烏蘭木倫考古隊

執(zhí)筆：楊俊剛 胡越

鄂爾多斯烏蘭木倫遺址第2地點下層腳印化石模型的制作

烏蘭木倫考古隊

執(zhí)筆：楊俊剛 胡越

烏蘭木倫舊石器遺址位于鄂爾多斯市康巴什新區(qū)烏蘭木倫景觀湖畔，是一處屬于舊石器時代中晚期的古人類活動遺址，獲評“2011年度中國六大考古新發(fā)現(xiàn)”。自2010年發(fā)現(xiàn)并連續(xù)開展考古發(fā)掘以來，不斷涌現(xiàn)的考古新發(fā)現(xiàn)和研究成果，如出土于遺址地層中的保存基本完整的披毛犀骨骼化石和披毛犀軟肋骨化石，都是世界范圍內(nèi)的首次發(fā)現(xiàn)；對遺址出土石制品拼合與埋藏成因的研究、剝片技術(shù)研究、工具類型與修理技術(shù)的研究、石器微痕及其所反映人類行為的研究、動物群的研究等眾多工作成果，引起了考古界的強烈反響。

烏蘭木倫遺址2014年度發(fā)掘工作重點在烏蘭木倫遺址第2地點進行，在2011年試掘探溝的基礎(chǔ)上，擴大布方面積，將上部的砂質(zhì)堆積清理完畢，又發(fā)現(xiàn)腳印化石5個,加之2011年發(fā)現(xiàn)的3個同類化石，總數(shù)達到8個，稱之為上層腳印化石；在清理至下部地層頂面時，揭露出一組保存完好的動物群腳印和植物遺跡化石面，稱之為下層腳印化石。這一發(fā)現(xiàn)在舊石器考古遺址中非常罕見，是一處具有重要考古、人文和社會價值的文化遺產(chǎn)。

腳印遺跡面

專家現(xiàn)場鑒定（從左至右：侯亞梅、蔣志剛、葛瑞果）

目前在中國舊石器時代遺址中，僅河北陽原泥河灣盆地馬圈溝遺址曾在2003年的發(fā)掘中出土了一處大象腳印化石面。烏蘭木倫遺址此次發(fā)掘揭露的動物腳印和植物遺跡化石面，較之馬圈溝遺址規(guī)模更大、可鑒定動物種類更多、所反映的動物行為更豐富。

受烏蘭木倫考古隊邀請，中國科學院動物研究所蔣志剛研究員與法國動物考古學家葛瑞果（C. Griggo）等專家在現(xiàn)場共同觀察、鑒定，判斷出包括馬、牛、羚羊以及食肉類動物等200余個不同種類的動物腳印化石和植物遺跡化石2個。這些動物腳印化石不僅使我們得以判斷其所屬動物種類，因其良好的保存狀況還得以提供當時這些動物群體不同的行為方式，等等。例如，有些組別腳印化石反映了馬逃跑或者掙扎的行為。首先由于特殊的埋藏環(huán)境使得這些重要的史前生命活動跡象得以保留，而烏蘭木倫考古隊工作人員科學精細的發(fā)掘方法，使之得以完好揭露，重見天日。

這些腳印化石的發(fā)現(xiàn)是烏蘭木倫遺址的又一重大發(fā)掘成果，再一次豐富了遺址的文化內(nèi)涵，表明烏蘭木倫遺址具有非常大的發(fā)掘潛力。由于其重要性，如何保護和利用好出土的腳印和植物化石遺跡，成為我們的當務(wù)之急。硅膠等模具的復制、翻模在各地考古遺址的出土遺物、遺跡中得到廣泛應(yīng)用，已然成為保護、展示的一種有效途徑。有鑒于此，遺址考古人員對這一重要發(fā)現(xiàn)進行了照相、繪圖、測量、三維掃描后，主要對下層腳印遺跡進行復制、翻模，予以保護和保存，以備做后期的展示、復原之用。同時，這也是烏蘭木倫遺址整體規(guī)劃和未來發(fā)展的需要。

本文以動物腳印的復制為主題,對應(yīng)用石膏、硅膠和樹脂三種材料相結(jié)合制作硅膠模具的流程和操作要點等給予較為詳細的介紹。以期達到為同行借鑒和推廣應(yīng)用的目的。

一、方案的制定和材料、工具的準備

（一）方案的制定

烏蘭木倫遺址第2地點發(fā)掘出土腳印遺跡化石面積為20余平米，地層為細泥砂土質(zhì)堆積,容易干裂破損，非常不易保護。大多動物腳印踩踏坑洞較深且傾斜度較大，制模難度較高。在咨詢了模具制作經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們以往經(jīng)歷的幾次實踐翻模工作，決定采取石膏與硅膠結(jié)合的方法復制腳印遺跡，再用樹脂模型做加固支撐的方法進行。由于腳印遺跡面是整體出露，單個腳印的復制體現(xiàn)不出它應(yīng)有的價值，要想使復制的腳印遺跡更為真實地反映實際情況，達到再現(xiàn)動物群腳印遺跡踩踏且相互關(guān)聯(lián)的整體效果，我們選擇了一定區(qū)域內(nèi)的腳印做整體的模具復制，以保證后期的工作、研究、展示中的完整性與真實性。而使用石膏和硅膠相結(jié)合的方式進行復制，將有利于克服針對整體區(qū)域復制提取的難度。

使用石膏作為填充腳印遺跡的原材料的原因，一是動物腳印踩踏坑洞偏大而深且傾斜度較大，便于填充和單個提取；二是使用硅膠成本過高，整個面連接在一起不易提取，還可能會使硅膠模的薄處撕破。綜合考量，我們選取了石膏和硅膠相結(jié)合，先分開制作再拼合翻模的方法，這樣較為經(jīng)濟和穩(wěn)妥。這里說的拼合翻模，即用石膏填充腳印坑洞，后在腳印上部及較淺腳印表面刷硅膠模，提取完畢后再將二者拼合一處，加以復制翻模。

（二）工具、材料的選取和采購

方案確定后，就是所需原料和工具的選取和采購。

（1）工具的選取和采購，主要使用刷子（大的、小的，用于刷硅膠、樹脂和隔離劑凡士林）、電子稱（用來稱量原料，以做搭配比例的衡量）、桶或盆（用來盛裝和攪拌石膏、硅膠和樹脂）、剪刀（剪裁紗布和玻璃鋼）、塑膠手套、口罩（材料氣味刺鼻，看個人體質(zhì)等身體適應(yīng)情況，以免引起不適）、標號筆、衛(wèi)生紙、塑料薄膜（用來隔離、保溫、保護或遮蓋遺跡面）。采購的數(shù)量根據(jù)具體復制模具的面積大小、薄厚和參與人員的數(shù)量而定。

（2）材料的選取和購買，主要是硅膠（和與之搭配的固化劑即硫化劑、催化劑）、石膏、樹脂（和與之搭配的催化劑）、紗布、玻璃鋼、丙酮（主要用來清洗刷子上的硅膠）、凡士林和白乳膠。硅膠原材料按物理性質(zhì)可以分為固體硅膠和液體硅膠。我們用的是液體硅膠，其特點是耐高溫，耐腐蝕，抗撕拉性強，仿真精細高；有半透明，乳白色，淺黃色三種色澤的，其中半透明的透明度好，抗拉力強，成本當然也偏高一些。我們選取的是半透明色硅膠，其特點是韌度好，硫化快（硫化即硅膠與硫化劑發(fā)生化學發(fā)應(yīng)的過程，硫化劑是能夠使硅膠分子鏈起交聯(lián)反應(yīng)，令線形分子形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可塑性降低，彈性劑強度增加的物質(zhì)。除了某些熱塑性硅膠不需要硫化外，天然橡膠和各種合成橡膠都需配入硫化劑進行硫化。硅膠經(jīng)硫化后才具有寶貴的使用價值，力學性能大大提高，從而達到我們需要的硅膠模具的效果）。通?？稍诋?shù)氐膶嶓w店面或網(wǎng)店購買，質(zhì)量可以保障。

需要注意的有三點。一是固化劑和催化劑在購買硅膠時廠家都會按比例配送，如若不夠可另行購買，在實際操作中常常不夠使用而要增加用量，這方面在復制模具前需要先做一下實驗，因為每一批產(chǎn)品的質(zhì)量可能會有細微的差別，另外天氣溫度、濕度等綜合環(huán)境因素也有影響，一般來說，溫度越高，硫化性越好。二是紗布的空隙大小也有選擇，其主要是起到加固和韌性支撐作用，空隙中等不能過小，會影響到硅膠的刷摸和硫化速度，小了硅膠不好刷摸，每一層的銜接也不好，會有空隙和氣泡；大了會使模具的韌性降低。三是玻璃鋼的裁剪尺寸應(yīng)依據(jù)復制模具的大小和遺跡面凹凸起伏度而定，大小適宜鋪墊和相互銜接，起到加固支撐的作用。裁剪時應(yīng)戴好手套，防止玻璃絲刺入手腕等部位，引起瘙癢等不適反應(yīng)。

二、模具制作流程及要點

（一）石膏、硅膠和樹脂三種材料的凝固和硫化實驗

在做模具前應(yīng)對三種材料的具體搭配比例和凝固或硫化時間做適量的試驗，這一步至關(guān)重要，直接影響整個模具的復制效果和成敗。因每一批材料和配料都存在硫化時間方面的差異，僅按照相關(guān)搭配比例進行調(diào)配使用是不夠的，會影響到整個模具的制作。同時因硅膠和樹脂的干固受天氣、空氣濕度和風沙的影響，建議在開始對腳印遺跡進行復制前，做一下調(diào)試實驗，以確定下面的具體工作程序等都在可控范圍之內(nèi)，否則會對腳印遺跡造成不可估量的破壞，即復制工作的失敗，從而違背了我們工作的初衷，得不償失。

（二）腳印遺跡面的清理和保護

首先在腳印遺跡模型制作前，先要清掃好模具復制的遺跡面，不留任何沙?；蛏惩恋?，最好選晴朗暖和且無風或小風的天氣，若有風沙，則會影響到模型表面的光滑整潔以及硅膠的粘稠度，若出現(xiàn)坑洼等，也會影響整體效果。其次在遺跡面清理干凈后，要使用涂抹隔離劑（我們實驗結(jié)果還是凡士林的效果好，以工業(yè)用凡士林為最）進行工作，這個程序既是對遺跡面的保護，可盡量減小對遺跡面造成的破壞，也便于下一步刷模硅膠和后期硅膠模具的揭離、提取的需要。

（三）腳印遺跡的模具復制

其具體過程包括四個步驟：

（1）腳印遺跡坑洞的石膏填充

先用水攪拌好石膏，粘稠適度，不宜太硬或太稀，如此便于填充和干固，不易開裂縫，后逐個填充選定的動物腳印遺跡坑洞、樹枝劃痕等遺跡，腳印坑洞不要填充過滿，以方便和硅膠模拼合使用。填充完畢后，對填充好的腳印遺跡進行逐一編號、記錄，編號要對照之前的鑒定和編號順序。可在石膏干固前在其裸露的表面用小刀刻劃或用編號筆書寫好標號，為下一步的拼合工作做好準備。

（2）腳印上部及較淺腳印表面刷硅膠

腳印坑洞石膏填充

這一步共需三到四次交替刷硅膠、鋪紗布后成型。在石膏干固后，再次清理好遺跡面，接著在石膏模或模種上涂上隔離劑（或工業(yè)用凡士林），用干凈的純棉布或刷子沾上凡士林均勻地涂在石膏模上，保持30分鐘使模種充分吸收凡士林。緊接著按配方將硅膠調(diào)好，硅膠調(diào)配時應(yīng)按不規(guī)則方向進行攪拌，使固化劑和硅膠充分混勻，盡量減少空氣混入膠內(nèi)。硅膠配好后應(yīng)及時涂抹制模。將膠液用滴流的方式倒在模種的最高部位，讓其自然流淌，流不到位的地方用油畫筆或大一點的刷子刷模并刷到位，使硅膠充滿整個遺跡面，每一層硅膠的厚度約為1mm。待半小時或一小時或更長時間硫化后（硫化時間看搭配的固化劑比例和天氣等原因），才能刷下一層，在刷第三層時要在第二層上面加一層紗布來增加硅膠的強度，但若為增加整個硅膠模的韌性和強度，可以在刷完第一層后就鋪一層紗布，后刷第二層硅膠。

腳印面表層刷硅膠

腳印模具制作中刷樹脂后雛形

要注意的是，將固化劑按重量比（一般是1.5～2.5%）稱量后加入容器中進行混合，充分攪拌均勻；但具體操作中應(yīng)以事先的實驗數(shù)據(jù)為準進行比例調(diào)配，直至混合均勻為止，一般需3～5分鐘。固化劑用量相對少時，反應(yīng)時間加長，反應(yīng)充分，膠體就好。拆模時間10～15小時，但還得看當時的天氣等綜合因素而定。另外人手也要充足，如至少4人以上合作，需要有專人負責勾兌膠、刷膠、鋪紗布等，同步配合進行，以達到最好的效果。若到收工或其他原因硅膠還未硫化，就得用保鮮膜遮蓋，再用床單布和塑料布蓋好后，以防沙土進入和天氣突變等因素的破壞。

（3）刷樹脂以加固支撐整個模具

硅膠軟模具制作完成后還要制作石膏或者玻璃鋼外套來支撐硅膠軟模，我們這里使用的主要是樹脂和玻璃鋼外套，因為其面積較大再輔以木頭條做整體支架支撐。具體先在已經(jīng)硫化完畢的硅膠上涂一層凡士林作為隔離，接著再倒入樹脂刷勻。樹脂的凝固較硅膠快很多并且稀薄、流動性好、較易刷開，待第一層樹脂干固后，鋪一層玻璃鋼，再刷一層樹脂，這樣重復刷3層樹脂，鋪2層玻璃鋼凝固后，整個模型的外殼支撐模具就成型了。

表層樹脂模具制作完成和成功提取

要說明的是操作樹脂時如同硅膠，在第一層凝固后再刷第二層。其中層數(shù)的選擇主要看模具的大小，其次是樹脂涂刷的厚度來定，我們刷得相對較厚。為了堅固和便于搬移，我們又把粗木條固定在樹脂模上做支架支撐，這樣可以把模具從地表整體取下來，搬動到可以保存的室內(nèi)或其他地方。

（4）模具的提取

首先是樹脂模具的提取，原則上是與硅膠模揭離，單獨提取，后再拼合，但我們的整體模具面積較大，為了操作方便我們就和硅膠模具同時提取了，這樣也便于下一步直接利用，省去了再拼合的程序，不過在其他應(yīng)用中要看模具的具體情況而定。

其次就是石膏模具的提取，這工作較為繁瑣一些，需要一個個地從地層中挖掘出來，對遺址地層有一定的破壞，但也是無奈的選擇，只能盡量減少破壞的程度，另外石膏堅硬易碎，需要非常小心地提取、擺放和記錄好編號，為后續(xù)工作提供參考。

同時還需對伴生的土方進行逐方過篩清洗，以便挑揀出有可能共存的小的標本化石等，當然其他遺址遺跡的操作或許不包括此項。

三、翻模工作

（一）石膏模和硅膠模表面的清洗圖

一是石膏模的清洗，主要是其表面粘連的遺址地層泥土，比我們預想的難度大多了，石膏和泥土粘接得很牢固，很多泥土用水也洗不掉，只能用手鏟、牙簽等工具一點點地剔除，費時費工，但也沒有更好的辦法，另外有些石膏的干固也不是很好，易碎，需要非常小心。二是硅膠模表面沙土等粘接物的清洗，很多部分粘連緊密。我們先用洗車用的電動沖洗機，沖洗硅膠模型上的泥土，后用手鏟一點點清理一遍后,再用水槍逐一沖洗一次，再用手鏟等工具慢慢清理，因這一表面干凈、光滑直接影響到未來翻制模具的腳印遺跡效果，相對要求會很高。另在其他實際工作中按實際情況采取措施。

剔除石膏腳印模上粘連的沙土

模型制作中刷硅膠

復制基本成型的硅膠模具

（二）石膏與硅膠模具的拼合

主要是把分離提取出來的單個石膏模與整個硅膠模逐次拼合好，并把縫隙填補固定。我們主要用石膏對大的縫隙進行了填補和固定，小的縫隙等用白乳膠填補修整，效果不錯，完畢后，再將整個面清理干凈，就可以進行下一項工作了。

（三）刷硅膠模

這是整個翻模工作的重點，主要包括三個方面：

首先還是要涂抹隔離劑凡士林，整個面上涂抹一遍，涂抹程序和之前模具制作工序一樣。

其次就是攪拌和刷硅膠、鋪紗布，這樣交替刷三次硅膠，鋪兩層紗布，詳細的層數(shù)要看翻模的面積大小和具體要求，韌性、強度夠好就行。我們制作中整體硫化效果還是比較不錯的，只是凸起的石膏腳印傾斜的那一側(cè)紗布多有翹起，和上一層硅膠分離開了，不是很好處理，需要耐心細致地固定、涂刷。關(guān)鍵是擔心最后完工揭離時，較薄處硅膠撕破，但結(jié)果比我們料想的要好很多，并未出現(xiàn)這種情況。

另外在實際操作中，可以先刷一層很薄的硅膠，緊接著鋪上紗布固定，這樣就可以粘固住紗布不移動，便于下一步大量刷硅膠，既快捷又平整，只是做起來比較費時。

（四）刷樹脂模

這一工序也是為做好的硅膠模具，起加固和支撐作用，步驟同上述方法。值得注意的是，由于樹脂是固定沒有韌性的固化物，因此在刷樹脂之前，必須確認沒有任何向內(nèi)傾斜的斜面，因為向內(nèi)的斜面如果刷上樹脂變硬之后會導致無法脫模。如果有這樣的斜面，則用紗布“搭橋”以達到脫模的目的。樹脂刷制的具體層數(shù)依據(jù)翻模的面積大小和厚度，足以支撐整個硅膠模型就好，我們在操作中刷了三層樹脂和鋪了兩層玻璃鋼，達到了很好的支撐效果。

復制成功揭離的硅膠模具局部

四、結(jié)語

烏蘭木倫遺址所處的地理位置，使其在結(jié)合科研的社會功能發(fā)揮方面擁有得天獨厚的條件。《鄂爾多斯烏蘭木倫遺址保護總體規(guī)劃》和《烏蘭木倫考古遺址公園規(guī)劃》已獲得鄂爾多斯市政府常務(wù)會議審議通過，近期烏蘭木倫遺址被公布為內(nèi)蒙古自治區(qū)十大考古遺址公園之一，這些都將促使遺址建設(shè)成為集考古遺址公園、博物館、史前考古研究中心、科普文化傳播中心于一身，同時具備文化遺產(chǎn)發(fā)掘、展示、研究與開發(fā)、公共文化服務(wù)等多項功能的社會單元。而所有這些，都需要長期、扎實考古發(fā)掘成果的強力支撐。而此次對遺址出土動物群腳印和植物化石遺跡的復制、翻模工作，為這些目標的實現(xiàn)提供了保障和可能，是遺址工作至關(guān)重要的一環(huán)。

此外，對于文物和遺址、遺跡現(xiàn)象的模型制作工作，還有以下兩點需要注意：

首先，使用硅膠等材料對文物進行復制是為了使珍稀的文物、遺跡等能得到更好的保護和保存，令其充分發(fā)揮作用。在文物復制工作中，復制品成型模具的制作是一道不可缺少、技術(shù)要

求較高且復雜的工序。有機硅材料形式繁多，有液態(tài)的和固態(tài)的。歷史文物的復制中多使用液態(tài)硅膠，其特點是流動性好，粘度低，容易操作，拉力好，模具不變形，不傷文物，且易保存長久。其次，用石膏制作模具的工藝在文物保護界早已廣為應(yīng)用，但由于石膏制模的復印性和脫模性局限,對復制那些紋飾精細，圖案復雜，凹凸面深的文物，存在一些困難。另外石膏質(zhì)地硬，不具彈性，易碎且較重，脫模不方便。脫模時，難免使石膏殘留在文物紋飾圖案的凹處。這樣，往往在清除石膏殘屑時容易將文物損傷，不能確保珍貴文物的安全。

致謝：本次工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項項目“應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”（批準號：XDA05130203）和中國科學院古生物化石專項發(fā)掘經(jīng)費和重點部署項目經(jīng)費的共同資助。參加此次復制翻模工作的人員有鄂爾多斯文物考古研究院的楊俊剛、李雙、包蕾、古日扎布,澳大利亞伍倫貢大學的胡越（原單位是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所）和青海省文物考古研究所盧悅；中國科學院古脊椎動物與古人類研究所周國平高工和張韶光技師給予技術(shù)指導，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所侯亞梅研究員和內(nèi)蒙古師范大學歷史文化學院劉揚博士對本文寫作的提議、修改和幫助；鄂爾多斯文物考古研究院的領(lǐng)導對此項工作給予了大力支持和關(guān)注，在此一并表示感謝。