鄭文杰

一、 概述

中國縉云甲龍化石發(fā)現(xiàn)于浙江省縉云縣壺鎮(zhèn)麗縉工業(yè)園區(qū)工地，是浙江省目前已發(fā)現(xiàn)的保存最多最完整的恐龍化石。2013年，化石主要由浙江自然博物院、縉云縣博物館和日本福井縣立恐龍博物館專業(yè)人員聯(lián)合搶救性采集所獲，其中有5個不同大小的個體。保存的化石幾乎涵蓋了全身骨架所有部位，其中包括近乎完整的頭骨和發(fā)達(dá)的尾錘。從2013年發(fā)現(xiàn)化石以來，浙江自然博物院專業(yè)人員對中國縉云甲龍進(jìn)行了持續(xù)的化石修復(fù)、保護(hù)和研究工作，完成了從化石的野外挖掘、室內(nèi)修理、科學(xué)研究、骨骼復(fù)原裝架和恐龍生態(tài)復(fù)原的全過程。以保證化石安全為前提，采用有效的化石修理方法，利用各種化石修復(fù)工具對化石進(jìn)行修復(fù)保護(hù)，通過科學(xué)研究鑒定，確定其為恐龍新屬新種，分析其與其他恐龍的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、討論其在甲龍類中的演化意義并在國際專業(yè)期刊發(fā)表研究論文。最后利用最新的三維數(shù)字化技術(shù)復(fù)原恐龍模型，制作動畫，用于博物館展示和科普活動。

近年來，隨著我國自然博物館、地質(zhì)博物館及古生物博物館的蓬勃發(fā)展，綜合性博物館中的化石研究和展示也在不斷增加，對古生物化石標(biāo)本的保護(hù)、修復(fù)、研究和展示亟需加強(qiáng)。本文詳細(xì)總結(jié)中國縉云甲龍化石的野外挖掘、室內(nèi)修理、研究和復(fù)原過程，為其他博物館提供典型參考案例，此案例入選“2021全國優(yōu)秀文物藏品修復(fù)項(xiàng)目”，對相關(guān)工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

二、 化石的發(fā)現(xiàn)和野外挖掘采集

浙江縉云壺鎮(zhèn)最早于20世紀(jì)70年代就發(fā)現(xiàn)了恐龍化石[1-2]，但是當(dāng)時并未進(jìn)行專業(yè)野外挖掘和研究，大部分化石標(biāo)本也已去向不明，僅小部分化石保存在浙江省地質(zhì)院和浙江自然博物院。2008年6月，壺鎮(zhèn)當(dāng)?shù)卮迕窭蠲涝圃诠I(yè)區(qū)建筑工地發(fā)現(xiàn)了恐龍化石，由浙江自然博物院和縉云縣博物館對該化石進(jìn)行了搶救性挖掘，化石保存了一具不完整的甲龍類頭后骨骼。自2011年開始，浙江自然博物院聯(lián)合縉云縣博物館和日本福井縣立恐龍博物館對該地進(jìn)行了數(shù)年的恐龍化石野外跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)多處化石線索，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓I(yè)園區(qū)施工情況，于2013年3月至4月對發(fā)現(xiàn)的恐龍化石進(jìn)行了搶救性發(fā)掘，由此開始了中國縉云甲龍化石的野外挖掘、修理、研究和復(fù)原等工作。

野外挖掘是古生物化石研究過程的第一步，只有采用科學(xué)的技術(shù)和方法，才能為今后的研究打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，任意采集和挖掘會影響化石的科學(xué)價值[3-4]。在野外發(fā)掘過程中，需按照科學(xué)的化石發(fā)掘步驟進(jìn)行(見圖1)，同時對化石進(jìn)行及時的保護(hù)處理，用丙烯酸樹脂顆粒(Paraloid B72，俗稱帕勞德顆粒膠或顆粒膠)溶入丙酮，形成保護(hù)試劑并涂到化石表面以滲入內(nèi)部起到加固作用。丙烯酸樹脂顆粒是廣泛用于文物保護(hù)修復(fù)的一種聚合物材料[5-6]，在國內(nèi)外古生物化石的加固中得到了廣泛使用。野外挖掘時，在采集化石前繪制化石分布圖，記錄好化石編號。傳統(tǒng)上記錄野外化石分布圖時用1m×1m的探方為單元繪制分布圖。近些年，隨著攝影測量學(xué)技術(shù)在古生物學(xué)中的應(yīng)用，可以更為精確地記錄化石的野外分布情況。攝影測量無需三維掃描儀，只需要用相機(jī)從不同方向?qū)π枰涗浀幕瘏^(qū)域進(jìn)行拍攝，不同方向的照片要有一定的重疊，當(dāng)有足夠的照片從不同方向覆蓋目標(biāo)區(qū)域后，再用攝影測量軟件進(jìn)行處理，就可以進(jìn)行化石分布的三維重建。對于范圍較大的區(qū)域，可以使用無人機(jī)進(jìn)行拍攝。

圖1 化石野外發(fā)掘流程圖

記錄好野外化石分布后，下一步就要開始采集化石。對于小塊斷裂的化石，用502膠和ARONALPHA瞬間粘合劑等快速膠水進(jìn)行粘合，編號、拍照和記錄后保存。對于保存比較分散的化石，加固后單獨(dú)采集，用棉紙或泡沫棉等包裝保護(hù)，編號、拍照和記錄后放入標(biāo)本箱帶回室內(nèi)。野外挖掘根據(jù)圍巖大小用不同尺寸的鋼釬、鑿子、錘子、手動修理細(xì)鋼針、毛刷等工具，有時也會使用到大型風(fēng)鉆、挖掘機(jī)甚至破石機(jī)等用于清理離化石較遠(yuǎn)的巖石或覆蓋在化石上方的巖石。對于化石關(guān)聯(lián)保存或多塊化石疊加保存在一起的，需去除周邊圍巖，加固后用石膏、麻袋和木條等將化石和圍巖制作成化石皮勞克(1)“皮勞克”一詞是俄語音譯，意為“石膏殼”。，最后一起打包運(yùn)回室內(nèi)[7](見圖2)。野外挖掘采集時間短，一般不要求完全清除圍巖，而是在保證化石安全的前提下把化石盡快取出運(yùn)回室內(nèi)。

圖2 野外去除圍巖(左)；制作皮勞克保護(hù)化石(右)

三、 室內(nèi)精細(xì)修理和保護(hù)

化石經(jīng)野外發(fā)掘運(yùn)回室內(nèi)后，大部分仍然保存在圍巖中，暫時無法進(jìn)行詳細(xì)鑒定、研究和展示，有些則被石膏殼包裹，完全看不見化石。需要在室內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步科學(xué)修復(fù)，以去除化石的圍巖，這樣才能實(shí)施進(jìn)一步的鑒定、研究、復(fù)原和展示[8-9]。化石修理是古生物研究中非常重要的流程，室內(nèi)修理時主要修理化石周邊的圍巖，而修理不當(dāng)容易對化石造成不可挽回的損失，因此制定化石修理方案和修理流程必須科學(xué)謹(jǐn)慎，必須在確?；踩那疤嵯逻M(jìn)行。同時，在修理過程中，專業(yè)研究人員要持續(xù)跟蹤以保證化石安全，滿足科學(xué)研究需要，也同時考慮化石的展示效果。

中國縉云甲龍化石產(chǎn)自白堊系砂巖地層中，化石與圍巖區(qū)分較為明顯，主要用機(jī)械修理的方式清除圍巖，根據(jù)化石實(shí)際情況，研究人員制定了相應(yīng)的修理方案和流程(見圖3)。

第一，對于單獨(dú)帶回室內(nèi)的化石，在室內(nèi)進(jìn)行拼接后進(jìn)行加固，修理、編號、記錄后保存(見圖4)。

第二，對于皮勞克整體打包運(yùn)回室內(nèi)的化石，為了保留原始保存狀態(tài)信息，需在打開皮勞克后先對其中一面進(jìn)行修理(見圖4)，在一面修理完成后，利用硅膠和樹脂等材料制作1：1翻制模型(見圖5)，同時繪制化石分布圖，拍照存檔(見圖6)。

第三，為了數(shù)字化石存檔，在翻制模型后，對整個化石通過不同角度進(jìn)行拍攝，利用攝影測量學(xué)軟件進(jìn)行三維復(fù)原建模和存檔，如圖7顯示的就是利用不同方向的87張照片對皮勞克上表面進(jìn)行了三維重建。

第四，對皮勞克另一面進(jìn)行修理，對于不以原始關(guān)節(jié)狀態(tài)保存的化石，需對所有化石進(jìn)行

圖3 化石室內(nèi)修理流程圖

圖4 單獨(dú)保存化石修理(左)；皮勞克打包的化石修理(右)

圖5 模具及模型制作

圖6 化石分布圖

圖7 攝影測量學(xué)軟件三維重建

編號后再取出化石；對于關(guān)聯(lián)保存的化石，如尾錘化石，需清除周邊圍巖后，制作皮勞克外托保護(hù)化石。

第五，對每塊取出的化石進(jìn)行修理，修理過程注意加固，特別是對新修理出的化石面。對于其中缺失的部分用石膏或樹脂等進(jìn)行充填以到加固作用。

第六，對每塊修理完成的化石，使用丙烯酸樹脂顆粒溶入丙酮涂到化石表面進(jìn)行加固。修理出的化石在泡沫保護(hù)下放入標(biāo)本箱。整體保存的化石做好皮勞克底托。

中國縉云甲龍化石的修復(fù)使用了多項(xiàng)化石修復(fù)技術(shù)：

第一，傳統(tǒng)機(jī)械修理技術(shù)。對于大的圍巖，專業(yè)修復(fù)人員使用不同尺寸的鋼釬、鑿子和錘子進(jìn)行敲除，過程中時刻注意化石的安全。

第二，氣動筆修理技術(shù)。對于化石周邊的圍巖，采用不同強(qiáng)度的氣動筆(使用PaleoTools ME-9100和MicroJack系列氣動筆，共有6個強(qiáng)度級別)進(jìn)行修理，普通標(biāo)本在10倍帶燈放大鏡下修理，而較小且復(fù)雜標(biāo)本在體視顯微鏡下修理(見圖8)。

圖8 氣動筆修理

第三，超聲波修復(fù)技術(shù)。對于較小易碎、結(jié)構(gòu)精細(xì)復(fù)雜的部位，如頭骨等，則使用超聲波修復(fù)筆(Minimo US21)在體視顯微鏡下進(jìn)行修理。超聲波修復(fù)筆力度較小，適合清除化石表面的微小圍巖，可以最大限度減少對化石本身的破壞風(fēng)險。

第四，外托制作保護(hù)技術(shù)。對于較大的化石，用石膏、麻布片和木條等制作皮勞克外托進(jìn)行保護(hù)，外托和化石之間放置硅膠或薄的海綿起到緩沖的作用。對于較小的化石，先將珍珠棉割成標(biāo)本盒大小放入盒中，然后在珍珠棉內(nèi)部割出化石的外形作為外托，珍珠棉的厚度適當(dāng)超出化石的高度，然后在上面蓋一層薄的珍珠棉，使整塊化石都由珍珠棉包裹。

第五，攝影測量學(xué)技術(shù)。對于野外化石分布和皮勞克內(nèi)化石分布的情況，傳統(tǒng)上用素描圖或照片等進(jìn)行記錄。而借助攝影測量學(xué)，對需要記錄的區(qū)域從不同角度拍攝照片，用專業(yè)攝影測量學(xué)軟件進(jìn)行三維重建，獲得的數(shù)據(jù)更為精確，可以對化石進(jìn)行數(shù)字保存，甚至可以進(jìn)行三維打印模型。

第六，復(fù)制模型制作技術(shù)。利用硅膠和樹脂等材料制作化石模具，并翻制1∶1模型，可以記錄一些化石的原始保存信息，并可用于骨架復(fù)原和展示，部分模型可以替代化石用于展示，而原化石可以用于進(jìn)一步的研究工作。

工作人員經(jīng)過修理和鑒定后確定，至少發(fā)現(xiàn)了5個甲龍類個體的化石，每個個體大小不一，其中有成年個體也有幼年個體，雖然每個個體保存不完整，但是其中保存了一個近于完整的頭骨和尾錘(見圖9～13)。5個個體保存了不同部位化石，綜合來看，5個個體幾乎涵蓋了恐龍骨架的所有部位，是目前為止浙江發(fā)現(xiàn)的保存最為完整的化石，也是目前保存最好的甲龍類化石之一。

圖9 修理過程中的頭骨化石(左：背側(cè)視；右：腹側(cè)視)

圖10 修理完成的頭骨化石(左：背側(cè)視；右：腹側(cè)視)

圖11 修理前的尾錘化石，剛移除上方皮勞克時的狀態(tài)

圖12 完成上表面修理的尾錘化石

四、 科學(xué)研究與復(fù)原

化石修理完畢后，研究人員對化石進(jìn)行對比研究，研究內(nèi)容包括傳統(tǒng)的肉眼形態(tài)學(xué)觀察對比、CT掃描研究和骨組織切片研究等。化石修理完成后，專業(yè)研究人員對化石進(jìn)行鑒定和分類，查閱目前全世界已發(fā)表的所有關(guān)于甲龍類恐龍的論文和專著，同時到中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所、河南地質(zhì)博物館，以及美國、加拿大、澳大利亞、英國和匈牙利等各地的博物館觀察對比已有甲龍類標(biāo)本，經(jīng)過詳細(xì)對比研究后確認(rèn)該恐龍屬于甲龍類的新物種，通過系統(tǒng)發(fā)育分析(phylogenetic analysis)厘清與其他甲龍類之間的關(guān)系。

研究人員根據(jù)研究成果撰寫論文，于2018年2月在施普林格·自然旗下雜志《科學(xué)報告》(ScientificReports)發(fā)表研究成果，正式發(fā)表這一新屬種，并命名為中國縉云甲龍(Jinyunpeltasinensis)[10]。研究發(fā)現(xiàn)中國縉云甲龍是目前為止發(fā)現(xiàn)的具有尾錘的生存時代最早的甲龍類，比之前發(fā)現(xiàn)的最早具有尾錘的甲龍類早了至少1000萬年。中國縉云甲龍的發(fā)現(xiàn)對于甲龍類和尾錘演化的研究提供了非常重要的信息。2021年，專業(yè)人員又發(fā)表了關(guān)于中國縉云甲龍牙齒微痕分析的最新成果[11]。這些科學(xué)研究為之后的復(fù)原工作打下堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

圖14 骨架復(fù)原流程圖

基于科學(xué)對比和研究結(jié)果，專業(yè)人員對中國縉云甲龍的整體骨架進(jìn)行復(fù)原(見圖14)，繪制完整的中國縉云甲龍骨架圖(見圖15)，利用硅膠和樹脂等對化石進(jìn)行模型翻制。首先選取保存部位最好的兩個個體為主要依據(jù)，用其他個體化石來補(bǔ)充這兩個個體未保存部位，對部分保存不完整的部位則根據(jù)解剖學(xué)進(jìn)行補(bǔ)缺(見圖16)，最終使用原始化石1∶1翻制模型部分比重達(dá)80%以上。然后根據(jù)骨架設(shè)計圖用鐵架將骨骼以關(guān)節(jié)的狀態(tài)組裝起來，為了盡量保留骨骼原始形態(tài)，裝架采用外走鐵方式，將各部分骨骼模型固定在鋼架上(見圖17)，形成完整的骨架(見圖18)。外走鐵的外形需要沿著骨骼形態(tài)，盡量與骨骼貼合，在位置上盡量位于身

圖16 用于裝架的骨骼模型

圖17 鐵架焊接與裝架

圖18 中國縉云甲龍骨架之一

體內(nèi)側(cè)，將骨骼扣住的扣件在保證安全牢固的前提下要盡量小型化。裝架完成后外走鐵對骨架的美觀度影響較小，經(jīng)過多年常設(shè)展覽和巡回展覽的展示也證明其滿足牢固度的需要。復(fù)原整個骨架時需要注意的是，雖然發(fā)現(xiàn)的化石涵蓋了幾乎所有部位，但是分別屬于不同個體，不同個體的大小存在一定的差異，在骨架復(fù)原時需要對模型做一定的縮放。

完成全身骨架復(fù)原后，在電腦中利用3D雕刻軟件ZBrush和Blender等制作三維數(shù)字化恐龍復(fù)原，然后對表面進(jìn)行復(fù)原上色，制作不同的姿勢，配合當(dāng)時的植物環(huán)境和其他動物進(jìn)行生態(tài)復(fù)原(見圖19～20)。制作的數(shù)字化三維模型可以通過3D打印機(jī)，打印成不同大小的模型用于展示，也可打印成小的模型用于文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)。

圖19 中國縉云甲龍數(shù)字復(fù)原流程圖

圖20 數(shù)字復(fù)原制作

三維數(shù)字化復(fù)原相比傳統(tǒng)的繪畫雕塑復(fù)原過程，雖然需要更多的軟件技術(shù)知識和設(shè)備成本，但大幅節(jié)省過程中的修改時間，減少人為因素導(dǎo)致的不準(zhǔn)確，提升制作效率和準(zhǔn)確性。制作好的恐龍模型，可以渲染輸出不同角度，添加背景和光影氣氛制作成為復(fù)原插圖。在多媒體應(yīng)用方面，可以在建模的基礎(chǔ)上進(jìn)一步制作動畫、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)或虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)產(chǎn)品，用數(shù)字手段讓恐龍“復(fù)活”。目前部分中國縉云甲龍的化石、骨架和復(fù)原的三維模型已在浙江自然博物院常設(shè)展覽和線上展出，觀眾還可以對線上展覽的三維模型進(jìn)行互動操作。

五、 總結(jié)

通過野外挖掘和室內(nèi)修理，目前已發(fā)掘修理了5個個體的縉云甲龍化石，幾乎囊括全身各部位的骨骼，這是浙江首次發(fā)現(xiàn)完整的恐龍頭骨?？偣残蘩?00多塊不同部位的骨骼化石，基于這些化石材料已研究發(fā)表SCI索引的研究論文2篇，還有相關(guān)研究正在進(jìn)行中，同時，復(fù)原的骨架被選為《自然科學(xué)博物館研究》2020年第1期的雜志封面。

中國縉云甲龍化石經(jīng)過野外挖掘、修理、研究和復(fù)原裝架，成為非常珍貴的古生物化石模式標(biāo)本，對了解浙江地區(qū)中生代恐龍和甲龍類的演化具有重要意義，并具有重要的收藏與展示價值。這批化石和復(fù)原骨架等在浙江自然博物院、縉云縣博物館、蘇州博物館和日本福井縣立恐龍博物館等地展出[12]，服務(wù)國內(nèi)外觀眾500萬人次以上，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

中國縉云甲龍化石修復(fù)以科學(xué)研究為基礎(chǔ)，采用目前通用和先進(jìn)的修理、保護(hù)和復(fù)原技術(shù)，保護(hù)、復(fù)原和“復(fù)活”了恐龍，豐富了展示內(nèi)容，并使用不同的展示手段以更好地吸引觀眾，對展覽展示和科普教育發(fā)揮了重要作用。對中國縉云甲龍化石的野外挖掘、修理、研究、復(fù)原裝架和復(fù)原等各階段的工作進(jìn)行總結(jié)分析，對其他自然博物館或古生物化石的修復(fù)展示有積極的借鑒意義。

致謝：余朝河和劉安浩等負(fù)責(zé)具體實(shí)施化石修理、模型制作和骨架復(fù)原裝架等工作。浙江自然博物院金幸生和嚴(yán)洪明對本文的寫作提供了很多有益的建議。