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武威天梯山石窟壁画碎块红色颜料分析及研究

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王仁基

摘要：本文旨在借助科学仪器对武威天梯山石窟壁画碎块上红色颜料进行分析，以对比研究天梯山石窟壁画碎块中红色颜料成分组成以及红色颜料使用组合情况。分析表明，武威天梯山石窟壁画碎块中红色颜料是由土红或铁红（Fe2O3）、铅丹（Pb3O4）和朱砂（HgS）等矿物颜料，以及土红和铅丹两种颜料混合使用;此次研究对天梯山石窟壁画同一时代绘制红色颜料的成分，以及研究后期颜料颜色变化提供有力的证据。

关键词：壁画;红色颜料;X射线衍射;扫描电子显微镜;红外吸收光谱

中图分类号：K879.41 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2018）18-021-02

一、引言

武威天梯山石窟，又称凉州石窟，始凿于东晋十六国时期的北凉，距今已有1600年的历史，位于武威市城南约40公里天梯山北麓的绝壁上，行政区划属凉州区中路乡小坡村。窟下有寺，又称大佛寺、广善寺。乾隆《武威县志》：“大佛寺，城东南一百里，有石佛像，高九丈，贯楼九层，又名广善寺。”北魏、北周、隋、唐、西夏、元等朝代都曾在这里开窟或重修，至明、清时期已成为喇嘛教寺院，在学界有“中国石窟鼻祖”之称。

天梯山石窟窟群南北长130米，高30-60米，洞窟分三层，据明代《重修凉州广善寺铭》载，明正统十二年尚有洞窟26个。其现存洞窟为18个，保存有北凉、北魏、北周、隋唐、西夏、元、明、清等历代塑像60余尊，壁画数百余方米。其中一、四、十八窟为北凉洞窟，其它洞窟为北魏至唐代开凿。天梯山石窟，作为我国最早见于史册记载的第一个由一国之君开凿的石窟，既对凉州佛教的传播起重要的作用，同时在我国石窟发展史乃至整个佛教发展史中，都占有非常重要的地位。

由于天梯山石窟地质结构松软，在历次地震中都有不同程度的损坏，据记载仅1927年的凉州大地震，就震毁洞窟十余处。1959年，因当地修建黄羊河水库，出于保护石窟文物目的，经甘肃省人民政府批准，由敦煌研究院和甘肃省博物馆的专家学者组成联合考古队，对天梯山石窟彩塑壁画进行保护性搬迁工程，联合考古队在搬迁工程过程中进行了细致的勘察测绘和临摹记录工作，并且通过对各洞窟各朝代彩塑壁画的搬迁揭取工作，进一步明确了天梯山石窟极其重要的历史、艺术、科学和社会文化价值。搬迁后的彩塑壁画当时保存在甘肃省博物馆，但因文革等历史原因影响，彩塑壁画受损较为严重，部分受人为扰动破坏为碎块残片。现除少数壁画塑像保存在甘肃省博物馆展出外，大部分彩塑壁画保存在武威市博物馆库房。

本文通过对搬迁壁画小碎块红色颜料进行超景深显微镜观察、扫描电镜观察分析，和红外光潜以及X射线衍射分析，获得红色不同色泽的颜料成分、组成以及两种颜料混合使用的情况，对壁画红色颜料颜色变化提供依据，并做出相应的解释。

二、实验材料及方法

（一）壁画红色矿物颜料

本实验选取壁画碎块上不同色泽的红色颜料进行分析，如亮红色、暗红色、红色、深红色、黑红色等进行实验。其中红外光谱分析和扫描电镜用采样的方式进行分析，取样量为10mg。

（二）仪器及试剂

不同红色颜料样品通过超景深显微镜观察，和X射线衍射仪进行无损分析;其后采用刮取微量样品，与溴化钾粉末混合后充分研磨，用粉末压片机壓片，使用傅里叶红外光谱仪对其红外吸收光谱进行分析;最后，对样品表面进行喷碳处理，置入扫描电子显微镜中观察期形貌特征，并与扫描电子显微镜能谱对其元素组成进行了测试。

三、实验过程

（一）超景深显微镜观察

对亮红色、红色、深红色、暗红色、黑红色壁画颜料通过超景深显微镜在不同倍数进行观察微观形态。从超景深显微镜中可以看出，不同红色颜料均色泽鲜艳，其颗粒度大小不同，3号深红色颜料和4号暗红色颜料结合紧密几乎没有颗粒感，5号黑红色颜料颗粒间夹杂或附着着黑色颜料颗粒。

（二）扫描电镜及能谱分析

用扫描电镜对不同红色颜料进行观察及能谱测试，主要观察矿物颜料晶体结构、晶格连接以及排列结构，并对矿物颜料成分进行能谱测试，得出颜料主要的元素和元素所占比例。

根据扫描电镜观察微观形貌和元素能谱测试可知，1号亮红色颜料和2号红色颜料主要元素为Fe元素，推测为当地的铁红或土红颜料（Fe2O3）;3号深红色颜料和4号暗红色颜料红色主要元素为Pb元素，推测为铅丹矿物颜料（Pb3O4）;5号黑红色颜料主要元素为Fe和Pb，推测黑色颗粒为铅丹氧化所致黑色二氧化铅，即绘制红色颜料为铅丹和铁红两种颜料混合使用。

（三）X射线衍射分析

通过扫描电镜测试不同红色颜料的主要元素，但具体为何种矿物元素，以及上述推测是否正确，需得进行XRD验证其红色颜料矿物成分。只有扫描电镜能潜测试的元素与XRD相结合才能准确得知红色款物颜料的组成，如图1所示。

通过X射线衍射分析，1号亮红色和2号红色颜料为土红（也称铁红，成分为Fe2O3），这与当地有赤铁矿有关，根据甘肃河西发现的魏晋时期的砖式壁画墓中，铁红颜料曾被大量使用，很有可能是因为周边地区赤铁矿的发现。3号深红色颜料主要成分是朱砂（HgS）和铅丹（Pb3O4）两种颜料，这一结论在扫描电镜能谱中没有测试出Hg元素，但有S元素存在。也许与当时制作扫描电镜样品有关。

（四）傅里叶红外光谱仪

针对不同红色颜料如何绘制于壁画表面，用的什么样胶结质，那种胶料，动物胶还是植物胶，这些疑问可以通过傅里叶红外光谱仪对颜料里有机物质进行测试，分析胶料所含氨基酸结构和其他基团，判断胶料的种类，为后期保护修复提供有力的依据。5个样品测试结果一致，颜料层中均为蛋白类胶结构体，如图2所示。

四、结果与分析

从扫描电镜能潜和X射线衍射分析得知，1号亮红色和2号红色颜料主要成分是土红或铁红（Fe2O3），3号深红色成分为朱砂（HgS）和铅丹（Pb3O4）两种混合使用，4号暗红色主要成分为铅丹（Pb3O4），5号黑红色为铁红和铅丹两种矿物颜料混合使用。从傅里叶红外光谱分析，颜料层中有蛋白类胶结构体，为动物胶。

五、结语

上述实验可知，武威天梯山石窟壁画中，红色颜料主要为土红、铅丹和朱砂三种红色矿物颜料;其中部分红色颜料为两种矿物颜料混合使用绘制红色。红色颜料中暗红色和黑红色颜料，通过扫描电镜和X射线衍射分析，结合超景深显微镜微观形貌推测可知，5号黑红色应为铅丹变色所致;3号深红色通过X射线衍射得知主要成分为朱砂和铅丹两种颜料混合使用。

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