珊瑚島一號沉船遺址石質(zhì)文物清理技術(shù)探討

□ 王昊 萬鑫 張治國 席光蘭

序言

珊瑚島位于中國西沙群島永樂環(huán)礁的西北部，清末宣統(tǒng)元年（1909年）李準(zhǔn)巡海時發(fā)現(xiàn)此處珊瑚極多，因此名之珊瑚島。最早在上世紀(jì)70年代，漁民在其附近海域發(fā)現(xiàn)有石質(zhì)文物，1996年西沙水下普查時發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了該水下遺址，命名為珊瑚島一號沉船遺址。2015年，國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心與海南省文物局聯(lián)合對其進(jìn)行正式的水下考古發(fā)掘。

珊瑚島一號沉船遺址以石質(zhì)文物和瓷器碎片為主要堆積，石質(zhì)文物包括建筑構(gòu)件、石像和生活用具三類，這些文物為研究古人在南海海域的生產(chǎn)、生活等社會活動提供了實物依據(jù)。從珊瑚島一號沉船遺址的文物類型、價值、水深、水質(zhì)及現(xiàn)有旅游基礎(chǔ)條件等多方面因素來看，該遺址具有良好的水下原址保護(hù)與展示利用的條件，有必要對其進(jìn)行科學(xué)的保護(hù)，充分揭示、展示文物價值，然而由于長期埋藏于海洋環(huán)境當(dāng)中，石質(zhì)文物表面多被各類海洋凝結(jié)物和海洋生物所包裹，有些文物被珊瑚砂掩埋而只露出少許，對于遺址保護(hù)和利用的首要任務(wù)則是遺址水下石質(zhì)文物污染物病害研究及清理保護(hù)工作。

一、石質(zhì)文物保存狀況調(diào)研

珊瑚島一號沉船遺址發(fā)現(xiàn)的石質(zhì)文物共274件，主要為石質(zhì)建筑構(gòu)件，有255件；另有石像10件、石質(zhì)生活用具9件。這批石質(zhì)文物在石材、規(guī)格、雕刻技藝、造型、裝飾風(fēng)格及功用上都非常相近，其中建筑構(gòu)件里的雕花石板、雕花圓形石柱等文物，根據(jù)其紋飾形制等信息可判定制作時代為清晚期；石像的衣著紋飾等雖為明代人物風(fēng)格，但此類雕像的制作一直延續(xù)至清晚期，而文物所用石材相近，因此可將文物的制作時代定為清晚期[1]。

這些石質(zhì)文物在珊瑚島一號沉船遺址東西寬50米、南北長142米的范圍內(nèi)皆有發(fā)現(xiàn)。大部分遺物分布在珊瑚島東北部礁盤的北部，東北部礁盤的南部僅發(fā)現(xiàn)11件石質(zhì)類文物及少量散落瓷片。礁盤南部的11件石質(zhì)類文物呈南北向線性分布，延伸分布長度達(dá)12米，主要有石板和石條二類。東北部礁盤北部的石質(zhì)類文物散落面積較大，主要集中分布于二條東北—西南向的沖溝內(nèi)和沖溝之間的海床表面，沖溝內(nèi)多為石板、石條、石像，而沖溝之間的海床表面多為石板、石條、石像、石柱等。

圖一 水下石質(zhì)文物疊壓堆積情況

表1 珊瑚島一號沉船遺址石質(zhì)文物狀況

表2 珊瑚島海域水質(zhì)檢測離子濃度

根據(jù)遺址水下石質(zhì)文物保存現(xiàn)狀調(diào)查的統(tǒng)計，這批石質(zhì)文物的分布在珊瑚礁的海床和沖溝當(dāng)中各占一半，其中有三分之一的石質(zhì)文物存在疊壓情況（圖一），會對文物清理工作造成一定的影響。石質(zhì)文物表面污染物主要為海洋生物污損、鈣質(zhì)沉積物和海洋藻類等生物造成的色斑污染，數(shù)量上看，幾乎所有的石質(zhì)文物表面都覆蓋有鈣質(zhì)沉積物和色斑污染，有超過100件的文物表面生長有珊瑚為主的海洋生物。

二、埋藏環(huán)境與污染物病害

1.珊瑚島一號沉船遺址環(huán)境概況

珊瑚島一號沉船遺址海底為板結(jié)較硬的珊瑚和珊瑚砂，有少量低矮的礁石，海床高低起伏不平，水深不一。遺址生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境pH值為8.10，鹽度為3.58×104mg/L，溶解氧含量為7.8mg/L。以μg/L 為單位檢測沉積物，其中 Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As均未檢出，表明珊瑚島一號沉船遺址沉積物質(zhì)量良好，是健康狀況非常好的生態(tài)系統(tǒng)。

圖二 文物表面生長的各類珊瑚

在遺址內(nèi)共調(diào)查到珊瑚種類13種，包括疣狀杯形珊瑚（Pocillopora verrucosa）、多曲杯形珊瑚（P.meadrina）、鹿角珊瑚（Acropora）、巨錐鹿角珊瑚（A.monticolusa）、多孔鹿角珊瑚（A.millipora）、簡單鹿角珊瑚（A.austera）、細(xì)枝鹿角珊瑚（Acropora cerealis）、橙黃濱珊瑚（Porites lutea）、板狀多孔螅（Millopora）、角蜂巢珊瑚（Favites sp.）、黃廯蜂巢珊瑚（Favia favus）、秘密角蜂巢珊瑚（Favites abdita）和菊花珊瑚（Montastrea sp.），均為國家二級保護(hù)野生動物。在科級組成中鹿角珊瑚科和蜂巢珊瑚科為科級優(yōu)勢類群[2]。然而人為干擾，導(dǎo)致不同海域珊瑚生態(tài)系統(tǒng)正在退化，近岸工程、過度捕撈、長棘海星侵蝕、采挖珊瑚、炸魚、排放污水污物等，多種原因?qū)е律汉髅媾R退化趨勢，過度潛水旅游觀光也會對珊瑚及其生態(tài)環(huán)境造成影響[3]。

整個沉船遺址分布范圍內(nèi)最大水深為4米，最淺為1米。在人為干擾較小，透明度較好海域，6米水深的光照強(qiáng)度、波能、水溫等各種環(huán)境因子的綜合結(jié)果較合適珊瑚生長。平均氣候下2米水深左右，波浪作用較激烈，在熱帶氣候或強(qiáng)寒潮的影響下，5米水深以下，波浪作用激烈，水深6米則波浪作用減弱[4]。因此，珊瑚島一號沉船遺址水深1～4米，受到波浪作用較激烈，會抑制珊瑚的迅速生長，遺址東北-西南向有多條沖溝，沖溝最深處約4米，沖擊力較強(qiáng)，沖溝內(nèi)文物上較少有珊瑚生長。遺址中石質(zhì)文物上生長的部分珊瑚生物已經(jīng)死亡，文物上可見碳酸鹽沉積。沉積物主要由珊瑚骨架和內(nèi)源性沉積物（endogenous sediments）構(gòu)成，以生物成因的碳酸鹽沉積為主[5]。

圖三 珊瑚島一號沉船遺址中的巨錐鹿角珊瑚等各類珊瑚

表3 石質(zhì)文物表面污染物的物相組成（wt%）

2.污染物病害分析

2015年西沙水下考古工作隊在打撈發(fā)掘工作中，打撈出包括7尊石像在內(nèi)的37件石質(zhì)文物，文物現(xiàn)保存于海南省博物館和中國（海南）南海博物館。對文物所用石材的分析主要通過偏光顯微鏡來完成，其石材類型主要為兩類，一類為青色的輝綠輝長巖，主要礦物構(gòu)成是斜長石、輝石、閃石類、云母、鐵質(zhì)不透明物；另一類為白色的花崗巖，主要礦物構(gòu)成是斜長石、堿性長石、石英[6]。

對表面鈣質(zhì)沉積物使用X射線衍射儀（XRD）進(jìn)行定性分析，所用儀器型號為Rigaku D/max 2200。對出水文物表面白色疑似海洋鈣質(zhì)沉積物進(jìn)行分析，其結(jié)果為碳酸鈣，該類沉積物覆蓋于文物表層，與石材結(jié)合比較緊密。文物表面的紅褐色附著物以及疑似生物殘骸的黑色附著物，分析結(jié)果則為石英。

另外，對文物表面硬質(zhì)的結(jié)垢物進(jìn)行定量X射線衍射（XRD）分析確定其化學(xué)組成，使用的儀器為Rigaku D/max 12kW粉末衍射儀。結(jié)果顯示，結(jié)垢物主要為白云石（(Ca,Mg)CO3）和文石（CaCO3）不同比例的混合物[7]。由于白云石（摩氏硬度為3-4）和文石的硬度（摩爾硬度為3）不同，所以不同比例的結(jié)垢物硬度也會有所不同。在水下進(jìn)行結(jié)垢物清除時，也需要注意根據(jù)其硬度來選擇合適的清洗技術(shù)和工具。

三、污染物清洗理念探討

沉沒于海洋的各類文物都容易受到海洋動物和植物有機(jī)體腐蝕的影響，從珊瑚島一號沉船遺址石質(zhì)文物的調(diào)研結(jié)果可見，超過三分之一的石質(zhì)文物表面已經(jīng)生長有珊瑚等海洋生物（圖二），且部分文物已經(jīng)被珊瑚礁所掩埋，幾乎所有的石質(zhì)文物表面都覆蓋有鈣質(zhì)沉積物。對這些石質(zhì)文物表面的沉積物進(jìn)行適當(dāng)?shù)那逑刺幚?，不僅有助于控制文物表面污損生物的生長速度，也能夠重新展現(xiàn)污染物所掩蓋的紋飾等信息以供研究和展示。

珊瑚島一號沉船遺址內(nèi)的海洋生物主要為鹿角珊瑚屬、杯形珊瑚屬等各類珊瑚（圖三），團(tuán)扇藻屬等藻類（圖四），以及與珊瑚和海洋生物共生的鏈格孢菌等菌類。這些種類的珊瑚均在《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》（CITES）的附錄II中，在我國已列為國家二級保護(hù)動物，且根據(jù)2017年1月1日開始實施的《海南省珊瑚礁和硨磲保護(hù)規(guī)定》，在實施遺址內(nèi)石質(zhì)文物清洗工作時，需要注意避免對珊瑚和環(huán)境造成破壞。對于水下石質(zhì)文物表面所覆蓋的已經(jīng)死亡的珊瑚骨架及沉積物，如覆蓋了文物的重要紋飾等，對文物的研究價值和藝術(shù)價值造成影響的，應(yīng)對其進(jìn)行清除；而對于剛剛死亡的珊瑚軀體，如果其本身便具有可供觀賞的藝術(shù)價值，且不影響文物研究和展示的，則應(yīng)予以保留。

珊瑚島海域的生態(tài)環(huán)境很好，非常適于珊瑚的生長且速度也較快。雖然該遺址的時代為清晚期，文物沉沒于礁盤內(nèi)時間尚不算久遠(yuǎn)，但是已有部分大型的石質(zhì)建筑構(gòu)件被逐年生長的珊瑚礁所覆蓋。如不能對文物受到海洋生物影響的狀態(tài)有所控制，很快便會有更多的文物將被掩沒于珊瑚礁當(dāng)中。根據(jù)海洋生物污損發(fā)生的特點：第一階段為分子污損，基膜形成，主要為細(xì)菌、硅藻、真菌、原生動物等微生物的黏液層；第二階段為大型藻類、藤壺、龍介蟲等生物體；第三階段為貽貝、海鞘等生物體。有研究認(rèn)為特定的大型生物體只有在基膜存在的情況下才會在表面定居下來。國外在石質(zhì)文物于海洋環(huán)境中所受影響的實驗中還發(fā)現(xiàn)，自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物引起的微生物腐蝕也在逐漸破壞石材并促進(jìn)了其它海洋污損生物的腐蝕作用，而且藻類及微生物形成的色斑很大程度上影響了文物的藝術(shù)價值，且會形成難以去除的鈣化藻，所以需要盡可能地清洗去除此類污染物。

圖四 表面覆蓋的藻類污染物

四、石質(zhì)文物水下清洗技術(shù)探討

水下石質(zhì)文物的清洗保護(hù)，不同于實驗室的文物保護(hù)工作。不僅要本著“最小干預(yù)”的文物保護(hù)原則，不能對文物造成破壞且不留下潛在危害，還要考慮海洋環(huán)境的特殊性，保護(hù)工作不能對海洋自然生態(tài)環(huán)境造成影響。

珊瑚島一號沉船遺址位于珊瑚島附近的礁盤之上，石質(zhì)文物散落范圍較廣。由于所處環(huán)境及保存狀況各不相同，存在著疊壓等情況，所以很難做到對所有水下文物全部實施清洗保護(hù)。對石質(zhì)文物表面凝結(jié)物的清洗（圖五），主要以機(jī)械清洗為主。對于大塊的凝結(jié)物，可先使用鑿刀、鐵錘等工具去除凝結(jié)物的主體，如遇到過于堅硬且體積較大的凝結(jié)物，使用手工工具難以去除，則可借助于水下氣動工具，如使用氣動沖擊鉆。氣動沖擊鉆只需單獨連接氣瓶即可使用，較易攜帶至水下，但要在本體保存較好、石材基體堅固的文物上使用。由于沖擊鉆在工作過程中會產(chǎn)生較大震動，還需注意應(yīng)用的文物要牢固臥于沖溝或海床表面，不會因震動而造成新的損傷。

剩余小塊的凝結(jié)物，可使用鑿刀、鋼絲刷等工具手工清除，或使用水下液壓動力工具及電動工具等設(shè)備進(jìn)行清除。

國內(nèi)水下進(jìn)行清理施工所使用設(shè)備主要有高壓水槍、空化射流槍和液壓打磨機(jī)。高壓水槍槍身一般超過1.5米，重量超過15千克，運行時的噴射壓力通常在 10000～20000psi（約 70～140MPa），易對文物本體造成損傷，且施工期間的高壓水對潛水員有致命的風(fēng)險，不建議在水下文物清洗工作中使用。

空化射流是一種新型的水下清洗技術(shù)，該設(shè)備施工時壓力相對較低，潛水員施工時的安全性較好，其起始壓力僅4.1～6.2MPa，最高不超過16MPa，相比高壓水槍也更為節(jié)能。該技術(shù)通過控制壓力、流速等參數(shù)使水流束經(jīng)過空化噴嘴時產(chǎn)生大量的空化泡，利用空化泡在材料表面的狹小區(qū)域內(nèi)潰滅產(chǎn)生高達(dá)140～170MPa的微射流沖擊，可達(dá)到清理石材表面藻類等附著物和污垢層的目的。

國內(nèi)最常使用的水下清理設(shè)備則是液壓打磨機(jī)，在使用該設(shè)備對水下石質(zhì)文物進(jìn)行清洗工作時，需要注意根據(jù)文物本體情況及污染物情況，設(shè)定合適的參數(shù)，包括液壓動力大小、機(jī)頭轉(zhuǎn)速和鋼絲刷硬度等。國外近些年開發(fā)了部分水下文物保護(hù)使用的電動工具，意大利高等保護(hù)和修復(fù)研究所ISCR（Istituto Superiore per la Conservazione ed il Restauro）在巴亞古城（Baiae）水下遺址保護(hù)的CoMAS合作保護(hù)項目中，合作開發(fā)了水下遺址保護(hù)工作可用的清潔和修復(fù)電動工具、能夠防止生物污垢形成的新型防護(hù)材料、適用于現(xiàn)場定期維護(hù)的ROV清潔工具，以及光電三維成像系統(tǒng)等（參考Barbara Davidde在2017年首屆海上絲路文明與文化遺產(chǎn)保護(hù)論壇上所作報告《面向未來的水下保護(hù)：新技術(shù)在巴雅水下遺址保護(hù)與加固中的應(yīng)用）。這些多用途工具配備有力量、扭矩和速度傳感器以及數(shù)據(jù)記錄器，以便在清潔操作期間收集定量數(shù)據(jù)。水下文物保護(hù)工作需要精細(xì)操作，研發(fā)和使用此類電動工具也是其未來的發(fā)展方向。

五、結(jié) 語

圖五 文物表面覆蓋的海洋凝結(jié)物

西沙群島是中國最為美麗的海島，其水下文化遺產(chǎn)更是需要我們竭盡全力去守護(hù)。通過水下考古調(diào)查和文物保存狀況的統(tǒng)計，水下石質(zhì)文物的病害主要為鈣質(zhì)沉積物污染和藻類形成的色斑污染，表面海洋凝結(jié)物的主要成分為白云石和文石。目前，國內(nèi)外關(guān)于海洋環(huán)境石質(zhì)文物原址保護(hù)的相關(guān)研究還很少，我們針對遺址的環(huán)境概況探討可行的保護(hù)方案，并對相關(guān)的水下保護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行梳理，以期為我國未來的水下石質(zhì)文物原址清理保護(hù)工作提供些許參考。

[1]鄧啟江、王霽《珊瑚島一號沉船遺址》，《博物院》2018年第 2期，50～60頁。

[2]何曉娜、吳鐘解、陳敏等《海南七洲列島周邊珊瑚分布及其健康狀況評價》，《濕地科學(xué)與管理》2018年第1期，11～15 頁。

[3]吳鐘解、王道儒、涂志剛等《西沙生態(tài)監(jiān)控區(qū)造礁石珊瑚退化原因分析》，《海洋學(xué)報（中文版）》2011年第4期，140～146 頁。

[4]王道儒、李元超、蘭建新、吳鐘解《海南島東海岸長圮海域珊瑚分布與波能的關(guān)系》，《熱帶海洋學(xué)報》2011年第 2期，18～25頁。

[5]沈建偉、楊紅強(qiáng)、王月等《西沙永興島珊瑚礁坪的群落動態(tài)和淺水碳酸鹽沉積特征》，《中國科學(xué)：地球科學(xué)》2014年第 3期，472～487頁。

[6]包春磊、賈世杰、劉愛虹等《西沙群島出水石雕文物結(jié)垢物分析及處理》，《應(yīng)用化工》2017年第 4期，804～808頁。

[7]張治國、劉婕、田興玲等《海洋出水石質(zhì)文物表面凝結(jié)物的清洗技術(shù)研究》，《石材》2013年第12期，38～42頁。