敦煌莫高窟第44窟壁畫材質(zhì)及起甲病害研究

馬贊峰 汪萬福

內(nèi)容摘要：本文以莫高窟第44窟為主要研究對象，對第44窟壁畫材質(zhì)及工藝進行了詳細的分析，并對其起甲病害做了初步探索。研究表明，莫高窟第44窟存在三個不同時代的壁畫，病害以起甲為主。不同時代壁畫，其地仗中的土沙比有很大的不同，所用的顏料各個時代亦有差別，起甲顏料樣品存在彎曲及斷裂現(xiàn)象。通過對第44窟環(huán)境及材質(zhì)的研究，為下一步研究莫高窟壁畫起甲病害機理提供了基本依據(jù)。

關(guān)鍵詞：莫高窟；第44窟；壁畫材質(zhì)；起甲病害

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2014）05-0108-11

On the Materials and Flaking of the Wall Paintings

in Mogao Cave 44

MA Zanfeng1 WANG Wanfu2，3

（1. Institute of Ethnology and Sociology， Minzu University of China， Beijing 100081；

2. Conservation Institute， Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200；

3. NationalResearch Center for Preservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites，

Dunhuang，Gansu 736200）

Abstract： Focusing on Mogao cave 44， this paper presents a study on the materials and techniques used in creating the wall paintings as well as a preliminary investigation of the flaking of the murals. The results suggest that the images in this cave date back to three different periods and that flaking of the surface paint layers is the main cause of deterioration to the wall paintings， though samples of the flaking murals also exhibit curves and cracks. Further investigation shows that the pigments and the ratio of sand and soil in the ground have varied over time. This study provides basic evidence for the causes of the deterioration of the wall paintings in the Mogao caves by studying the environment of cave 44 and the materials of its murals.

Keywords： Mogao Grottoes； cave 44； materials of wall paintings； flaking

0 概 述

敦煌莫高窟是人類珍貴的文化遺產(chǎn)，保存自4—14世紀約10余個朝代45 000m2的壁畫[1]。壁畫反映了古代社會生活、經(jīng)濟、信仰、科技等方面的內(nèi)容，具有重要的歷史、科學(xué)及藝術(shù)價值。

莫高窟壁畫現(xiàn)存主要的病害有空鼓、起甲、酥堿等。以往對于壁畫的保護主要集中于壁畫環(huán)境、材質(zhì)、病害分析以及保護材料及工藝等方面。

莫高窟現(xiàn)存壁畫的洞窟492個，筆者結(jié)合敦煌研究院保護研究所2002、2006年年終石窟病害調(diào)查檔案開展實際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)存在壁畫起甲現(xiàn)象的洞窟約有205個，約占有壁畫洞窟數(shù)量的42%。

起甲作為壁畫主要病害之一，在世界上廣泛存在?？蒲腥藛T針對起甲病害的修復(fù)進行了大量的研究，在一定程度上治理了起甲壁畫，延長了壁畫的壽命。日本曾以柯巴脂、丙烯酸樹脂、5%動物膠和2%海藻膠的混合液修復(fù)起甲壁畫[2]。美國曾以聚醋酸乙烯酯乳液、Paraloid B72三氯乙烯溶液修復(fù)[3]。英國曾以聚乙烯醇蒸餾水溶液修復(fù)[4]。澳大利亞曾以Plextol B500修復(fù)[5]。德國、法國、意大利等歐洲國家目前對壁畫顏料層加固主要用Paraloid B72。

中國曾以膠礬水、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇縮丁醛溶液、乙基纖維素溶液、魚膘膠、聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液作為修復(fù)起甲的材料[6-9]。

這些研究工作，在一定程度上保存了壁畫，但就壁畫起甲機理研究來說，尚未見更多的報道。

莫高窟第44窟的開鑿裝飾跨歷三個歷史時期，壁畫病害主要表現(xiàn)為起甲。通過對莫高窟第44窟制作材質(zhì)及工藝進行研究，不僅對于考古學(xué)有重要意義，對揭示莫高窟壁畫起甲病害機理亦具有重要的意義。

1 莫高窟第44窟歷史沿革

第44窟位于莫高窟南區(qū)北段下層，屬中型洞窟。該窟前部人字披頂，后部平頂，中央偏后有中心龕柱，柱東面開一龕，南北壁各兩龕?？咧斜诋嬁偯娣e約281.61m2，彩塑8身。該窟為盛唐時期修建，又經(jīng)中唐、五代時期重修，現(xiàn)存壁畫既有盛唐壁畫又有中唐和五代壁畫[10]。其中北壁中部為盛唐壁畫，北壁及東壁下方為五代壁畫，中心塔柱及其余部位則均為中唐時期壁畫（圖1）。壁畫內(nèi)容主要有千佛圖、維摩詰經(jīng)變、西方凈土變、菩薩、天王、供養(yǎng)比丘等。

莫高窟第44窟開鑿于敦煌盛唐晚期，處于沙洲與吐蕃作戰(zhàn)至吐蕃攻陷沙洲的特殊歷史時期，屬敦煌石窟中“盛唐未完工中唐補繪洞窟”[11]。一窟之內(nèi)有幾種不同時代風(fēng)格的壁畫，表明了石窟營建漫長而復(fù)雜的歷史，集中反映了當時的歷史背景與社會關(guān)系。第44窟壁畫制作尤為特殊，即使經(jīng)中唐補繪，亦未完工。其后五代雖有所繪，僅見于下方供養(yǎng)人，而在南壁龕內(nèi)仍有未繪壁畫的部位。

2 莫高窟第44窟起甲病害情況

第44窟現(xiàn)存壁畫主要有起甲、酥堿、空鼓等病害。其中起甲壁畫面積約為136.34m2，占壁畫總面積的48.4%，主要分布于主室北壁西側(cè)上方（圖2）、南壁西側(cè)中上方以及中心塔柱的四向面（圖3）。值得注意的是，起甲壁畫主要為中唐補繪壁畫，北壁中間盛唐壁畫只有部分起甲，而下方五代壁畫則很少起甲。

莫高窟第44窟起甲種類比較多，為方便論述，先對壁畫起甲程度進行分類。起甲程度是描述起甲病害嚴重情況的一個物理量，限于起甲的位置、大小、形狀、起翹程度、面積等多方面因素的影響，要確切界定起甲程度是比較困難的。考慮到在描述時的通用性及普遍性，將起甲程度一般分為起甲開裂、起甲卷翹及起甲脫落三個層次。這三個層次是起甲壁畫最基本的三個階段，它們是依次遞進的關(guān)系，起甲開裂是指已經(jīng)開裂，有輕微起翹，但不嚴重的情況；起甲卷翹是指壁畫已經(jīng)卷起，有脫落的危險；起甲脫落是指壁畫起甲后，部分已經(jīng)脫落，它也是起甲壁畫最為嚴重的一個層次，直接威脅壁畫的安全，有修復(fù)的必要。莫高窟第44窟起甲程度有起甲開裂、起甲卷翹及起甲脫落三種類型。

3 莫高窟第44窟溫濕度監(jiān)測

為了解第44窟壁畫保存環(huán)境，2007年11月，在第44窟佛龕分別放置一臺美國產(chǎn)全自動溫濕度監(jiān)測儀，型號為HOBO Pro V2。監(jiān)測周期為2007年11月—2008年10月。

3.1 溫度

圖4為第44窟的溫度變化圖。由圖4可知，第44窟年內(nèi)溫度以1—2月間為最低，3月份后逐漸升高，到8月份達到最高，9月以后溫度開始下降。窟內(nèi)月平均溫度在8.7—14.47℃之間。年內(nèi)最高溫度為14.47℃，最低溫度7.83℃。

3.2 濕度

第44窟年相對濕度變化與溫度的變化趨勢相似（圖5）。年內(nèi)月平均濕度以1—2月間為最低，3月份后逐漸升高，到7月份達到最高，9月以后濕度開始下降?？邇?nèi)月平均相對濕度在15.15%—54.88%之間，年內(nèi)最高相對濕度為70.20%，年內(nèi)最低相對濕度為12.40%。

4 莫高窟第44窟壁畫制作工藝研究

4.1 樣品情況

2007年5—7月，筆者分別對莫高窟第44窟三個時代的壁畫地仗和顏料進行了取樣。因中唐壁畫起甲特別嚴重，取樣較多。其中，采集地仗樣品5個（表1），顏料樣品28個（表2）。

4.2 分析方法與儀器

本次主要采用儀器分析方法。所用儀器設(shè)備型號及檢測條件如下：

（1）金相顯微鏡（Metallurgical Microscope）

OLYMPUS BX-51M 型金相顯微鏡。光源：暗場，反射光；觀察倍數(shù)：50—200Ⅹ。

（2）X射線衍射儀（XRD）

Rigaku D/max 2200型Ⅹ射線衍射儀（日本理學(xué)制造）。管電壓： 40kV，管電流40mA，Cu靶。發(fā)散狹縫、防散射狹縫分別為1°，接收狹縫為0.15mm。

（3）能量散射X射線熒光分析儀（EDXRF）

SHIMADZU EDX-800HS型能量散射X射線大腔體熒光分析儀（日本島津公司制造）。測量電壓為50kV，測量時間為100s，Rh靶。

（4）掃描電子顯微鏡（SEM）

Hitachi S-3600N型掃描電子顯微鏡（日本日立公司制造），同時利用X射線能譜儀（EDS）對顏料層、地仗層元素進行半定量分析，工作電壓20kV。

（5）氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）

日本島津氣相色譜質(zhì)譜儀 GCMS-QP2010 Plus。

4.3 分析結(jié)果

4.3.1 地仗

壁畫地仗的材料一般是由粉狀黏土（簡稱粉土）、沙以及少量的植物纖維（如麥草、麻等）按照一定的比例加水調(diào)和而成。采用蒸餾水浸泡分離法對土和沙進行分離，地仗材料分析見表3。地仗的成分與元素則用XRD及XRF進行分析。結(jié)果見表4與表5。

從表3含沙比來看，第44窟地仗的含沙量在41.09%—66.43%之間變動，麥草比約在1.9%—2.5%間變動。其中，五代時期壁畫的地仗層含沙量最小，盛唐的居中，中唐的最大。而且，不同中唐時期壁畫樣品地仗層之間的含沙比差別也很大。由于所取地仗樣品數(shù)量較少，尚不能說明整個洞窟地仗的土沙比情況。不過，這一結(jié)果至少說明古人制作壁畫地仗層時，土沙比的選擇有較大的隨意性和不規(guī)律性。

由XRD（表4）結(jié)果可知，第44窟壁畫的地仗成分主要為石英、云母、方解石及鈉長石等。因所選取的地仗分屬三個時代，因而該結(jié)果說明不同時代制作的壁畫地仗所使用的材料基本相同，但相對比例則有所不同。

由EDXRF（表5）結(jié)果可知，這五個地仗樣品的CaO含量基本一致（25.4%—28.9%），SiO2含量差別較大（27.5%—36.7%），F(xiàn)e2O3含量亦有區(qū)別（16.6%—22.9%），其他成分則變化不大。較大差別的SiO2含量反映了地仗中沙土比例的不同，而Fe2O3含量不同則可能導(dǎo)致地仗顏色的差異。

4.3.2 顏料

XRD及EDXRF分析結(jié)果（表6—7）表明，莫高窟第44窟主要使用白色、紅色、綠色、藍色及黑色顏料。

白色 滑石（Mg3Si4O10（OH）2）、方解石（CaCO3）、石英（SiO2）。

紅色 土紅（α-Fe2O3）、鉛丹（Pb3O4）、朱砂（HgS）。

綠色 氯銅礦（Cu2（OH）3Cl）、石綠（CuCO3·Cu（OH）2）。

藍色 青金石（Na，Ca）7–8[（Al，Si）12（O，S）24][SO4Cl2，（OH）2]。

黑色 炭黑（C）、二氧化鉛（PbO2）。

4.3.3 顏料層剖面

壁畫剖面分析可直接觀察顏料各層間的關(guān)系及壁畫的病害情況，是壁畫病害分析最有效的手段之一。顏料層剖面分析結(jié)果表明，第44窟顏料樣品多分為三層，由內(nèi)至外，依次為地仗層、白粉層及顏料層。起甲樣品顏料層剖面中，多數(shù)樣品白粉層和地仗層間及地仗層內(nèi)部均有松散、開裂現(xiàn)象，起甲斷裂于地仗層間。圖6—7所示為一個綠色起甲顏料的剖面顯微鏡及掃描電子顯微鏡照片。

4.3.4 膠結(jié)物

通過油類、樹脂類的測定分析，僅在樣品中測出了微量的棕櫚酸和硬脂酸， 沒有測出油、樹脂或蠟的特征化合物。

通過蛋白質(zhì)的測定，同時應(yīng)用質(zhì)譜總離子流法（TIC）和質(zhì)譜選擇離子法兩種測定方式。 由于樣品中氨基酸的含量很低，僅在選擇離子分析法中測出了氨基酸， 包括丙氨酸（ala）、甘氨酸（gly）、纈氨酸（val）、亮氨酸（leu）、異亮氨酸（Ile）、脯氨酸（pro）。由于測到的氨基酸種類少并且含量低，而不能準確斷定是哪一種蛋白質(zhì)?？赡苡捎诒诋嬶L(fēng)化嚴重，大部分有機成分已經(jīng)被腐蝕。另外該分析所用的樣品是XRD測定后的粉末樣品，樣品在研磨的過程中，有機成分也有可能因粘合在研磨器上而損失。

4.4 結(jié)果討論

4.4.1 地仗

第44窟雖經(jīng)三個歷史時期所繪，但其地仗的組成基本相同，只是含沙量有所區(qū)別，相差最高可達20%之多。這說明古人作畫，其時代不同，區(qū)別很大，沒有固定規(guī)律。古人以黏土、沙子和麥草混合來制作壁畫地仗，實際操作中并沒有嚴格的比例，即使是同一壁面，這一比例也會有所不同。基于此，第44窟不同時代地仗中的含沙比只是一個范圍，并不隨朝代不同而存在某種必然關(guān)系。但對當時的工匠來說，制作某一處壁畫，其中沙土比的多少有相對的固定性。

4.4.2 顏料組成

第44窟的顏料為敦煌石窟常用的礦物顏料，盛唐、中唐及五代的白色顏料皆為滑石和方解石。

盛唐壁畫紅色使用了鉛丹、土紅和朱砂。鉛丹大量使用，以至于由于鉛丹變色為棕色二氧化鉛而使壁畫表面多處呈現(xiàn)黑色。盛唐使用的綠色顏料為氯銅礦和石綠混合使用。

中唐的千佛圖大量使用土紅并主要應(yīng)用于千佛的胸部及袈裟等處，鉛丹和朱砂很少使用；綠色顏料使用了氯銅礦和石綠，分單獨使用和混合使用兩種；藍色青金石僅在第44窟南壁佛龕及菩薩像上使用。

五代供養(yǎng)人重繪，供養(yǎng)人多為紅色土紅，榜題為紅色土紅和綠色氯銅礦。

第44窟經(jīng)中唐、五代重修，時逢戰(zhàn)亂，社會生產(chǎn)力遭到極大破壞，物力和財力匱乏，顏料的貿(mào)易渠道可能受到影響，因而在制作壁畫時，所使用顏料應(yīng)以廉價、易得顏料為主。顏料分析的結(jié)果也符合這一情況。值得一提的是，即使在這樣的環(huán)境下，敦煌仍存在一批“盛唐未完工中唐補繪”洞窟，可見，當時佛教已深入人心，或因戰(zhàn)亂而更易寄希望于佛教。

4.4.3 顏料層位及起甲顏料樣品分析

第44窟的顏料層位基本可分為三層，由外至內(nèi)依次為顏料層（厚約0.005—0.080mm）、白粉層（厚約0.01—0.30mm）、地仗層。白粉層主要使用了滑石和方解石。繪制壁畫時，多數(shù)在白粉層上直接繪畫，個別樣品中也發(fā)現(xiàn)有用某一顏料打底色的情況。

在采集起甲病害樣品時，顏料層表面多有彎曲現(xiàn)象。在金相顯微鏡和掃描電鏡下，觀察到一個值得重視的現(xiàn)象，即多數(shù)起甲樣品有明顯的斷裂面，斷裂面多發(fā)生于細泥層。另外，在部分樣品中，白粉層與地仗層存在明顯分離現(xiàn)象，而顏料層和白粉層之間本身卻比較緊密。這為探索起甲壁畫病害機理提供了一個線索，即在顏料、白粉與地仗三層之間明顯存在強度不一致的現(xiàn)象；同時，因所受應(yīng)力不均勻而導(dǎo)致了顏料層的彎曲起翹。進一步考察膠結(jié)材料本身的性能，或能解決這一問題。

4.4.4 膠結(jié)物

因樣品中膠結(jié)物含量太低或是進行XRD分析測試時用酒精粘接的關(guān)系，氣相色譜——質(zhì)譜對第44窟所使用膠分析結(jié)果雖然沒有判明膠是何種蛋白質(zhì)種類，但可以肯定為動物膠。這與文獻記載的結(jié)果相一致，不同的是文獻中提出敦煌壁畫所使用的膠類似于牛皮膠，這一結(jié)果為選用何種膠結(jié)材料作為試驗起甲膠結(jié)材料提供了依據(jù)。

5 結(jié) 論

（1）第44窟屬下層中型洞窟，月平均溫度在8.7—14.47℃之間，年平均溫度均大于0℃；濕度變化較大，月平均相對濕度在15.15%—54.88%之間。

（2）第44窟地仗成分主要為石英、鈉長石、方解石、云母及綠泥石等，其中土沙比例有明顯的不同。第44窟盛唐時期壁畫地仗土沙比為50.98%，中唐為43.31%—66.43%，五代為41.09%。

（3）第44窟盛唐壁畫內(nèi)容以經(jīng)變畫為主，壁畫所用的白色顏料主要為方解石及滑石；紅色顏料使用了土紅，大量使用了鉛丹，但鉛丹變色嚴重，幾乎全為黑色二氧化鉛；綠色顏料以氯銅礦和石綠混合使用。中唐壁畫內(nèi)容以千佛圖為主，所用白色顏料主要為方解石及滑石；紅色顏料主要為土紅，在個別樣品中使用了鉛丹和朱砂；藍色顏料使用了青金石，僅在南壁中的佛龕里使用。五代壁畫主要為洞窟南、北兩壁距地面約1m以下的供養(yǎng)人及題記，使用顏料較少，白色為方解石及滑石；紅色為土紅；綠色則為氯銅礦。

（4）第44窟的顏料層可分為三層，即地仗層、白粉層及顏料層。多數(shù)白粉層比顏料層厚，少數(shù)白粉層與顏料層厚度接近。這表明，壁畫在繪制顏料層時，白粉層厚度不均勻。

（5）第44窟多數(shù)起甲樣品表面彎曲，剖面分析表明起甲樣品地仗層間往往有明顯的開裂現(xiàn)象，且地仗顆粒之間比較疏松。第44窟的環(huán)境特征、地仗及顏料組成，為下一步研究起甲病害的模擬試驗及機理探討提供了基本依據(jù)。

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