淺談無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在考古現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用

□梁萍 王岳

前言

文物在出土過(guò)程中，由于環(huán)境突變呈快速劣化趨勢(shì)，考古現(xiàn)場(chǎng)獲得的即時(shí)信息往往受到技術(shù)條件、時(shí)間和空間的限制，需要不斷引進(jìn)新的技術(shù)手段來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題[1]。因此，利用現(xiàn)代分析技術(shù)對(duì)考古出土文物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析也是文物保護(hù)過(guò)程中十分重要的一步。

一、適合考古現(xiàn)場(chǎng)的分析技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新的檢測(cè)儀器層出不窮，但常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的文物調(diào)查和分析手段容易割裂文物當(dāng)前狀態(tài)與出土狀態(tài)的聯(lián)系，在實(shí)際工作中存在許多不足。一方面文物一出土，受到周圍環(huán)境突變的影響，文物材料性質(zhì)發(fā)生快速變化，導(dǎo)致原有信息發(fā)生改變或遺失；另一方面，文物的珍貴性也無(wú)法滿足以樣品消耗為代價(jià)的分析要求，文物的特殊屬性決定了即時(shí)、無(wú)損、便攜的調(diào)查和分析方式更適合考古現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)分析[2-6]。

二、考古現(xiàn)場(chǎng)出土文物現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

文物在考古發(fā)掘之前，長(zhǎng)期處在一個(gè)無(wú)光、缺氧、濕度很大甚至長(zhǎng)期浸泡在水中或溫濕度基本不變或變化不大的平衡體系中，發(fā)掘出土后環(huán)境突變，會(huì)使文物受到嚴(yán)重甚至是毀滅性的損害[7]。文物的劣化，是多種因素作用的結(jié)果，尤其是文物出土階段的劣化更是如此。除與文物出土前后的環(huán)境變化密切相關(guān)，也和文物本身的材料性質(zhì)有直接關(guān)系，因此，除了對(duì)文物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急的穩(wěn)定性處理，考量文物的埋藏環(huán)境和認(rèn)識(shí)文物出土?xí)r的材料特征也是綜合研究病害產(chǎn)生原因的前提，對(duì)文物保護(hù)有重要的意義。

三、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在考古現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

1.埋藏環(huán)境

文物在出土之前，已與埋藏環(huán)境建立了平衡體系，考古發(fā)掘時(shí)平衡體系被打破，勢(shì)必造成文物的劣化，主要影響因素如下：

（1）含水量

水是影響出土文物劣化的重要因素之一。出土漆木器、象牙和骨質(zhì)文物失水后，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的收縮、彎曲甚至斷裂；紙張、羊皮紙、皮革和紡織品，在失水情況下會(huì)發(fā)生脆化現(xiàn)象，失去韌性導(dǎo)致纖維的斷裂；水分也是金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的主要因素之一。與之相反，在含水率較高的條件下，文物表面及周邊環(huán)境濕度較大，適宜霉菌和真菌的生長(zhǎng)，可能造成生物病害的發(fā)生。大部分文物的保存狀態(tài)與其自身含水率或埋藏環(huán)境中的水分有直接關(guān)系，吸收水會(huì)發(fā)生膨脹，反之會(huì)發(fā)生收縮，這個(gè)過(guò)程材料的性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大變化。

（2）溫度

溫度對(duì)文物的影響是指通過(guò)文物分子之間的相互轉(zhuǎn)變和一定的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致文物狀態(tài)出現(xiàn)變化的現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為溫度過(guò)高時(shí)，加速了各種物理化學(xué)變化，從而加速了文物的劣化；溫度過(guò)低也會(huì)造成文物的收縮變形等。而溫度的忽高忽低，如冷氣狀態(tài)和平常溫度狀態(tài)切換過(guò)快，會(huì)引起不同材料之間的熱脹冷縮現(xiàn)象，致使文物衰變。

（3）含氧量

氧氣對(duì)脆弱質(zhì)文物的氧化蝕變和微生物的生長(zhǎng)起著非常關(guān)鍵的作用。氧氣是氧化反應(yīng)產(chǎn)生的主要條件，氧化作用造成文物材料的劣化現(xiàn)象，在金屬質(zhì)和有機(jī)質(zhì)文物上表現(xiàn)得最為明顯，氧氣也是微生物產(chǎn)生的重要條件，有機(jī)質(zhì)文物受微生物劣化的影響最為明顯，表現(xiàn)為霉變、腐爛、腐朽等劣化現(xiàn)象。

（4）易溶鹽

相對(duì)濕度較高的條件下，易溶鹽會(huì)吸收空氣中的水分溶解，相對(duì)濕度降低時(shí)重新結(jié)晶。易溶鹽結(jié)晶發(fā)生在文物內(nèi)部的孔隙中，結(jié)晶作用會(huì)嚴(yán)重影響文物材料的強(qiáng)度，鹽結(jié)晶聚集于文物表面時(shí)，會(huì)對(duì)文物的表面造成損傷。

（5）PH值

酸度對(duì)地下文物的影響很大，如蛋白質(zhì)容易受堿性的影響，而纖維素則容易受酸性的影響。一般來(lái)說(shuō)土壤腐蝕速度隨著pH值的降低而增大，土壤酸度對(duì)有機(jī)質(zhì)文物和鐵質(zhì)文物的影響較大[8]。

（6）光照

光照會(huì)對(duì)文物造成嚴(yán)重的、不可挽回的損害。在考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)，原本處于黑暗環(huán)境中的文物遭到太陽(yáng)光的照射，陽(yáng)光中的紫外線可能對(duì)文物造成較大的損傷。有機(jī)質(zhì)類文物對(duì)光很敏感，如果過(guò)多的暴露在光照條件下，會(huì)引起褪色和結(jié)構(gòu)性損傷，而彩繪類文物在光照條件下也會(huì)引起褪色和變色現(xiàn)象，因此，考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行光強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)工作，并做好應(yīng)急處理預(yù)案[9]。

總之，考古現(xiàn)場(chǎng)中文物的埋藏環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的信息尤為重要，需要及時(shí)記錄保存，不同檢測(cè)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)總結(jié)如下：

檢測(cè)內(nèi)容 檢測(cè)儀器 對(duì)文物的影響 檢測(cè)對(duì)象溫濕度 便攜溫濕度計(jì) 引起文物熱脹冷縮、濕漲干縮，易霉變，金屬易銹蝕 周圍空氣光照 照度儀、紫外輻照儀 光照中的紫外線會(huì)引起文物的褪色、變色或結(jié)構(gòu)性損傷 周圍空氣含水率 紅外水分測(cè)定儀 引起文物膨脹收縮，易霉變，金屬易銹蝕 埋藏土壤可溶鹽 便攜式離子色譜儀 易溶鹽結(jié)晶會(huì)影響文物材料強(qiáng)度，金屬易腐蝕 埋藏土壤微生物 便攜式顯微鏡 霉變、腐爛、腐朽 埋藏土壤酸度 PH計(jì) 土壤腐蝕隨PH值的降低而增大 周圍空氣、埋藏土壤

2.文物本體

現(xiàn)場(chǎng)出土文物要求調(diào)查分析方法原位、無(wú)損，同時(shí)要保證分析的時(shí)效性。我國(guó)文物類型多樣，文物本體的材料組成也非常豐富，為基本滿足對(duì)文物本體的科學(xué)認(rèn)知，需要從不同角度、運(yùn)用多種方法綜合分析文物形貌、元素特征、成分組成等信息。

目前，文物無(wú)損分析技術(shù)在考古現(xiàn)場(chǎng)主要用于文物的成分分析、微觀形貌、結(jié)構(gòu)、影像等方面，常用檢測(cè)分析方法歸納如下：

檢測(cè)內(nèi)容元素成分分析物相形貌物理特性分析 結(jié)構(gòu)色差其他檢測(cè)方法便攜X射線熒光光譜便攜紅外光譜、便攜拉曼光譜、高光譜、多光譜便攜式顯微鏡超聲波探傷儀、紅外熱像、探地雷達(dá)、X探傷、CT掃描便攜色差儀多光譜檢測(cè)目的 檢測(cè)對(duì)象用于檢查文物的元素組成，從元素特征上區(qū)分材質(zhì)。用于檢測(cè)文物的材料組成，獲得更為準(zhǔn)確的文物材質(zhì)信息。用于文物微觀形貌的觀察和記錄，間或反應(yīng)文物病害特征。用于調(diào)查文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)獲得的圖像解讀文物材料結(jié)構(gòu)、制作工藝和病害特征等信息。用于對(duì)物體的色度進(jìn)行測(cè)量針對(duì)有機(jī)質(zhì)明顯的熒光反應(yīng)文物本體

（1）文物的物相分析

所謂物相分析是指對(duì)物質(zhì)中各組成成分存在的狀態(tài)、形態(tài)、價(jià)態(tài)進(jìn)行確定的分析方法。以顯微激光拉曼為例，馮澤陽(yáng)等[10]對(duì)2000年以來(lái)拉曼光譜在考古中的應(yīng)用進(jìn)行了分類總結(jié)，這一技術(shù)在考古領(lǐng)域的使用為文物的年代推斷、真?zhèn)舞b定、產(chǎn)地判別、保護(hù)修復(fù)等都提供了科學(xué)依據(jù)。

（2）文物的元素組成分析

化學(xué)組成分析是指對(duì)樣品中所含元素種類及含量進(jìn)行的一種定性和定量分析。文物研究中一方面要分析文物成分確定其材質(zhì)，另一方面在分析文物材料損壞的過(guò)程和探討機(jī)理時(shí)也要了解其質(zhì)變產(chǎn)物的成分，最后對(duì)于保護(hù)效果的評(píng)價(jià)也需要通過(guò)成分的變化與否來(lái)判斷。

以X射線熒光光譜為例，Kim等[11]對(duì)第19世紀(jì)韓國(guó)黃龍寺繪畫樣品的顏料進(jìn)行了X射線熒光分析，通過(guò)各個(gè)顏色的特征元素指向相應(yīng)的礦料來(lái)源。

（3）文物表面形貌觀察和顯微分析

在文物的結(jié)構(gòu)和工藝研究中，顯微結(jié)構(gòu)分析是一種不可或缺的方法和手段，可使人們直觀、細(xì)微地觀察文物表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。超景深顯微鏡是目前光學(xué)顯微鏡中性能最為優(yōu)越的一種顯微分析手段，主要優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)基于景深的非接觸三維測(cè)量，無(wú)需制樣，對(duì)樣品大小也無(wú)要求，可用于各類文物的立體形貌觀察與記錄。

（4）文物內(nèi)部和表面的影像分析

在文物研究和修復(fù)保護(hù)中，需要透過(guò)表面觀察文物內(nèi)部或表面的影像信息，越來(lái)越多的現(xiàn)代工業(yè)手段被引入文物的觀察環(huán)節(jié)。2004年，馬振智，[12]等人采用工業(yè)CT對(duì)陜西歷史博物館館藏古代棘輪進(jìn)行了分析。2009年，楊益民采用顯微CT技術(shù)對(duì)古代石質(zhì)文物鉆孔技術(shù)進(jìn)行了研究[13]。

四、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題

無(wú)損檢測(cè)分析以其無(wú)損或低損傷，針對(duì)文物埋藏環(huán)境及文物本體在考古現(xiàn)場(chǎng)的研究有著極大的優(yōu)勢(shì)，但仍存在其自身的局限性及有待改進(jìn)的問(wèn)題。

1.儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性問(wèn)題

很多無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是以縮小探頭的檢測(cè)范圍或者樣品用量為前提來(lái)成就儀器的便攜性能的，會(huì)導(dǎo)致儀器的精準(zhǔn)性降低。

2.專用數(shù)據(jù)庫(kù)欠缺

考古現(xiàn)場(chǎng)文物組成相對(duì)復(fù)雜，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)前的樣品處理過(guò)程，所以針對(duì)便攜式儀器檢測(cè)專用的校準(zhǔn)及其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面仍要進(jìn)行大量基礎(chǔ)研究工作。

3.后期數(shù)據(jù)整理及其信息應(yīng)用方面

無(wú)損分析技術(shù)對(duì)于諸多儀器采集提供的信息，如何科學(xué)規(guī)范的抽提可靠信息，指導(dǎo)文物保護(hù)實(shí)踐工作，還需不斷完善相關(guān)技術(shù)規(guī)范與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

[1]于宗仁《文物保護(hù)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室功能構(gòu)建及其綜合分析方法應(yīng)用》，蘭州：蘭州大學(xué)，2017年。

[2]羅曦蕓、葉菲、吳來(lái)明等《便攜式拉曼光譜用于文物及文物保護(hù)材料光老化作用的快速評(píng)價(jià)》，《文物保護(hù)與保存科學(xué)》2010年第9期，2046～2048頁(yè)。

[3]王麗琴、黨高潮、趙靜《光導(dǎo)纖維反射光譜技術(shù)在彩繪文物顏料無(wú)損分析鑒定中的應(yīng)用》，《光譜學(xué)與光譜分析》2008年第 8期，1722～1726頁(yè)。

[4]徐文娟《無(wú)損光譜技術(shù)在紙質(zhì)文物分析中的應(yīng)用研究進(jìn)展》，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》2012年增刊1，41～44頁(yè)。

[5]韓煒師、王麗琴《光譜分析技術(shù)在彩繪文物顏料分析中的應(yīng)用》，《文物保護(hù)與保存科學(xué)》2012年第12期，3394～3398 頁(yè)。

[6]魏璐、王麗琴、周鐵等《無(wú)損光譜技術(shù)在彩繪陶質(zhì)文物分析中的應(yīng)用進(jìn)展》，《文物保護(hù)與保存科學(xué)》2012年第 2期，481～486頁(yè)。

[7]M C Ganorkar,based artifaets[J].V P Rao,P Gayathri,et al.AStudies in Conservation,1988,novel Method for conservation of copper-33:97-101.

[8]于群力、楊秋穎《文物病害與保存環(huán)境》，《文博》2005年第 1期，24～27頁(yè)。

[9]Fergus Read,羅曉東《光照對(duì)文物的影響以及預(yù)防性保護(hù)》，《藝術(shù)市場(chǎng)》2009年第 6期，56～59頁(yè)。

[10]FEND Ze-yang,ZHANU Wei-hong,ZHENU Ying,et al(馮澤陽(yáng)，張衛(wèi)紅，鄭穎等).The Journal of Light Scattering(光散射學(xué)報(bào)).2016，28[C]:27.

[11]Kim Minjung,Lee Jihye,Doh Jung-Mann,et al.Surface and Interlace Analysis,2016，48.409.

[12]馬振智、張健、楊軍昌《陜西歷史博物館藏古代棘輪的工業(yè)CT檢查與分析》，《考古與文物》2004年第3期。

[13]YIMINYANG,MINYANG,YAOTINGXIE,Application of Micro-CT.A New Method for Stone Drilling Re-search[J].MICROSCOPY RESEARCH AND TECHNIQUE 72:343-346(2009).