麦积山石窟131窟壁画材质及制作工艺研究.pdf

第 卷 第 期 年 月文物保护与考古科学 .收稿日期:修回日期:基金项目:甘肃省文物局文物保护科学和技术研究课题资助()天水师范学院 年麦积山石窟艺术研究项目()资助作者简介:文 娟()女 年硕士毕业于西北大学文物保护学专业讲师主要从事文物分析及保护研究 :.文章编号:():././.麦积山石窟 窟壁画材质及制作工艺研究文 娟徐博凯胡军舰李 鑫张宏英(.天水师范学院化学工程与技术学院甘肃天水 .天水麦积山石窟艺术研究所甘肃天水.西北大学文化遗产学院陕西西安 .天水市博物馆甘肃天水)摘要:麦积山石窟保存的大量壁画是研究石窟壁画艺术与佛教文化的珍贵实物资料 利用悬浮沉淀法、纤维形貌观察法结合 射线荧光、射线衍射、激光粒度分析、拉曼光谱等检测方法对麦积山 窟壁画残块地仗层及其添加物、颜料层进行科学检测分析 分析结果表明:窟壁画地仗层使用的黏土应该是麦积山周边稍远地区的天然细质黄土且粗、细泥层中均人为添加有砂粒但粗泥层中添加砂粒较细泥层更多、颗粒较大且颗粒度不均匀粗泥层中添加纤维为麦衣、麦秆细泥层添加麻纤维 壁画烟熏污染物主要显色物质为燃料燃烧产生的炭黑红色颜料主要是铅丹、朱砂、铁红白色底色层的成分是方解石 研究结果不仅为探讨麦积山石窟壁画材质与制作工艺提供了基础数据而且对后期壁画的保护修复也具有一定的指导意义关键词:麦积山石窟 窟材质制作工艺中图分类号:.文献标识码:引 言麦积山石窟位于甘肃省天水市 年被列入第一批全国重点文物保护单位 年作为“丝绸之路长安至天山廊道的路网”一处遗产点列入世界文化遗产名录 石窟始建于十六国后秦时期西秦、北魏、西魏、北周、隋、唐、宋、元、明、清各代都有开凿和修缮现存洞窟 个石窟数量多、规模大保存有 身泥塑石雕约 多平方米壁画造像壁画时代特色鲜明内容丰富题材广泛保存有最早最完整的西方净土变、维摩变、涅槃变、法华变等大型经变画 是中国北朝佛教艺术嬗变的杰出代表能全面反映 世纪天水地区传承不断的佛教思想和信仰 现存北魏时期窟龛数量 余个是石窟营造的高潮时期极大地促进了麦积山石窟造像的繁荣北魏时期造像壁画题材多样以多种组合形式的三世佛为主还包括有二佛并坐、说法佛立像、弟子授记像、千佛造像等法华造像、经变壁画等 对于研究古代陇右石窟文化、佛教文化发展及石窟壁画艺术提供了十分宝贵的实物资料在古代石窟寺文化史研究中具有重要地位麦积山石窟 窟开凿于北魏晚期洞窟正壁保存有佛造像一身(图)、左右壁各保存佛造像一身佛像手部、腿部有残缺四壁贴有影塑佛、供养菩萨及弟子应为三世佛造像 该洞窟可能长期用作生活窟洞窟内泥塑、壁画表面均覆盖有很厚的烟熏污染物无法观察到壁画画面内容(图)病害调查表明近 的壁画已经完全脱落保留下来的壁画也已经出现了严重的空鼓、脱落保存状态堪忧 从洞窟内保存壁画脱落边缘部位(图)观察可知 窟壁画是直接在凿刻好的崖体上涂覆粗泥层找平厚度 然后涂细泥层厚度 最后绘制颜料层 壁画没有重修、重绘现象完整保留了北魏晚期壁画制作材料、制作工艺等原始信息以麦积山 窟采集的壁画残块为分析对象使用多种分析测试方法对壁画样品剖面结构、地仗层土砂质量比及壁画原料成分等进行科学分析探第 期文 娟等:麦积山石窟 窟壁画材质及制作工艺研究 讨麦积山 窟壁画原料成分和制作工艺 该研究有助于了解麦积山石窟北魏晚期壁画制作工艺并为后期壁画病害机理研究、筛选保护修复材料及保护修复工艺提供依据()主佛造像()正壁保存的泥塑壁画()边缘空鼓壁画图 麦积山石窟 窟主佛造像及泥塑壁画保存现状.样品和方法.实验样品.壁画残块样品此次实验采集 窟内正壁及左右壁已经脱落壁画样品残块 块分别编号为、(图)样品粗泥层、细泥层层次结构完整表面覆盖有黑色烟熏污染物无法观察烟熏层底部是否存在颜料层烟熏层局部脱落部位能观察到白色底色层和地仗层粗泥层厚 细泥层厚 粗、细泥层添加纤维明显不同图 窟壁画残块样品图片.自然沉积土样麦积山石窟周边分布的主要是紫红色砂砾土黏土中包含有较多大小不一的岩石碎屑 世纪 年代壁画地仗修复用泥筛选实验中发现石窟周边红土相比细质黄土制作的地仗层试块收缩性更强与崖体粘性低干燥时极易开裂不适合用作壁画、泥塑地仗层修复材料 为了进一步了解 窟壁画制作使用的黏土原料及其来源为后期地仗层修复用土选择提供参考依据结合石窟周边常用取土地点依据由近及远原则筛选麦积区麦积镇麦积村黄土坎黄白细粒土(距石窟约 )麦积区马跑泉镇甸子村砖厂黄白细粒土(距石窟约 )麦积区社棠镇社棠村砖厂黄白细粒土(距石窟约 )剥离表层土样后直接采集细质坚硬的黄土块分别编号为、文物保护与考古科学第 卷.仪器及实验条件基恩士 超景深显微镜用于壁画颜料层保存现状、剖面分析及纤维形态观察放大倍数 倍高亮度 光源大范围高精度表面观察 激光粒度仪(英国马尔文仪器有限公司)分析粗、细泥层中土砂颗粒粒径测试条件为:分散剂为水分散剂折射率 全自动湿法进样测试量程 遮光度范围 日本岛津 衍射仪用来分析地仗层中黏土的主要物质成分 靶狭缝电压 电流 扫描范围 连续扫描扫描速度 型便携式 射线荧光光谱仪高性能微型 射线管 靶 探测器电压 电流 模式分析时间 直接在壁画样品表面测试法国 公司生产的 拉曼光谱仪获取烟熏污染物颜料层与底色层颜料物质信息 采用氩离子激光器激发光波长 物镜放大倍数 倍信息采集时间 累加次数 次功率 在体视显微镜下挑取粉末样品放在载玻片上直接分析.土砂比例分析 参考王丹阳对须弥山 窟泥塑样品土砂比例的分析检测方法采用悬浮沉淀法对 窟壁画粗泥层、细泥层及采集自然土样做土砂比例分析从壁画残片边缘部位精确分离粗、细泥层样品各 置于烧杯中 烘干至恒重使用陶瓷研杆轻轻捣碎较大块土样将样品中的纤维拣选出来一定注意不要研磨样品 拣选纤维时发现有较多老化断裂严重的细小纤维无法拣选为避免细小纤维对土砂粒度测试产生影响在粗、细泥层样品中加适量蒸馏水浸泡轻微搅拌使纤维分散开 震荡 后静置将悬浮在水中的纤维拣选出来重复震荡直至将纤维拣选干净后将粗、细泥层中沉淀的土、砂样品转移至具塞比色试管中备用分别称量自然土样 装入具塞比色试管中加适量蒸馏水固定后 震荡 静置记录上下层土、砂体积 然后加入适量蒸馏水震荡将上层悬浮液倒出多次震荡直至上层溶液澄清将所有样品中土砂完全分离后恒温 烘干至恒重称量记录.地仗层添加纤维鉴定参考纤维横截面切片技术将粗、细泥层中拣选出来的纤维清洗干净烘干至恒重用无水乙醇清洗室温晾干将细小纤维完全分散后置于滴有甘油的载玻片上用盖玻片覆盖后进行纤维纵向形貌观察 将较大较完整的纤维排列整齐用硝基清漆包裹固化 后将样品放入哈氏切片器卡槽中用刀片迅速切片切下的薄片立即置于滴有甘油的载玻片上使用盖玻片覆盖切片样品用于纤维横截面形貌观察 结果与讨论.制作工艺分析将壁画残块表面黏附的灰尘吹除后观察可知:壁画样品表面覆盖了一层致密的黑色烟熏污染物且烟熏层存在较严重的龟裂问题(图)部分烟熏层出现脱落脱落部位可以观察到白色底色层和地仗层 使用手术刀刮除烟熏层污染物后暴露的颜料层呈现红褐色(图)图 窟壁画样品显微照片.第 期文 娟等:麦积山石窟 窟壁画材质及制作工艺研究 壁画残片样品剖面显微形貌结构观察可知样品表面烟熏层厚约 结构致密底色层连续分布厚度不均匀较厚部位约 颜料层分布不连续厚度不均匀较厚部位约 (图)结合现场调查与样品剖面分析可以确定窟壁画依次为粗泥层、细泥层、白色底色层、红色颜料层层次结构完整 窟壁画先在岩体表面涂敷一层较厚粗泥层找平后涂较薄的细泥层细泥层表面整体涂刷白色底色层然后用颜料绘制图案与丝绸之路莫高窟、甘肃泾川罗汉洞、克孜尔、炳灵寺等石窟壁画制作工艺基本相同 壁画表面由于人为因素覆盖了一层较厚的烟熏污染物紧密黏附在颜料层与底色层上烟熏层与颜料层、颜料层与底色层中间都存在明显的内部空鼓现象(图、图)这种空鼓是造成壁画表面颜料层、底色层脱落的严重隐患图 窟壁画残块剖面显微照片.地仗层及其添加物分析.土砂比例分析古代石窟壁画地仗层使用的黏土原料一般“就地取材”会进行淘洗、添加砂砾等加工处理措施 窟粗、细泥层与自然土样分析所得土和砂的体积比、质量比见表 分析结果显示 窟粗泥层的土砂质量比小于细泥层和自然土样说明粗泥层中含沙量高于细泥层 细泥层中土砂质量比低于黄土坎和甸子村土样但高于社棠村土样无法体现黏土中沙砾人为添加情况及淘洗处理等后期加工信息 莫高窟第 窟地仗层仅使用自然沉积澄板土无人为添加砂砾相比莫高窟、克孜尔石窟、榆林窟、武威天梯山石窟、炳灵寺石窟麦积山石窟壁画地仗层含沙量最高一般在 左右麦积山石窟周边采集的自然土壤线缩率 体缩率为 缩限为 收缩系数为 具有较明显的干燥收缩性地仗层中较高的含沙量可以很好地降低黏土的收缩性但同时会降低黏土与崖体的黏附性是导致壁画脱落的原因之一表 窟粗细泥层与自然土样土砂质量比、体积比 样品编号土砂质量/体积/质量/体积/土砂质量比土砂体积比粗泥层.细泥层.粗泥层.细泥层.粗泥层.细泥层.土样.土样.土样.地仗层土砂粒度分析为进一步分析麦积山 窟壁画粗、细泥层制作工艺及黏土原料来源分别测试壁画地仗层样品粗、细泥层及自然土样中土、砂粒度分析数据如图 所示 从土样的粒径数 文物保护与考古科学第 卷据(图)分析可知壁画地仗层中土样的颗粒粒径主要集中在 范围内不同粒径范围内含量稍有不同与甸子村采集土样一致表明 窟不同部位地仗层均使用了相同的自然沉积土 黄土坎、社棠村两地采集土样在 粒径分布范围内含量降低在 粒径范围内含量明显增加与甸子村采集的土样粒径分布比例明显不同分析可知人们会有意识筛选天然细质沉积黏土作为壁画地仗制作原料推测 窟使用的黏土可能采集于距离石窟稍远的甸子村从砂砾粒径数据(图)分析可知不同地点自然土样中沙粒粒径分布范围为 粒径分布具有高度一致性 粗、细泥层样品砂砾粒径分布范围为 分布范围远大于自然土样粒径变异性极大 从粒径分布曲线来看在 粒度范围内自然土砂砾含量极低粗泥层砂砾含量最高 细泥层含量最高 该粒径范围砂砾应属于人为添加的均匀细沙 壁画细泥层中 粒度范围内砂砾添加量明显减少、样品粗泥层添加量则明显增加且粒度变异性较大表明 窟左、右壁地仗粗泥层添加了更多粒径大且大小不均匀砂粒综上所述 窟壁画粗、细泥层中使用的黏土原料是石窟周边采集的天然细质黏土细泥层添加的砂砾细小均匀正壁粗泥层添加的砂砾较均匀与细泥层一致应是人为淘洗筛选过的均匀细质沙粒但左右壁粗泥层中添加砂砾大小不一且大颗粒砂砾较多推测未进行淘洗筛选图 样品粒径分布曲线图.地仗层成分分析 窟地仗层样品与采集的自然黏土 射线衍射分析结果表明:地仗层黏土的物相成分主要包括石英、少量方解石、长石等(图)与距离麦积山石窟稍远的甸子村采集的天然黏土成分相似(图)粒径分析数据也表明 窟壁画样品与甸子村自然土样一致推断麦积山石窟会从距离石窟较远的地方采集更适宜壁画制作的黏土原料图 样品 图谱.第 期文 娟等:麦积山石窟 窟壁画材质及制作工艺研究.地仗层添加纤维鉴定古代壁画制作时会在地仗层中添加较多的麦草、麻、棉等植物纤维降低黏土的收缩性防止地仗层在干燥过程中出现开裂 窟壁画粗泥层中添加短宽的片状纤维与杆状纤维且混合有极少量细长纤维 样品纤维纵向形貌一致呈均匀分布柱状边缘部分有很多紧密排列的小锯齿纤维有很明显的结节与麦草纤维形态相似(图、图、图)图 粗泥层纤维横截面细胞排列紧密为枕状椭圆形细胞较大细胞壁明显细胞呈网状结构纹孔稀小与小麦纤维横截面特征相似 可知 窟粗泥层添加纤维为小麦麦秆及麦衣混合的细长纤维含量很少未能切出横截面无法判断其纤维种类壁画细泥层中添加纤维均为团絮状细短纤维纤维纵向形态细长有不太明显的横节纹(图、图、图)横截面形态(图)具有明显的麻纤维横截面特征推断 窟细泥层添加的纤维为麻纤维图 窟壁画样品粗泥层添加纤维显微图片.文物保护与考古科学第 卷图 窟壁画样品细泥层添加纤维显微图片.窟使用掺有较多麦草麦秆、粗砂的黏土作为粗泥层掺有麻纤维、细砂的黏土作为细泥层涂刷白色底色层后绘制图案 麦积山石窟崖体属于砂砾岩质地粗糙所处林区环境潮湿不同时期地仗层添加纤维种类不同后秦至宋粗泥层主要添加麦草明代粗泥层中则添加麻、窟细泥层中添加棉花 地仗层中添加沙砾、纤维可以很好地减少黏土收缩开裂提高地仗层与崖体的黏附力是壁画在较为潮湿环境中能长久保存的重要条件之一.颜料层分析.荧光成分分析 样品原位无损 荧光分析结果表明正壁红褐色壁画样品主要显色元素为 及少量 左壁红褐色样品主要显色元素为、以及少量 右壁白色样品主要显色元素为 推测 窟红褐色颜料有土红、铅丹和朱砂白色颜料为碳酸钙或石膏.拉曼光谱分析结果 烟熏污染物、红褐色颜料层、白色底色层样品进行拉曼光谱分析烟熏污染物吸收峰出现在 、(图)与炭黑的标准图谱基本吻合可知烟熏污染物的主要显色成分为炭黑与早期石窟中使用木材、油脂等燃料的燃烧产物炭黑一致 正壁样品红色颜料吸收峰(图)出现在 与红色颜料铅丹的标准特征吸收峰()相比有所变化主要是因为红色铅丹变色后会生成二氧化铅降低了样品中散射物质铅丹的浓度可知正壁红色颜料为铅丹 左壁样品红褐色颜料样品吸收峰位于 、(图)比照标准朱砂、铅丹及铁红的拉曼光谱图可以判断该颜料为土红、朱砂和铅丹的混合颜料 白色底色层样品吸收峰出现在 (图)与方解石的特征拉曼频位移相对应可判定白色底色层主要成分为方解石 窟壁画正壁壁画红色颜料单独使用了铅丹右壁壁画红色颜料使用了铅丹、朱砂、土红混合颜料进行调色均使用白色方解石作为底色层 周国信对麦积山石窟不同时期颜料分析结果表明麦积山石窟不同时期使用的红色颜料有朱砂、铁红红色颜料中未检测出铅丹但是不同时期洞窟部分黑色颜料中均检测出 李最雄等通过大量实验表明敦煌石窟 为铅丹腐蚀变色形成北魏时期黑色 应该是红色铅丹变色形成 窟壁画表面覆盖着比较厚的烟熏层清除烟熏层后底部颜料层呈现红褐色结合 窟红色颜料分析结果相比暴露在大气环境中铅丹的腐蚀变黑变色较轻微烟熏层如何延缓铅丹的变色腐蚀需要进一步的深入研究麦积山石窟使用的红色颜料主要是朱砂、铅丹、铁红不同时期比例不同早期朱砂使用较多北周后铁红颜料大量使用 不同地区北魏时期石窟壁画使用的红色颜料也存在差异内蒙阿尔寨石窟北魏时期单独使用朱砂或铅丹马蹄寺和天梯山大量使用 朱 砂 和 铅 丹 莫 高 窟、炳 灵 寺、云 岗 石窟 北魏时期使用朱砂、铅丹、土红与麦积山红色颜料种类一致但麦积山石窟早期红色颜料朱砂使用较多而敦煌则是土红较多 自古以来各种文化因素在秦州碰撞、交融麦积山石窟后秦、北魏早期泥塑融合了古代印度、中亚、西域以及中原造像艺术特点麦积山早期颜料使用及来源可能同时受到西域、莫高窟和中原地区影响第 期文 娟等:麦积山石窟 窟壁画材质及制作工艺研究 图 窟壁画样品拉曼光谱图.结 论本工作通过对麦积山 窟壁画样品的分析研究结论如下:)从 窟壁画剖面结构来看壁画的制作是先在岩体表面敷一层较厚的粗泥层找平再敷一层较薄的细泥层然后整体涂抹一层白色底色层最后绘制颜料层 颜料层与底色层、底色层与地仗层之间均出现了内部空鼓这种内部空鼓是壁画颜料层、底色层脱落的严重隐患)地仗层成分、土砂比例及粒度分析发现 窟粗、细泥层使用的黏土应是麦积山周边稍远地区采集的更适合制作地仗层的自然细质黄土土质颗粒度细腻含沙量较低干燥收缩大易开裂添加较多未经过筛选处理的颗粒度不均匀沙砾制成粗泥层添加较少的筛选处理的均匀沙砾制成细泥层)依据纤维横、纵截面形貌确定 粗泥层添加纤维为麦衣与麦秆纤维细泥层添加的则是麻纤维)综合分析可知:窟壁画单独使用铅丹混合使用铅丹、朱砂、土红红色颜料白色底色层为方解石质地较致密 该研究为麦积山石窟 窟壁画材质工艺研究以及壁画保护修复提供了科学依据参考文献:李梅.麦积山石窟第 窟西方净土变.敦煌研究():.():.张铭.麦积山石窟第 窟维摩变考.中国美术():.():.项一峰刘莉.麦积山石窟法华经变相及其弘法思想.敦煌学辑刊():.():.魏文斌.麦积山石窟初期洞窟三佛造像考释.敦煌学辑刊():.():.文物保护与考古科学第 卷 杨文博.麦积山石窟北魏造像研究.兰州:兰州大学:.:.花平宁.麦积山石窟环境与保护调查报告书.北京:文物出版社.:.王丹阳刘璐瑶张秉坚等.须弥山石窟 窟明代泥塑彩绘制作材质成分分析.文物保护与考古科学():.():.宗亚宁严晓燕吴雄英等.树脂包埋技术在纤维横截面切片中的应用.纺织学报():.():.张亚旭于宗仁王丽琴等.敦煌莫高窟第 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