礼器,云母质的样品为葬玉。从阴刻工艺、钻孔工艺、切割及打磨工艺和其他特殊工艺这四方面对加工工艺进行了分析,阴刻加工工具分为手持硬质工具和砣具两种,此批样品中以砣具为主;总结了两种不同加工工具雕刻产生的阴线在表面痕迹、切口角度和刻痕深度中的规律性变化;钻孔方式均为双面对钻,钻孔工具均为实心钻具,部分样品钻孔时添加了解玉砂;多数样品经过了打磨抛光,对其中一件未完全加工完成的样品开片痕迹进行了分析,判断所用开片工具为硬质片状工具。另外对其他特殊加工工艺进行探讨,讨论了两种浅浮雕工艺的差异,以及实心钻定位技术在掏膛工艺中的应用。上述结果说明古代玉器制作工艺的选择受玉料矿物属性和玉器器型功能的影响,并结合已有研究结果,探讨了春秋末年中原地区治玉过程中玉料的来源、墓主生活年代及片切割工具的变革等问题。     

凤阳明中都遗址出土琉璃瓦胎体制作工艺研究

为探索明代初期中国琉璃瓦制作工艺技术水平与工艺特点,运用能量色散X射线荧光光谱法（energy disperse X-ray fluorescence, EDXRF）,对安徽凤阳明中都及南京明故宫遗址出土69件琉璃瓦样品胎体化学组成进行了测定,同时利用热膨胀仪、吸水率测定仪和偏光显微镜等仪器设备对样品胎体的烧成温度、吸水率、显气孔率、体积密度与显微结构等进行了分析。分析结果显示,明中都样品胎体根据元素化学组成差异可分为高钙高铁、低钙高铁和低钙低铁三种类型,表明该遗址琉璃瓦样品胎体制作原料可能具有不同来源,同时,部分明中都样品的化学组成与南京明故宫样品较为接近,而上述两处遗址样品与北京故宫样品在化学组成上皆具有显著差异。烧成温度、物理性能和显微结构分析结果显示,明中都琉璃瓦瓷质胎体样品的烧成温度较高,达到了1 141 ℃,且吸水率和显气孔率明显较低,达到了瓷胎的标准,而陶质胎体琉璃瓦样品的烧成温度约为880~1 100 ℃,吸水率和显气孔率较大,且不同样品间差异明显,这可能是由于明中都琉璃瓦胎体的来源不同,导致不同样品在烧成温度、吸水率、显气孔率等方面差异较大。与北京、南京二处的琉璃瓦样品相比,明中都样品吸水率及显气孔率稍微高于二处,但三处陶胎琉璃瓦样品胎体的烧成温度基本都在1 100 ℃以下。明中都三种不同类型样品胎体显微结构差异较小,矿物颗粒粒径和孔隙大小相近,其中部分石英晶体具有明显的熔蚀边。此外,明中都和明故宫样品的显微结构特点显示两处遗址样品胎体原料加工皆较为精细,原料淘洗和烧结程度较高,琉璃瓦物理性能较好。对明初洪武时期明中都出土琉璃瓦烧制工艺的研究结果,不仅可为了解我国琉璃瓦工艺发展历程、还可对探索明初琉璃制作工艺和明中都营建的组织形式等提供科学依据。