王仁基

摘要：本文旨在借助科學(xué)儀器對(duì)武威天梯山石窟壁畫(huà)碎塊上紅色顏料進(jìn)行分析，以對(duì)比研究天梯山石窟壁畫(huà)碎塊中紅色顏料成分組成以及紅色顏料使用組合情況。分析表明，武威天梯山石窟壁畫(huà)碎塊中紅色顏料是由土紅或鐵紅（Fe2O3）、鉛丹（Pb3O4）和朱砂（HgS）等礦物顏料，以及土紅和鉛丹兩種顏料混合使用;此次研究對(duì)天梯山石窟壁畫(huà)同一時(shí)代繪制紅色顏料的成分，以及研究后期顏料顏色變化提供有力的證據(jù)。

關(guān)鍵詞：壁畫(huà);紅色顏料;X射線(xiàn)衍射;掃描電子顯微鏡;紅外吸收光譜

中圖分類(lèi)號(hào)：K879.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2018）18-021-02

一、引言

武威天梯山石窟，又稱(chēng)涼州石窟，始鑿于東晉十六國(guó)時(shí)期的北涼，距今已有1600年的歷史，位于武威市城南約40公里天梯山北麓的絕壁上，行政區(qū)劃屬?zèng)鲋輩^(qū)中路鄉(xiāng)小坡村?？呦掠兴拢址Q(chēng)大佛寺、廣善寺。乾隆《武威縣志》：“大佛寺，城東南一百里，有石佛像，高九丈，貫樓九層，又名廣善寺?！北蔽?、北周、隋、唐、西夏、元等朝代都曾在這里開(kāi)窟或重修，至明、清時(shí)期已成為喇嘛教寺院，在學(xué)界有“中國(guó)石窟鼻祖”之稱(chēng)。

天梯山石窟窟群南北長(zhǎng)130米，高30-60米，洞窟分三層，據(jù)明代《重修涼州廣善寺銘》載，明正統(tǒng)十二年尚有洞窟26個(gè)。其現(xiàn)存洞窟為18個(gè)，保存有北涼、北魏、北周、隋唐、西夏、元、明、清等歷代塑像60余尊，壁畫(huà)數(shù)百余方米。其中一、四、十八窟為北涼洞窟，其它洞窟為北魏至唐代開(kāi)鑿。天梯山石窟，作為我國(guó)最早見(jiàn)于史冊(cè)記載的第一個(gè)由一國(guó)之君開(kāi)鑿的石窟，既對(duì)涼州佛教的傳播起重要的作用，同時(shí)在我國(guó)石窟發(fā)展史乃至整個(gè)佛教發(fā)展史中，都占有非常重要的地位。

由于天梯山石窟地質(zhì)結(jié)構(gòu)松軟，在歷次地震中都有不同程度的損壞，據(jù)記載僅1927年的涼州大地震，就震毀洞窟十余處。1959年，因當(dāng)?shù)匦藿S羊河水庫(kù)，出于保護(hù)石窟文物目的，經(jīng)甘肅省人民政府批準(zhǔn)，由敦煌研究院和甘肅省博物館的專(zhuān)家學(xué)者組成聯(lián)合考古隊(duì)，對(duì)天梯山石窟彩塑壁畫(huà)進(jìn)行保護(hù)性搬遷工程，聯(lián)合考古隊(duì)在搬遷工程過(guò)程中進(jìn)行了細(xì)致的勘察測(cè)繪和臨摹記錄工作，并且通過(guò)對(duì)各洞窟各朝代彩塑壁畫(huà)的搬遷揭取工作，進(jìn)一步明確了天梯山石窟極其重要的歷史、藝術(shù)、科學(xué)和社會(huì)文化價(jià)值。搬遷后的彩塑壁畫(huà)當(dāng)時(shí)保存在甘肅省博物館，但因文革等歷史原因影響，彩塑壁畫(huà)受損較為嚴(yán)重，部分受人為擾動(dòng)破壞為碎塊殘片。現(xiàn)除少數(shù)壁畫(huà)塑像保存在甘肅省博物館展出外，大部分彩塑壁畫(huà)保存在武威市博物館庫(kù)房。

本文通過(guò)對(duì)搬遷壁畫(huà)小碎塊紅色顏料進(jìn)行超景深顯微鏡觀察、掃描電鏡觀察分析，和紅外光潛以及X射線(xiàn)衍射分析，獲得紅色不同色澤的顏料成分、組成以及兩種顏料混合使用的情況，對(duì)壁畫(huà)紅色顏料顏色變化提供依據(jù)，并做出相應(yīng)的解釋。

二、實(shí)驗(yàn)材料及方法

（一）壁畫(huà)紅色礦物顏料

本實(shí)驗(yàn)選取壁畫(huà)碎塊上不同色澤的紅色顏料進(jìn)行分析，如亮紅色、暗紅色、紅色、深紅色、黑紅色等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中紅外光譜分析和掃描電鏡用采樣的方式進(jìn)行分析，取樣量為10mg。

（二）儀器及試劑

不同紅色顏料樣品通過(guò)超景深顯微鏡觀察，和X射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行無(wú)損分析;其后采用刮取微量樣品，與溴化鉀粉末混合后充分研磨，用粉末壓片機(jī)壓片，使用傅里葉紅外光譜儀對(duì)其紅外吸收光譜進(jìn)行分析;最后，對(duì)樣品表面進(jìn)行噴碳處理，置入掃描電子顯微鏡中觀察期形貌特征，并與掃描電子顯微鏡能譜對(duì)其元素組成進(jìn)行了測(cè)試。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（一）超景深顯微鏡觀察

對(duì)亮紅色、紅色、深紅色、暗紅色、黑紅色壁畫(huà)顏料通過(guò)超景深顯微鏡在不同倍數(shù)進(jìn)行觀察微觀形態(tài)。從超景深顯微鏡中可以看出，不同紅色顏料均色澤鮮艷，其顆粒度大小不同，3號(hào)深紅色顏料和4號(hào)暗紅色顏料結(jié)合緊密幾乎沒(méi)有顆粒感，5號(hào)黑紅色顏料顆粒間夾雜或附著著黑色顏料顆粒。

（二）掃描電鏡及能譜分析

用掃描電鏡對(duì)不同紅色顏料進(jìn)行觀察及能譜測(cè)試，主要觀察礦物顏料晶體結(jié)構(gòu)、晶格連接以及排列結(jié)構(gòu)，并對(duì)礦物顏料成分進(jìn)行能譜測(cè)試，得出顏料主要的元素和元素所占比例。

根據(jù)掃描電鏡觀察微觀形貌和元素能譜測(cè)試可知，1號(hào)亮紅色顏料和2號(hào)紅色顏料主要元素為Fe元素，推測(cè)為當(dāng)?shù)氐蔫F紅或土紅顏料（Fe2O3）;3號(hào)深紅色顏料和4號(hào)暗紅色顏料紅色主要元素為Pb元素，推測(cè)為鉛丹礦物顏料（Pb3O4）;5號(hào)黑紅色顏料主要元素為Fe和Pb，推測(cè)黑色顆粒為鉛丹氧化所致黑色二氧化鉛，即繪制紅色顏料為鉛丹和鐵紅兩種顏料混合使用。

（三）X射線(xiàn)衍射分析

通過(guò)掃描電鏡測(cè)試不同紅色顏料的主要元素，但具體為何種礦物元素，以及上述推測(cè)是否正確，需得進(jìn)行XRD驗(yàn)證其紅色顏料礦物成分。只有掃描電鏡能潛測(cè)試的元素與XRD相結(jié)合才能準(zhǔn)確得知紅色款物顏料的組成，如圖1所示。

通過(guò)X射線(xiàn)衍射分析，1號(hào)亮紅色和2號(hào)紅色顏料為土紅（也稱(chēng)鐵紅，成分為Fe2O3），這與當(dāng)?shù)赜谐噼F礦有關(guān)，根據(jù)甘肅河西發(fā)現(xiàn)的魏晉時(shí)期的磚式壁畫(huà)墓中，鐵紅顏料曾被大量使用，很有可能是因?yàn)橹苓叺貐^(qū)赤鐵礦的發(fā)現(xiàn)。3號(hào)深紅色顏料主要成分是朱砂（HgS）和鉛丹（Pb3O4）兩種顏料，這一結(jié)論在掃描電鏡能譜中沒(méi)有測(cè)試出Hg元素，但有S元素存在。也許與當(dāng)時(shí)制作掃描電鏡樣品有關(guān)。

（四）傅里葉紅外光譜儀

針對(duì)不同紅色顏料如何繪制于壁畫(huà)表面，用的什么樣膠結(jié)質(zhì)，那種膠料，動(dòng)物膠還是植物膠，這些疑問(wèn)可以通過(guò)傅里葉紅外光譜儀對(duì)顏料里有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，分析膠料所含氨基酸結(jié)構(gòu)和其他基團(tuán)，判斷膠料的種類(lèi)，為后期保護(hù)修復(fù)提供有力的依據(jù)。5個(gè)樣品測(cè)試結(jié)果一致，顏料層中均為蛋白類(lèi)膠結(jié)構(gòu)體，如圖2所示。

四、結(jié)果與分析

從掃描電鏡能潛和X射線(xiàn)衍射分析得知，1號(hào)亮紅色和2號(hào)紅色顏料主要成分是土紅或鐵紅（Fe2O3），3號(hào)深紅色成分為朱砂（HgS）和鉛丹（Pb3O4）兩種混合使用，4號(hào)暗紅色主要成分為鉛丹（Pb3O4），5號(hào)黑紅色為鐵紅和鉛丹兩種礦物顏料混合使用。從傅里葉紅外光譜分析，顏料層中有蛋白類(lèi)膠結(jié)構(gòu)體，為動(dòng)物膠。

五、結(jié)語(yǔ)

上述實(shí)驗(yàn)可知，武威天梯山石窟壁畫(huà)中，紅色顏料主要為土紅、鉛丹和朱砂三種紅色礦物顏料;其中部分紅色顏料為兩種礦物顏料混合使用繪制紅色。紅色顏料中暗紅色和黑紅色顏料，通過(guò)掃描電鏡和X射線(xiàn)衍射分析，結(jié)合超景深顯微鏡微觀形貌推測(cè)可知，5號(hào)黑紅色應(yīng)為鉛丹變色所致;3號(hào)深紅色通過(guò)X射線(xiàn)衍射得知主要成分為朱砂和鉛丹兩種顏料混合使用。