中国早期石窟壁画矿物颜料的研制及使用技术研究.pdf

齐鲁艺苑山东艺术学院学报 年第 期 总第 期 （）：中国早期石窟壁画矿物颜料的研制及使用技术研究李海磊（四川美术学院公共艺术学院，重庆）摘 要：中国古代石窟壁画制作过程中含有大量的技术因素，而颜料制作及使用技术是研究古代壁画不可忽略的环节，它直接影响壁画呈现的色彩效果和保存。通过科学仪器检测发现现存的克孜尔石窟和莫高窟壁画颜料主要是矿物颜料，因此对石窟壁画使用矿物颜料的特性、发色原理、颜料研磨制作、胶结剂、色彩调配等问题展开深入探讨，有助于古代石窟壁画保护和修复、临摹和复原相关研究。关键词：石窟壁画；矿物颜料；研制；应用技术中图分类号：文献标识码：文章编号：（）中国古代壁画制作过程中含有大量的技术因素，从壁画支撑体到地仗制作，从有色矿石到矿物颜料使用，从材料制作到壁画绘制，每一个步骤都是艺术与技术的结合。“壁画既是一件艺术品，也可看作是一件技术应用的作品。”（）材料和技术是研究古代壁画制作的核心，而颜料则是壁画材料中最为重要、最为关键且能直接影响壁画色彩效果的因素。目前，考古与文物保护学者借助现代科技仪器对中国早期石窟壁画的颜料进行了检测分析，这对壁画颜料的属性、成分、色泽、胶结剂等研究提供了重要参考和科学依据。通过分析可知，现存克孜尔石窟和敦煌石窟壁画颜色大部分为矿物颜料，有少部分植物颜料和人工颜料。在此基础上，结合文献对古代壁画矿物颜料研磨与制作、胶结剂调和、色彩调配方法等问题展开进一步探讨，希望为古代石窟壁画保护和修复、临摹和复原，及当下壁画创作提供参考和借鉴。一、矿物颜料的特性及发色原理矿物颜料的原材料是天然晶体矿石，由它研磨成的矿物色，色相明快、光泽鲜艳、覆盖力强、不易变色，性能比较稳定。“作画所用之色，皆取经久不退者。而不退之色，惟金石为尤。”（）矿物颜料色泽千年不变，得益于其自身良好的材料性能。天然矿石经粉碎、研磨后，仍以一种细微的颗粒或粉末状呈现，颜料颗粒在发色效果方面起到至关重要的作用。颜料的颗粒度直接影响壁画呈现出来的色彩效果，颗粒度的大小决定颜色显色和用色技法的差异。颗粒越小颜色越浅，反之，颗粒越大颜色越深。例如青金石颜料，粗颗粒呈现出深蓝色，细颗粒或粉末状呈现浅蓝色或天蓝色（图）。这是由矿物颜料颗粒发色原理决定的，与颜料颗粒折射有关。收稿日期：作者简介：李海磊，男，博士，四川美术学院公共艺术学院讲师、硕士研究生导师，研究方向：美术考古、壁画与公共艺术。基金项目：本文系重庆市社会科学规划项目“世纪丝绸之路沿线壁画色彩样式与传播研究”（）、重庆市教委人文社科项目“汉唐兽面图像谱系与视觉文化研究”、四川美术学院博士科研启动项目（）的阶段性成果。齐鲁艺苑山东艺术学院学报 年第 期 总第 期图 青金石原矿石、研磨颗粒、研磨色粉，敦煌莫高窟陈列馆（笔者拍摄）矿物色的颗粒性取决于矿石本身的晶形体构造，如三角形、四方形、菱形、六面晶形等。但是不同性质的颜料颗粒又有差异，这主要取决于它们的化学元素基因。例如天然朱砂（硫化汞），在显微镜下观看呈现晶体碎片，而人工合成的则为六边形颗粒和棱柱体。“朱砂的粒度在 微米时显亮色，微米时显暗色。”（）壁画表面颜色的发色原理取决于光的照射及画面颜料颗粒的反射，这两个要素缺一不可。其中颜料颗粒是最基本的物质基础，壁画矿物颜料的反射光谱最主要是由颜料结晶体结构决定。根据物理学中光的反射原理，可以了解光照射在矿物颜料颗粒上的反射与屈折原理。“当一束光投射到透明矿物色上，它将被分成三部分：被反射部分、漫射部分与被吸收部分。前两部分主要表现为矿物色的光泽，第三部分被矿物色所吸收的强弱度决定着矿物色透明度的高低。”（）当光照射在不透明的矿物色上时，绝大部分入射光在表层即被全部吸收，吸收后还会转化为反射光，也就增大矿物色的反射率，引起光泽的增强。壁画矿物颜料颗粒依靠胶相互粘结，发色是靠颜料晶体本身，颜料粒子与粒子之间产生空间（图）。当颜料粒子的表面受到白色光 后，白色光的一部分在粒子表面反射屈折后返回外面空间，这时反射光的强弱程度与颜料的屈折率和白色光照射的颗粒表面的角度有关，一般情况下反射光是非常弱的。颜料表面受光屈折后进入颜料粒子内部，这时颜料便会产生对光的选择吸收现象，白色光 便会转变成颜料固有色光（图）。“通过颜料内部的有色光在到达颜料粒子底面经反射、屈折之后返回到外面，随着光在颜料结晶的内部通过的途中，由于光波色长的不同而被选择吸收的同时，形成此种颜料的固有色光。”（）图 矿物色的发色模式图采自王雄飞：矿物色使用手册绘画用矿物颜料的研究与表现，人民美术出版社，年图 矿物色的发色模式图采自王雄飞：矿物色使用手册绘画用矿物颜料的研究与表现，人民美术出版社，年矿物颜料的发色主要在于颜料粒子的屈折率，矿物色层的独特发射原理，能够使屈折率较小的石青和石绿发出鲜艳的色彩效果。矿物颜料颗粒越细，颜色就会越浅，这是因为细粒子内部通过的距离即光路差短，对光的吸收比例小，反射到外部的光强烈而明亮的缘故。反之，颜料颗粒变粗，向外发出的色光变弱变暗，从而发色显暗。例如朱砂色粉颗粒越细，发色越鲜艳，越粗则色越深。当矿物颜料粉末颗粒与粘结剂（胶）调和后附着在壁面地仗层上时，矿物颜料的颗粒与颗粒之间通过胶粘结组成新的颜料层结构。胶液会沉积在缝隙中，发色部分还是靠晶体本身，胶的黏稠度和中国早期石窟壁画矿物颜料的研制及使用技术研究 李海磊用量多寡会影响晶体的屈折率，进而影响颜色发色的效果。恰到好处的胶液会使颜料粒子间产生众多的空隙，层层叠叠、相互错落，透过这些空隙，颜料颗粒自身发出屈折光与外部给予的反射光，加上从空隙中透出的下一层颜料颗粒的折光，几种光色相互交错、混合，这也正是矿物颜料的真正魅力。壁画表层的矿物颜料受光后，会产生特有的发色效果，即颜料颗粒受光后产生不同角度的反射和漫射效果。颜料研磨技术决定矿物颜料的颗粒度，颜料颗粒的大小和形状直接影响颜色的效果，粗颗粒颜料具有耐光性、不透明性、分散性和粗糙的质感，细颗粒颜料则反之，耐光性相对减弱，具透明性，表面细腻而有流动感。在壁画中所用的矿物色，颗粒较大，正是因为颗粒的存在，其发色才具有独特的美感，颗粒越大，色彩越深，光线反射和折射力越强，也使画面具有闪烁的光泽感。二、矿物颜料的研制技术矿物颜料制作步骤复杂、程序繁多，首先要寻找矿物颜料产地，经过鉴别、精心挑选，采集可作为颜料的矿石。需要注意，并非自然界所有有色矿石都可以作为颜料使用，矿物的粉末痕迹颜色成为判断和鉴别依据。矿物颜料研制要经过分类、粉碎、去杂、研磨、沉淀、漂洗、分色等步骤。这种方法技术一直延续至今，常被概括为“淘、澄、飞、跌”。“淘”是指将矿石研碎，用水淘洗去杂质泥土；“澄”是指用乳钵将淘洗后的颜料研细，加入制作好的胶水或清水进行澄清，较轻的淡色上浮，重浊的颜料颗粒下沉；然后把上浮的部分撇到另一碗碟中，叫“飞”；留下下沉的中色和重色部分，再接着研磨，再跌荡，使较轻上浮的颜色，不致被压沉在底下。经过这四个步骤，可将矿物颜料分成多个等级，画师可根据绘制的题材内容和色彩组配方式选择性地使用颜料。如朱砂可以漂出朱膘（三朱）、正朱（二朱）、粗砂（头朱），二朱颗粒略粗，呈鲜红色；三朱颗粒最粗，呈深红色；石绿（图）也可以漂出三绿、二绿、头绿。如果仔细观察敦煌早期壁画，也能发现同一洞窟使用几种不同绿色颜料。虽然研磨矿物颜料基本可概括为以上四个步骤，但是每一种矿物原材料性质都有差异，在具体研磨步骤过程中也有差别。图 石绿和石青颜料，敦煌莫高窟陈列馆（笔者拍摄）以朱砂颜料为例，朱砂颜料在古代有两种来源方式：一是自然形态；二是干法制造。古代天然朱砂颜料制作工艺非常讲究，古代文献中详细记录了朱砂的探寻、辨别、挑选、研制、提取等方法步骤。天工开物记载：“凡朱砂上品者，穴土十余丈乃得之，始见其苗，磊然白石，谓之朱砂床。近床之砂，有如鸡子大者。其砂不入药，只为研供画用与升炼水银者。”（）此书总结了在自然界中挑选朱砂原矿石时，如何辨别朱砂的位置、形态和色泽，并区别药用和作为绘画颜料用的朱砂，又依据其形态和色泽分出品相高低优劣。同时，天工开物用插图的形式记载了朱砂具体制作流程（图），先将朱砂矿物置入铁槽辗机中研磨，轧碎成细颗粒或粉末状，再倒进缸里，注清水澄清。“过三日夜跌取其上浮者”倾入别的缸，此为二朱；将缸中下沉者，晒干后即名头朱。这一步骤是借用“水飞法”制成色泽由浅到深、颗粒粗细不同的朱砂颜料。丹砂矿石被研磨后，仍旧保持红色的本质，颜色经久不变，正如“丹可磨也，而不可夺赤”（）。另外，除使用天然朱砂制作红色颜料外，也有人工制造的红色硫化汞，它是古代炼丹术的重要产物。用水银和硫磺人工合成一种赤色硫化汞，称为“银朱”或“灵砂”（）。天工开物记载：“每升水银一斤得朱十四两，次朱三两五钱，出数藉硫质而生。”（）通过这种“干式法”，并在其基础上加热混合，可以制得橙赤色（黄朱）、纯赤色（赤朱）、浓赤色（黑朱）等。但是，通过对古代艺术品中红颜料研究发现，由于人造银朱颜料成分中存有游离的硫磺，在与含铅的铅化合物颜料混合使用中，时间久后会导致颜料发生化学反应，变成棕黑色，因此银朱不能与铅 齐鲁艺苑山东艺术学院学报 年第 期 总第 期图 人工制作朱砂，图片采自宋应星、钟广言注释：天工开物，广东人民出版社，年化合物制成的颜料混合使用。可知这种银朱并不适合绘画颜料使用，不仅具有一定的化学毒害性，还易发生变色，它难以与天然朱砂相比，一般绘画不采用此朱。正因如此，也凸显了天然朱砂的稀缺和贵重，在绘制壁画使用红色时，不会出现大面积朱砂，仅在人物嘴唇、脸颊等细微处点染。三、颜料调配与胶结剂矿物色颗粒与胶的调和使用是绘制壁画过程中重要的步骤，因为胶掺入量的多少，不仅影响以后壁画颜料层的稳固，而且更为重要的是直接影响矿物质颜料的色泽。胶的浓度不够，矿物色的颗粒就容易从画面上脱落下来，反之胶液过浓过多，又会将颜色颗粒全部覆盖，会引起画面颜色发乌。胶与颜料配比不当就会影响颜料的发色效果，胶的浓度与量直接影响画面颜料层的牢固及持久性。壁画颜料层的稳定性不仅在于矿物颜料自身的稳定性，还与胶结材料的稳定性密切相关，颜料颗粒主要靠胶附着在基底材（地仗层）上，胶质的优劣直接影响颜料粘结结构。因此，选胶犹如挑选颜料一样，原料（颜料）加胶结剂调和固着于画面，壁画才能色泽亮丽，千载不剥。胶结剂，是用于将颜料颗粒或粉末粘合成固体状，又用于调和两种及以上颜料，并且将颜料固着在画面上的液体粘合剂。它是绘画中不可缺少的材料，在壁画着色过程中起着重要作用，不仅对颜料颗粒或粉末起到连接作用，而且也增加颜料的附着力，避免颜料渗漏或脱落。胶的品种与品质会影响画面效果，胶必须明而净，黏度适当，稠而腻，易解易化，没有杂质，还需要“注意用胶的色泽透明度、黏度、冻度，并视颜料色种轻重浓淡的不同而分别配胶”（）。经检测发现古代石窟壁画中使用的大多数为动物胶，例如牛胶、鹿胶、兔胶、马胶、鱼胶等。动物胶主要成分是明胶肽蛋白质，是从动物（牛、马、羊、鹿、兔、狗）皮、筋、骨中提取的胶原，外观为板状、粒状、棒状等；颜色从黄褐色到褐色的半透明物体。粘结性能好，强度高，水分少，干燥快，粘结定型好，且易获得，使用方便。历代名画记记载：“东阿之牛胶、漆姑汁，炼煎并为重采，郁而用之。”（）甚至，周礼考工记 已经记载：“胶也者，以为和也鹿胶青白，马胶赤白，牛胶火赤，鼠胶黑，鱼胶饵，犀胶黄。”（）说明古人不仅已经掌握制作动物胶的技艺，而且也熟知各类胶的特性和使用方法。在使用动物胶调和颜料时，颗粒较粗的颜料会下沉，聚集在调色碗底，颗粒较细的粉末状颜料会与胶液相融，漂浮于上层，于是在用毛笔蘸颜料时，轻重不同、深浅不同，会导致颜色厚薄不一。例如在克孜尔石窟主室券顶部位（图），仔细观察就会发现券顶的蓝色颜料厚薄不均匀，颜色也是浓淡不一，与过道两壁窟龛中的较厚的蓝色颜料层存在明显差异（图），前者颜色整体较浅淡，甚至透出底色，后者颜料厚重，颜色较深。值得注意的是，矿物颜料的调配并非简单、任意搭配混合搅拌，两种以上颜料混合时会产生化学中国早期石窟壁画矿物颜料的研制及使用技术研究 李海磊图 克孜尔石窟第 窟 券顶壁画，公元 世纪（笔者拍摄）图 克孜尔石窟第 窟后室西甬道东壁龛内侧壁画局部，公元 世纪（笔者拍摄）反应，颜色也会随即发生变化，古代画师通过反复实验才能掌握颜料属性和调配技巧。历代名画记有“昆仑之黄（雌黄也，忌铅粉同用）”（），营造法式有“雌黄忌铅粉，黄丹”（）之说法，本草纲目记载：“雌黄得胡粉而失色，胡粉得雌黄而色黑，盖相恶也。”（）这些文献中的雌黄为含硫的矿物，铅粉（古代铅白的俗称）是中国古代常用的一种白色颜料，在含硫的环境中发生氧化反应，会失去原有颜色色相。铅丹与空气中硫化氢等物作用，会因硫酸铅的形成而导致变色。当铅丹的分子式 变色之后成为，色相呈现出棕黑色、褐色甚至黑色。通过对莫高窟 个洞窟壁画的棕黑 色 颜 料 检 测，表 明 以 上 都 是 二 氧 化铅（），经检测发现克孜尔石窟壁画中也含有大量棕黑色的二氧化铅（图）。图 克孜尔石窟第 窟主室东壁菩萨像，公元 世纪（笔者拍摄）由此可见，敦煌和新疆石窟壁画色彩历经千余年还鲜艳如新，正是得益于矿物颜料的持久性和稳定性。从自然界中的矿石原料 绘画颜色 胶结剂调和 壁画色彩应用，都融入了古人对壁画颜料的认识、加工、制作及应用的智慧，在反复试验和探索过程中，摸索出一套完整、系统的矿物颜料研制使用技术，为我们研究古代壁画、保护和修复壁画、临摹和复原壁画提供了重要参考。齐鲁艺苑山东艺术学院学报 年第 期 总第 期参考文献：徐岩红壁画艺术与科学技术文艺研究，（）清沈宗骞芥舟学画编（卷四）齐振林，史怡公标点注译北京：人民美术出版社，周国信 我国古代颜料漫谈（二）涂料工业，（）王雄飞，俞旅葵矿物颜料使用手册 绘画用矿物颜料的研究与表现北京：人民美术出版社，夏寅偏光显微法在中国古代颜料分析中的应用研究及相关数据库建设西安：西北大学，明宋应星天工开物钟广言注广州：广东人民出版社，陈奇猷吕氏春秋校释上海：学林出版社，王进玉，王进聪中国古代朱砂的应用之调查文物保护与考古科学，（）仇庆年传统中国画的颜料的研究苏州：苏州大学出版社，唐张彦远历代名画记卷二北京：中华书局，崔 记 维 校 点 周 礼 沈 阳：辽 宁 教 育 出 版社，李路珂营造法式彩画研究南京：东南大学出版社，明李时珍本草纲目（第一册）北京：人民卫生出版社，李最雄光和湿度对土红、朱砂和铅丹变色的影响敦煌研究，（）（责任编辑：刘德卿）