館藏出土青銅器保護(hù)中的X射線成像技術(shù)的應(yīng)用及展望

□解　晉　閆文祥

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館藏出土青銅器保護(hù)中的X射線成像技術(shù)的應(yīng)用及展望

□解晉閆文祥

摘要：簡要闡述X射線成像技術(shù)原理，列舉文博專用探傷機(jī)在山西博物院館藏青銅器保護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例來說明X射線成像技術(shù)對于提供文物制作的工藝技術(shù)信息、保存狀況分析、揭露修復(fù)情況等方面的作用。在總結(jié)X射線成像技術(shù)在青銅器保護(hù)中應(yīng)用的同時，開展對其他材質(zhì)的文物的X射線成像的研究和應(yīng)用，最后結(jié)合該技術(shù)的特點(diǎn)和文物保護(hù)工作的要求做出總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：X射線青銅應(yīng)用

一、前言

山西博物院在建院之初接收了山西省考古所移交的太原趙卿墓及長治分水嶺墓等出土的青銅器。為了祖國珍貴的文化遺產(chǎn)得以有效保護(hù)，結(jié)合館藏青銅文物現(xiàn)狀及滿足科學(xué)保護(hù)、陳列展覽的需要，我們選取了155件病害嚴(yán)重的館藏青銅器，在國家級文物保護(hù)專家悉心指導(dǎo)下，編寫完成了《山西博物院館藏部分出土青銅器保護(hù)修復(fù)方案》。在該項(xiàng)目具體實(shí)施中后期和結(jié)項(xiàng)階段筆者有幸加入。在對這批珍貴青銅文物進(jìn)行保護(hù)時，應(yīng)用X射線成像技術(shù)是無損分析檢測工作的重要組成部分。X射線成像技術(shù)作為文物檢測的常規(guī)手段，在世界上很多發(fā)達(dá)國家得到普遍應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和文物保護(hù)工作的科學(xué)化進(jìn)程在我國的文物科技研究中日漸得到重視和普及，這一技術(shù)對文物保護(hù)和研究提供了有力的技術(shù)支持[1]。

二、X射線成像技術(shù)發(fā)展簡介及原理

1895年11月，德國物理學(xué)家倫琴（Wilhelm Conrad R觟ntgen,1845－1923）在利用通電的克魯克斯陰極射線管做實(shí)驗(yàn)室時，發(fā)現(xiàn)一種新型射線[2]，因?yàn)楫?dāng)時不知它是何種性質(zhì)射線，就稱之為X射線。愛迪生（Thomas.A.Edison）發(fā)現(xiàn)了鎢酸鈣一類物質(zhì)，在X射線照射下能發(fā)出可見的藍(lán)紫色熒光，并利用這一特性研制出增感屏配合X光膠片使用，大大縮短了X光的透照時間和劑量[3]。以上這些發(fā)明為現(xiàn)代X光成像研究奠定了基礎(chǔ)X射線照相技術(shù)，應(yīng)用于文物藝術(shù)品的研究，始于20世紀(jì)二三十年代[4]。它主要限于紙質(zhì)的文物和藝術(shù)品。上世紀(jì)50年代，學(xué)者R.J.Get tens對佛里爾美術(shù)館（Freer Gallery）館藏的中國青銅器，就已經(jīng)開始了X射線透視、化學(xué)分析和金相檢驗(yàn)等工作。

X射線是高速電子撞擊金屬靶因韌致輻射所產(chǎn)生的高能電磁輻射。當(dāng)X射線在穿透物質(zhì)時會因物質(zhì)的吸收和散射作用而強(qiáng)度減弱。國內(nèi)外對青銅器的X射線檢測應(yīng)用比較廣泛，利用X光透視影像，對器物尤其是金屬類文物修復(fù)前進(jìn)行檢測，搞清楚各類器物內(nèi)部裂痕、孔洞、嵌飾、銘文等銹蝕物與硬結(jié)土掩蓋下的各種情況，可作為器物對癥修復(fù)的參考依據(jù)，也可對金屬類文物尤其是青銅器的古代鑄造工藝進(jìn)行研究。山西博物院文物保護(hù)工作者采用文博專用X射線實(shí)時成像儀對該批青銅文物進(jìn)行了試驗(yàn)檢測。

X射線實(shí)時成像儀的主要組成部分：X射線發(fā)生器、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。工作條件：拍攝電壓：140-200KV；拍攝電流：0.5mA；拍攝距離：40cm-80cm

三、在文物制作的工藝技術(shù)信息方面的應(yīng)用

X射線照相可以直觀地反映文物的鑄造、加工、修飾等工藝信息，這對進(jìn)行考古研究、文物修復(fù)等都具有重要意義[5]。

（一）器物制作的工藝技術(shù)信息

1.泥質(zhì)芯撐

青銅器存在泥芯撐的部位被青銅包裹不能顯露，由于該部位的銅壁較周圍其他部位薄，X射線穿透能力較強(qiáng)，實(shí)時成像上表現(xiàn)為有一定形狀的亮區(qū)[6]。通過X射線影像能確定其內(nèi)部泥質(zhì)芯撐的位置、大小和數(shù)量。

圖一　甑

圖二　甑耳部X射線成像

圖三　鬲器底

圖四　鬲器底X射線成像

圖五　銅鼎底部X射線成像

圖六　蟠虺紋三環(huán)鼎的底部X射線成像

圖一、圖二顯示了甑的耳部，可以清楚地看到四枚泥質(zhì)芯撐的位置、大小和形狀。

該文物泥芯是盲芯，由于外部被銅所包裹，判斷起來就比較麻煩，此時可以根據(jù)X射線實(shí)時成像特征進(jìn)行判斷。并不是所有的青銅器在較厚的部位都加有泥質(zhì)芯撐，如果不是盲芯，直接觀察就可以。

2.銅質(zhì)墊片

銅質(zhì)墊片會因?yàn)槠魑锉砻嫘揎?、修?fù)，或者澆注時被銅水遮蓋等原因，肉眼無法辨識。通過X射線成像技術(shù)，可以清楚地觀察到青銅文物銅質(zhì)墊片的數(shù)目、位置及分布情況等信息，利于了解和分析其鑄造工藝。

圖三、圖四顯示鬲的器底，可看到器底銅質(zhì)墊片的分布和位置。墊片形狀為不規(guī)則的四邊形和三邊形。可見同一器物可以包含多種形狀的銅質(zhì)墊片。

3.范縫和加強(qiáng)筋

經(jīng)考古研究發(fā)現(xiàn)夏、商、周三代的青銅器皆由傳統(tǒng)范鑄技術(shù)鑄造。因此，器物上都會留下范線、范縫等范鑄工藝固有的特征。加強(qiáng)筋主要起加固器物作用，外觀有時類似范線。

圖五顯示銅鼎底部的三條范線，形成原因?yàn)殂~水沿范縫溢出，形成突起的線條，形成后未打磨。

圖六顯示蟠虺紋三環(huán)鼎的底部有類似加強(qiáng)筋性質(zhì)的范線。

（二）修飾工藝

由于文物年代久遠(yuǎn)以及合金成分、礦化程度、地下埋藏環(huán)境的不同，使出土文物大多都銹跡斑斑，紋飾和銘文模糊不清，這對修復(fù)和研究造成一定的困難。而X射線照相則可以提供有效的幫助。

1.銘文

圖七、圖八顯示簋器底有銘文，但由于銹蝕嚴(yán)重，肉眼分辨不清，借助X射線成像可以將其銘文顯現(xiàn)出來。

2.銹蝕掩蓋下的紋飾

出土青銅器受埋藏環(huán)境影響，表面有可能存在銹蝕和硬結(jié)物，當(dāng)銹蝕或硬結(jié)物較厚時，會掩蓋紋飾。導(dǎo)致修復(fù)人員的肉眼無法分辨紋飾和銹蝕，通過X射線成像，我們可以指導(dǎo)修復(fù)工作中去除銹蝕時避免傷害紋飾信息。

圖九、圖一○顯示三鳥形鈕蓋鼎器身紋飾被銹蝕和土垢覆蓋，在修復(fù)前通過X射線成像可以幫助修復(fù)人員辨識銹蝕和紋飾。

圖七　簋底部模糊銘文處

圖八　簋底部銘文處X射線成像

圖九　三鳥形鈕蓋鼎

圖一○　紋飾處X射線成像

四、X射線成像在青銅器保存狀況中應(yīng)用

X射線成像在保護(hù)修復(fù)前對青銅器的保存現(xiàn)狀調(diào)查如腐蝕情況分析，修復(fù)情況的分析，青銅器指紋檔案的建立等工作中發(fā)揮重要作用。

（一）腐蝕情況

青銅的腐蝕情況比較復(fù)雜，同一件器物上的不同部位由于埋藏環(huán)境的不同，導(dǎo)致其腐蝕礦化程度不同。通過X射線成像可以加以鑒別。由于腐蝕情況不同，通過X射線影像的表現(xiàn)形式也不一樣。根據(jù)檢測結(jié)果，主要表現(xiàn)形式有以下幾種：

1.基體不均勻腐蝕礦化

部分看上去表面狀況良好的青銅器其基體的不均勻腐蝕會出乎意料的嚴(yán)重。有些鼎底的厚度比較均勻，也無顯著的局部腐蝕現(xiàn)象，但從X射線影像中，可以看到多個不同的灰度層次，即亮區(qū)、略暗區(qū)、暗區(qū)，部分深色暗區(qū)帶有散布的白色斑點(diǎn)，見圖一一甑的器身成像亮區(qū)說明該部分腐蝕嚴(yán)重，暗區(qū)說明基體的腐蝕礦化程度較低。

2.點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是指銅器上某一局部出現(xiàn)的圓形或橢圓形坑狀腐蝕，坑的中部較深，邊緣漸淺，大小不一，在影像中沒有清晰的邊界，其成因通常認(rèn)為與氯離子的作用有關(guān)（圖一二）。

3.縫隙腐蝕

縫隙腐蝕的主要特征是腐蝕沿著縫隙或者暗裂隙方向發(fā)展較為迅速（圖一三、圖一四）。

圖一一　甑的器身X射線成像

圖一二　素面鼎器身點(diǎn)蝕X射線成像

圖一三　蟠虺紋豆器蓋

圖一四　器蓋X射線成像

圖一五　銅鼎暗裂紋

4.暗裂紋

暗裂紋是指肉眼難以直接觀察到的裂隙。如圖一五為銅鼎通過X射線成像發(fā)現(xiàn)肉眼無法看到的暗裂紋。

（二）X射線成像記錄修復(fù)情況

1.青銅器焊接、粘接修復(fù)

錫焊是中國青銅器傳統(tǒng)修復(fù)工藝中將碎片連接起來的一種重要方法。具體焊接方式有連續(xù)焊、點(diǎn)焊、加芯焊等若干種。焊錫的主要成分為金屬錫，錫的原子序數(shù)為50，大于銅的原子序數(shù)29，故焊錫對X射線的吸收能力強(qiáng)于銅，所以其在X射線實(shí)時成像中呈暗區(qū)。膠接區(qū)屬于非金屬縫隙，因此呈亮區(qū)。

連續(xù)焊是沿著青銅器原有的裂隙或者斷裂方向進(jìn)行焊接操作，故而焊縫的走向并不規(guī)整，在X射線片中表現(xiàn)為不規(guī)則的暗色條帶（圖一六）。

（1）點(diǎn)焊

點(diǎn)焊部位受力集中，連接并不可靠，因此一般僅用于定型。在X射線實(shí)時成像圖的白色裂隙上的暗點(diǎn)形狀即為點(diǎn)焊（圖一七）。

（2）銀錠扣焊接

特殊形式的點(diǎn)焊，在X射線成像上可以清楚看到燕尾形的榫接（圖一八）。

（3）粘接

相對于焊接，使用樹脂粘接青銅器，對文物本體的破壞相對較小。粘接具有良好的可逆性和可再操作性，是目前提倡的一類使用方法，其缺點(diǎn)是操作上復(fù)雜，且強(qiáng)度低。用于青銅器粘接的樹脂種類非常多，本次修復(fù)使用雙組份環(huán)氧樹脂，相對于青銅來說，其對X射線的吸收非常弱，通常在片中表現(xiàn)為亮區(qū)。

2.青銅器補(bǔ)配

補(bǔ)配是指使用金屬或者樹脂材料修補(bǔ)青銅器上缺損的部位?？捎糜谇嚆~器補(bǔ)配的材料甚多，本次修復(fù)中使用的主要有：鑄銅、環(huán)氧樹脂、銅皮。

圖一六　連續(xù)焊

圖一七　點(diǎn)焊和膠粘

圖一八　銀錠扣焊接

圖一九　鑄銅補(bǔ)配

圖二○　環(huán)氧樹脂補(bǔ)配

圖二一　銅皮補(bǔ)配

（1）鑄銅

本次修復(fù)中的鑄銅補(bǔ)配要求成分與原器物成分基本一致，但由于腐蝕情況的差異，導(dǎo)致補(bǔ)鑄塊與原器物在X射線成像上的不一致。補(bǔ)配塊通過環(huán)氧膠與原器物連接（圖一九）。

（2）環(huán)氧樹脂

樹脂補(bǔ)配在本次修復(fù)中用于缺損不大、受力較小的部位，一些腐蝕礦化嚴(yán)重的青銅器使用樹脂補(bǔ)配也較多（圖二○）。

（3）銅皮補(bǔ)配

銅皮補(bǔ)配的操作簡便，本次修復(fù)中應(yīng)用該方法在一些隱蔽位置，鼎的底部無紋飾處有小面積殘缺，使用銅皮補(bǔ)配（圖二一）。

五、小結(jié)

（一）對青銅器的X射線成像解讀十分關(guān)鍵，首先要對所拍攝文物有一定的了解，其次對文物的結(jié)構(gòu)有一定的了解，最重要是對文物本體物質(zhì)的密度、組成有一定的認(rèn)識。隨著對青銅了解的深度增加，解讀的難度會下降而深度會增加。

（二）X成像技術(shù)在文物研究中優(yōu)缺點(diǎn)并存，最大的優(yōu)點(diǎn)是無損分析，這對珍貴文物的分析檢測是十分重要的。但其存在輻射改變熱釋光數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。所以在分析陶瓷類文物檢測流程中，確保先做熱釋光檢測，再做X射線成像。

（三）在文物研究中X光成像的作用可以幫助了解文物的內(nèi)部（外表不可見）結(jié)構(gòu)，幫助了解文物質(zhì)地的區(qū)別、文物組成材料質(zhì)地的區(qū)別、因腐蝕等因素造成的區(qū)別、文物內(nèi)部破損狀況、文物的修復(fù)狀況、文物的作偽及完善文物檔案。

（四）通過對X射線影像的分析，可以掌握青銅器的保存現(xiàn)狀，為制定科學(xué)、合理的保護(hù)修復(fù)方案提供依據(jù)，有助于對文物進(jìn)行保存現(xiàn)狀研究、從而實(shí)施科學(xué)化的保護(hù)修復(fù)。

隨著文物保護(hù)最小干預(yù)理念的確立、現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的不斷提高，X射線照相技術(shù)以其非破壞性和直觀性等優(yōu)勢，越來越受到文物保護(hù)研究者的青睞。

[1]丁忠明、吳來明、孔凡公《文物保護(hù)科技研究中的X射線照相技術(shù)》，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》2006年第1期，38～46頁。

[2]李衍《工業(yè)射線照相的歷史》，《無損探傷》2002年第5期，1～5頁。

[3]鄭震《工業(yè)用γ射線影像板的金屬增感與色心研究》，《天津理工大學(xué)》2004年。

[4]于群力《X射線照相技術(shù)在文物辨?zhèn)沃械膽?yīng)用個例》，中國化學(xué)會應(yīng)用化學(xué)會學(xué)科委員會《文物保護(hù)與修復(fù)紀(jì)實(shí)——第八屆全國考古與文物保護(hù)（化學(xué)）學(xué)術(shù)會議論文集》，2004年5月。

[5]胡東波、呂淑賢《應(yīng)用X射線成像對晉侯墓地出土青銅器鑄造工藝的研究》，《古代文明（輯刊）》，2013年，55～81頁。

[6]劉煜《圈足上的鏤孔:試論商代青銅器的泥芯撐技術(shù)》，《南方文物》2014年第3期，110～116頁。

（作者工作單位：山西博物院）