一件北票鳥化石的保護與修復(fù)

摘 要 對深圳博物館所藏的一件北票鳥化石進行了病害調(diào)查，其主要病害是化石斷裂為兩部分，且石質(zhì)脆弱。根據(jù)X射線熒光能譜分析、X射線衍射分析、顯微觀察、X射線探傷分析的檢測結(jié)果，并參照文物保護的基本原則，制定了科學(xué)的保護修復(fù)方案，使化石恢復(fù)完整形態(tài)，達到安全保存的目的。

關(guān)鍵詞 化石 病害 檢測分析 保護修復(fù)

0 引言

鳥類化石是研究鳥類起源和進化歷程的最直接證據(jù)[1-2]。1996年，我國遼寧省朝陽市的北票挖掘了中華龍鳥化石，其所在層位低于產(chǎn)孔子鳥的地層，該化石具有的原始特征表明它足以與在德國出土的始祖鳥相提并論[3]。值得注意的是，在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)的中生代鳥類化石的沉積環(huán)境是湖相的火山灰沉積，由于周期性的火山噴發(fā)和河湖的沉積作用，罕見的羽毛及其他皮膚衍生物都被保存為精美的化石。

深圳博物館收藏了一件北票鳥化石。從鳥的骨骼來看，胸骨扁平，尾長，尾翼發(fā)達，羽軸細(xì)長，羽枝纖細(xì)，這些特征符合我國早期鳥類化石的研究成果[4]。這件化石被定為三級文物，為相關(guān)研究提供了重要的實物資料。目前這件化石損壞嚴(yán)重，石質(zhì)脆弱，亟需進行保護修復(fù)。我們參考前人經(jīng)驗，首先分析其病害特征及成分結(jié)構(gòu)，然后借助大量而充分的前期實驗選擇合適的修復(fù)材料[5]，試圖采用機械法，通過專業(yè)的化石修理工作，將古生物的骨骼恢復(fù)真面目。

1 文物科學(xué)分析

1.1 保存現(xiàn)狀調(diào)查

如圖1所示，這件化石整體斷裂為兩個部分，在背面被一條長為21.5 cm的裂縫貫穿，并有大量碎片;化石的表面出現(xiàn)片狀剝落情況，剝落面積為2 cm2;化石的正面覆蓋少量附著物;化石的背面出現(xiàn)輕微表面粉化剝落情況，剝落面積為4 cm2。

1.2 檢測分析結(jié)果

從這件化石上選取4塊樣品。其中，樣品1包含腳部骨頭，樣品2為化石正面的最外層，樣品3為化石內(nèi)層，樣品4為化石背面的最外層。

（1）元素分析。

通過檢測X射線熒光光譜的特征峰，對樣品元素進行定性和半定量分析。實驗儀器為日本Niton公司生產(chǎn)的XL3t 950便攜式X射線熒光能譜分析儀。

由表1可知，這件化石的骨質(zhì)部分包含Si、P、Ca三種元素。骨頭周邊石質(zhì)的主要元素為Al、Si、P、K、Ca、Ti、Fe。化石非骨質(zhì)部分的黑色區(qū)域相比其他區(qū)域，Si含量較低，Ca含量較高。在樣品4背面黑色區(qū)域發(fā)現(xiàn)了V，符合水泥的構(gòu)成，可能曾將水泥用于巖層之間的加固。此外，未檢測出Cl，故無需脫鹽處理。

（2）物相分析。

通過X射線在晶體物質(zhì)中的衍射效應(yīng)，分析樣品的物相和晶體結(jié)構(gòu)。實驗儀器為德國Bruker公司生產(chǎn)的D8 Advance SS X射線衍射儀。

由圖2可知，這件化石的表層物相組成包括二氧化硅（SiO2）、透長石（以K[AlSi3O8]為主）、亞硫酸鈣（CaSO3）、云母（以KAl2[AlSi3O10][OH]2為主），與X射線熒光能譜分析的檢測數(shù)據(jù)相符。其中，透長石和云母均為主要造巖礦物。亞硫酸鈣來源于石頭等自然物，具有還原性，可用作漂白劑、鈣塑板填充料等。此外，未檢測到有機成分，故加固時可用有機試劑，不會影響化石生物信息的提取。

（3）顯微觀察。

通過具有正像立體感的目視儀器，觀察化石骨質(zhì)和周邊石質(zhì)表面的微觀形貌。實驗儀器為德國Leica公司生產(chǎn)的S8APO體視顯微鏡。

由圖3可知，這件化石的骨質(zhì)有細(xì)小裂紋。當(dāng)骨骼化石暴露后，或多或少會發(fā)生破裂，通常沿著骨質(zhì)纖維延伸的方向裂開，需要覆蓋一層清漆作為保護膜[6]。周邊石質(zhì)粗松，并不致密，有較多孔洞，堆砌了灰色、黃色的顆粒物，且有不少溝壑狀紋理，可視為風(fēng)化痕跡。從樣品側(cè)面觀察到化石制作時發(fā)生分層，中間夾雜著一定量的玻璃質(zhì)感顆粒。因此，必須對該化石的骨質(zhì)和石質(zhì)進行加固處理。

（4）X射線探傷分析。

基于X射線的穿透能力，觀察化石骨質(zhì)嵌埋情況以及內(nèi)部是否存在缺陷。實驗儀器為德國YXLON公司生產(chǎn)的MG226/4.5 X射線成像系統(tǒng)。

由圖4可知，化石內(nèi)部有多條縫隙、裂紋，所以修復(fù)操作時要格外小心。從平面視角來看，這件化石的非骨質(zhì)部分成分均勻，X光片上顯示的黑白對比情況主要是由于部分區(qū)域的剝落、殘斷。此外，該北票鳥化石較為完整，內(nèi)部未觀察到包含其他生物的骨頭。

2 修復(fù)材料的篩選

2.1 實驗材料與方法

修復(fù)材料的選擇應(yīng)當(dāng)視用途而定。這件化石出現(xiàn)了風(fēng)化現(xiàn)象，有層狀剝離，整體材質(zhì)比較脆弱，若不施以加固，則會變得更加糟糕。此外，經(jīng)粘接后，即使將所有殘片復(fù)位，仍然存在部分缺損，需進行補配，補配材料的力學(xué)性能要盡量與原基體接近。而對于該化石的裂縫，觀察到狀態(tài)相對穩(wěn)定，因此暫不予處理。

選擇三塊化石碎片進行加固實驗，將AC33-純凈水、PB72-乙酸乙酯、WS-24-純凈水溶液均配制成5%的濃度，測試加固前后的色度值、硬度變化。同時根據(jù)前文檢測結(jié)果制備仿化石樣品，測試三種加固劑在仿化石樣品上的滲透深度，并將三種溶液涂刷在載玻片上制成膜層，觀察耐老化情況。

另選取三種補配材料，分別為石膏、白乳膠與方解石粉（1：3）、塑形膏（丙烯酸樹脂基），制成長條狀試樣，測試固化后的硬度，與加固后的化石進行對比，并對補配材料進行老化性能測試。

本實驗采用日本Konica Minolta公司生產(chǎn)的CR-410色彩色差計測量色度值、上海光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的HBRVU-187.5型布洛維光學(xué)硬度計測量維氏硬度。利用上海博工公司生產(chǎn)的BG/UV-B老化試驗箱開展人工加速老化試驗，根據(jù)深圳博物館預(yù)防性保護項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理后的文物一般放置在庫房或展廳，紫外線強度在5～15 mW/m2之間，因此選取UVB-351型紫外線燈管，模擬經(jīng)窗玻璃過濾后的太陽光紫外部分中的中短波長范圍，設(shè)定輻照度為0.5 W/m2，黑板溫度為35 ℃，輻射時長為532 h，模擬時間約為3年。

2.2 性能測試結(jié)果

由表2可知，三種加固材料對硬度的改變幾乎一致。相對而言，AC33的滲透深度更大，WS-24的抗變色和耐老化性能更卓越。綜合考慮，選擇WS-24作為加固劑。

由表2和表3可知，塑形膏固化后的硬度與加固后的化石本體更接近，耐老化性能表現(xiàn)也不錯。因此，選用該材料進行補配。

3 保護修復(fù)處理

3.1 表面清理

利用軟毛刷和吸塵器清除化石表面的灰塵，個別區(qū)域附著物可用脫脂棉蘸無水乙醇擦拭，也可嘗試用噴砂機進行清理，但必須事先在隱蔽處局部試驗[7]。

3.2 加固

設(shè)法使加固劑浸入化石內(nèi)部，通過化石毛細(xì)孔和裂縫向其內(nèi)部滲透和粘合[8]。將化石平放，用軟毛刷蘸加固劑溶液，多次均勻涂刷在表面，直至加固劑無法繼續(xù)滲透。同時，詳細(xì)記錄加固的試劑、時間和方法，方便后人查閱。

3.3 粘接

選用的膠黏劑為美國Huntsman集團生產(chǎn)的Araldite 2020環(huán)氧樹脂，完全固化時間為24 h。抹膠均勻且薄，防止溢膠。粘接時要在粘接面垂直方向施加壓力，不能出現(xiàn)錯位。操作時利用繃帶及布膠帶，確保粘接面精準(zhǔn)契合。盡量將所有殘片都找準(zhǔn)位置粘接于化石之上。

3.4 補配

塑形膏不必稀釋和調(diào)配，可直接用抹刀將其刮涂在化石殘缺區(qū)域、裂縫，收光壓實，注意遵照標(biāo)本弧度，做到整體協(xié)調(diào)。材料固化后，用手術(shù)刀和打磨機進行整形，再用粗砂紙、細(xì)砂紙依次打磨補配處，直至平潤光滑。打磨時要用宣紙罩住化石基體，防止打磨產(chǎn)生的粉塵粘附在基體表面，甚至進入表面的細(xì)微孔洞中，難以清理。

3.5 隨色

用白乳膠混合方解石粉和礦物顏料，采用刷涂法分多次上色，使之富有層次感，與化石本體的顏色自然過渡。借助色彩色差計，使補配部位的顏色與基體接近，這樣的操作也更有科學(xué)依據(jù)。

3.6 環(huán)境控制

化石表面粗糙，內(nèi)部孔隙率大，吸水性強，故要防止溫濕度的驟變。建議修復(fù)后的保存環(huán)境：溫度控制在20±2 ℃，日波動范圍±5 ℃，相對濕度在50%～55%之間，日波動范圍<5%，可見光強度<300 lux，紫外光強度<20 μW/lm。另外，要配備一個符合其尺寸形狀的囊匣，以避免粉塵造成新的傷害。

4 結(jié)語

如圖5所示，遵循“不改變文物原狀”的保護原則，堅持最小干預(yù)，保持文物真實性、完整性，我們對深圳博物館所藏的一件北票鳥化石實施了有針對性地保護修復(fù)，在清理表面后加固整體，粘接斷裂部位，對缺損部位進行補配和隨色，并定期檢查化石的保存環(huán)境，將搶救性保護與預(yù)防性保護相結(jié)合，取得了顯著的成效。

參考文獻

[1]王少彬，王敏，高偉，等.化石的形成、發(fā)掘及標(biāo)本制作——以鳥類化石為例[J].生物學(xué)通報，2011（3）：7-9.

[2]季強，姬書安.原始祖鳥——中國的始祖鳥類化石[J].中國地質(zhì)，1997（3）：38-41，49.

[3]樊云飛.中國出土早期鳥類化石的研究意義[J].中學(xué)生物學(xué)，2005（1）：1-5.

[4]季強，姬書安.中國最早鳥類化石的發(fā)現(xiàn)及鳥類的起源[J].中國地質(zhì)，1996（10）：30-32.

[5]劉林西.澄城縣出土象牙化石病害機理與加固保護研究[J].考古與文物，2014（6）：100-103.

[6]韓寶鑫.古動物化石的修復(fù)與復(fù)制[J].北方文物，2010（4）：109-110.

[7]李亞名，張訓(xùn)迪，李強.噴砂技術(shù)在化石修復(fù)與保護中的應(yīng)用[C].鄭州：中國古生物學(xué)會第十二次全國會員代表大會暨第29屆學(xué)術(shù)年會，2018.

[8]王萍，王固生，金萍，等.古生物化石——鏟齒象、利齒豬的修復(fù)與保護[C].西安：中國第八屆科技考古學(xué)術(shù)討論會暨全國第九屆考古與文物保護化學(xué)學(xué)術(shù)研討會，2006.

作者簡介：牛飛（1986—），男，副研究館員，主要研究方向為文物保護修復(fù)材料與技術(shù)，E-mail： 443142695@qq.com。