新疆和田達瑪溝佛寺遺址出土壁畫顏料分析

高愚民，楊真真，王麗琴，黃建華，樊再軒，鄺玲華，于志勇

(1. 新疆維吾爾自治區(qū)博物館，新疆烏魯木齊 830000； 2. 西北大學文化遺產(chǎn)學院，陜西西安 710069；3. 秦始皇帝陵博物院，陜西西安 710600； 4. 敦煌研究院保護研究所，甘肅酒泉 736200)

0 引 言

古代和田又稱“于闐”，是我國著名的佛教中心之一，自古便被稱為西天佛國。作為印度佛教傳入我國的必經(jīng)之地，于闐早在公元5世紀初盛行大乘佛教，成為我國大乘佛教的策源地。達瑪溝佛寺遺址發(fā)現(xiàn)于和田地區(qū)策勒縣境內(nèi)，地處塔克拉瑪干沙漠南緣。其中達瑪溝托普魯克墩1號佛寺遺址是我國乃至世界目前發(fā)現(xiàn)的中古時期的最小佛寺，經(jīng)斷代為公元6～7世紀。佛寺為方形像殿佛寺，大多數(shù)佛像雕塑保存較好，佛寺北壁中央坐佛塑像的背光、袈裟式樣和衣紋走勢表現(xiàn)出典型的犍陀羅雕塑藝術(shù)特征，是極其珍貴的佛教雕塑藝術(shù)品；發(fā)現(xiàn)的毗沙門天王像壁畫，為研究這種流傳甚廣的佛教信仰提供了最直接的早期圖像資料[1]。托普魯克墩2號佛寺遺址建造于公元8世紀，是迄今和田地區(qū)發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的回廊像殿，填補了于闐佛教晚期佛寺形制的空白。出土的毗盧遮那佛及千手千眼觀世音殘壁畫說明了密教在于闐的流行，以及和西藏佛教的密切關(guān)系[2]。作為新疆和田南部重要的佛寺遺址，對于研究古代和田地區(qū)的佛教信仰、于闐畫派及中國佛教史等都具有極高的價值。佛寺壁畫殘片長期處于高濕和可溶鹽含量較高的埋藏環(huán)境，殘存在墻面上的壁畫很少，大多壁畫破碎疊壓于遺址地面，保存狀況堪憂。

何林[3]采用Paraloid B72作為地仗層的滲透加固材料，以國產(chǎn)軟木作為過渡層材料，以國產(chǎn)蜂窩鋁型材作為支撐層對達瑪溝1號佛寺出土壁畫進行了修復(fù)保護。樊再軒等[4]針對達瑪溝壁畫的病害實際，開展了修復(fù)試驗并選擇了重新制作輕質(zhì)可移動支撐體的方式修復(fù)3塊帶有典型病害的壁畫。蘇伯民[5]、王玉[6]、周智波[7]等曾對龜茲地區(qū)壁畫制作材料和制作技法進行過研究，除常見礦物顏料外，還發(fā)現(xiàn)了如蟲膠等有機染料的使用[8]。司藝等[9]研究了阿斯塔納墓地出土唐代木質(zhì)彩繪，除常見礦物顏料外，還發(fā)現(xiàn)了靛藍、藤黃等有機染料。但截至目前，未見關(guān)于和田達瑪溝壁畫制作材料及工藝研究的報道。本研究以達瑪溝佛寺遺址出土壁畫殘塊為研究對象，利用體視顯微鏡、偏光顯微鏡、X射線衍射分析、拉曼光譜分析等方法對壁畫成分及結(jié)構(gòu)進行了分析。本研究豐富了新疆和田地區(qū)壁畫顏料的分析研究，為絲綢之路石窟壁畫材質(zhì)工藝研究、后續(xù)保護修復(fù)材料及工藝選擇提供科學依據(jù)。

1 樣品與實驗

1.1 實驗樣品

實驗樣品出土于達瑪溝托普魯克墩1號佛寺遺址，為6塊無法拼對修復(fù)的，帶有典型顏色的壁畫殘塊。分別編號為藍色(1#)、綠色(2#)、白色(3#)、紅色(4#)、褐色(5#)、赭黃色(6#)(圖1)。

圖1 壁畫樣品照片F(xiàn)ig.1 Samples of wall paintings

1.2 儀器及實驗條件

1) Stemi 2000-C型體視顯微鏡(德國蔡司公司)用于壁畫樣品形貌觀察。放大倍數(shù)1.95～200，冷光源8 V，20 W，最大工作距離286 mm。

2) XL3t手持式X熒光光譜分析儀(美國尼通公司)用于顏料組成元素分析。使用X射線激發(fā)Ag靶，分辨率小于190 eV，激發(fā)能量50 kV/40 μA，檢測時間30 s，采用礦土模式。

3) Smart LAB X射線衍射儀(日本理學株式會社)用于顏料結(jié)構(gòu)分析。Cu靶，狹縫DS=SS=1°，RS=0.15 mm，電壓40 kV，電流40 mA。測量時樣品水平放置不動，避免樣品掉落，防止樣品轉(zhuǎn)動帶來的應(yīng)力變化。

4) Invia拉曼光譜分析儀(英國雷尼紹公司)配有Leica顯微鏡，用于顏料結(jié)構(gòu)分析。采用氬離子激光器，激發(fā)光波長514 nm，物鏡放大倍數(shù)100倍，信息采集時間10 s，累加次數(shù)5次，功率5%。在體視顯微鏡下挑取粉末樣品放在載玻片上直接分析。

5) Leica DMLSP偏光顯微鏡(德國萊卡公司)用于顏料結(jié)構(gòu)分析。挑取粉末樣品顆粒于載玻片上，酒精稀釋后以鎢針研勻，用圓形蓋玻片封蓋，加熱滴膠固化后進行觀察。

2 分析結(jié)果

2.1 壁畫結(jié)構(gòu)觀察

從形貌觀察，1#～6#壁畫殘塊的結(jié)構(gòu)比較一致，選用6#樣品進行壁畫結(jié)構(gòu)分析，以確定壁畫的制作工藝。由體視顯微鏡觀察(圖2)可見，6#赭黃色壁畫由支撐體、 地仗層、 白粉層和顏料層構(gòu)成，其中白粉層厚度約為0.5 mm，顏料層厚度約為0.08 mm；經(jīng)過鏡檢分析，判斷地仗層主要材質(zhì)為黏土、細沙、麥草纖維等。

圖2 體視顯微照片F(xiàn)ig.2 Stereomicroscopic photo

2.2 X熒光分析結(jié)果

樣品原位無損X熒光分析(XRF)結(jié)果(表1)表明，2#綠色顏料主要元素為Cu及少量Ca和Fe。因此，推測綠色顏料可能是含Cu的綠色礦物顏料。常見含Cu的綠色礦物顏料有氯銅礦[Cu2(OH)3Cl]和石綠[CuCO3·Cu(OH)2]，具體成分有待結(jié)合拉曼光譜和偏光顯微分析印證。同時該樣品含有的少量Ca和Fe，可能來自下層的白粉層或地仗。3#白色顏料主要元素為Ca及少量Fe，常見含Ca的白色顏料有石膏(CaSO4·2H2O)、方解石(CaCO3)。4#紅色顏料主要元素為Hg，推測紅色顏料可能為朱砂(HgS)。5#褐色顏料主要元素為Fe，推測褐色顏料可能為鐵紅(Fe2O3)。

表1 樣品XRF分析結(jié)果Table 1 XRF results of the samples

2.3 X射線衍射分析結(jié)果

部分顏料樣品的X射線衍射微區(qū)分析結(jié)果如圖3～4所示。由圖可知，3#白色顏料在11.66°、20.84°、29.17°有強衍射峰，與石膏三強峰完全吻合，因此白色顏料是石膏。5#褐色顏料在11.68°、13.45°、20.82°、26.76°、29.21°、37.92°有強衍射峰，其中13.45°、26.76°、37.92°的特征峰與鐵紅匹配，推斷褐色顏料為鐵紅；11.68°、20.82°、29.21°為石膏三強峰，可能來自白粉層。石膏作為白粉層常見于龜茲地區(qū)佛教石窟壁畫中，特別是克孜爾石窟壁畫中[5]。達瑪溝壁畫極有可能與塔克拉瑪干沙漠北緣的克孜爾石窟一樣，使用石膏作為底色層。

圖3 白色顏料(上)與石膏(下)XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of white pigments and gypsum

圖4 褐色顏料(上)與鐵紅(下)XRD圖譜Fig.4 XRD patterns of brown pigments and iron red

2.4 拉曼光譜分析結(jié)果

1#藍色顏料的激光共聚焦拉曼光譜圖見圖5a。圖5a顯示，256、545、584、802、1 090、1 638 cm-1峰與青金石的特征峰位置一致，表明藍色顏料為青金石。2#綠色顏料的特征峰位于511和911 cm-1(圖5b)，與氯銅礦吻合，推斷綠色顏料為氯銅礦。3#白色顏料的特征峰位于1 006和1 130 cm-1(圖5c)，與石膏特征峰位置一致，表明白色顏料為石膏。5#褐色顏料的拉曼特征峰位于224、291、408 cm-1(圖5d)，與鐵紅吻合[10]，褐色顏料即為鐵紅。

圖5 樣品拉曼光譜圖Fig.5 Raman spectra of the samples

2.5 偏光顯微分析

利用偏光顯微鏡對6個顏料樣品進行分析，結(jié)果見圖6。由圖可知，1#藍色樣品晶體在單偏光下為巖石狀，呈現(xiàn)淡藍色至濃艷的亮藍色；正交偏光下為全消光，其伴生產(chǎn)物呈四次消光，折射率較小，偏光特征與青金石吻合。2#綠色樣品晶體在單偏光下呈暗綠色，邊緣圓潤，中心有核；在正交偏光下呈弱消光，折射率較大，偏光特征與氯銅礦一致。3#白色樣品晶體在單偏光下為長方形巖石狀，白色半透明；消光性較弱，折射率稍小，符合石膏的偏光特征。4#紅色樣品晶體在單偏光下為長條狀或破裂狀巖石形態(tài)，大顆粒呈紅或赭黃色，小顆粒呈現(xiàn)黃色；正交偏光下為火紅色并帶有赭黃色調(diào)，個別顆粒呈現(xiàn)四次強消光，折射率較高，偏光特征與朱砂一致。5#褐色樣品晶體在單偏光下顏色較為暗淡，顆粒邊緣較為圓潤，正交偏光下呈現(xiàn)全消光，折射率較大，偏光特征與鐵紅相同。6#赭黃色樣品晶體在單偏光下為巖石狀，邊緣較為圓潤；正交偏光下多全消光，折射率大，偏光特征與鐵黃一致。

圖6 樣品偏光顯微分析結(jié)果Fig.6 PLM photos of the samples

3 討 論

綜合多種分析結(jié)果可以看出，達瑪溝佛寺所使用顏料全部為礦物顏料，其藍色顏料為青金石，綠色顏料為氯銅礦，白色顏料為石膏，紅色顏料為朱砂、褐色顏料為鐵紅，赭黃色顏料為鐵黃。

青金石為堿性鋁硅酸鹽礦物，化學式為(Na，Ca)7～8(Al，Si)12(O，S)24[SO4，Cl2(OH)2]。因其“色相如天”，從古至今一直是人們所珍視的寶石和裝飾品。考古資料表明，阿富汗巴米揚石窟公元6～7世紀壁畫及印度阿旃陀石窟都使用了青金石顏料[11]。在我國，新疆克孜爾石窟從魏晉時期開始就將青金石作為唯一藍色壁畫顏料[5]。敦煌石窟早期壁畫藍色顏料也以青金石為主，后在歷代壁畫中都有使用[12]。此外，在陜西旬邑東漢壁畫墓[13]、甘肅張掖馬蹄寺、永靖炳靈寺[14]、天水麥積山[15]、山西大同云岡石窟[16]中都有使用青金石[17]。達瑪溝壁畫多以藍色繪制瓔珞及背光等，其呈色深邃明澈，符合青金石的呈色特點。據(jù)研究，我國克孜爾石窟及敦煌石窟中的藍色顏料產(chǎn)自阿富汗，且阿富汗東北部地區(qū)是絲綢之路沿線青金石的主要產(chǎn)地，其出產(chǎn)的青金石廣泛用于絲路沿線的諸多古代遺址中[11]。從時空框架及文化傳播角度，推斷達瑪溝所使用的青金石可能也產(chǎn)自阿富汗地區(qū)。

氯銅礦即堿式氯化銅，屬于鹵化物礦物，化學式為Cu2(OH)3Cl，呈寶石綠至墨綠色，具有金剛光澤。氯銅礦在我國古代使用悠久而廣泛，且古人已熟練掌握制造方法，唐初吐魯番文書及其后的敦煌莫高窟藏經(jīng)洞都有關(guān)于人工制造銅綠顏料的記載。新疆克孜爾石窟在公元3世紀已經(jīng)使用人造氯銅礦作為壁畫顏料，并一直將氯銅礦作為唯一的綠色顏料[5]。敦煌石窟自北涼至元代的千余年間大量使用了氯銅礦[18]。此外武威天梯山、天水麥積山[19]、山西云岡石窟[20]、陜西彬縣大佛寺[21]的綠色顏料經(jīng)分析都有氯銅礦。達瑪溝壁畫多以綠色描繪卷草及頭光等，其呈色典雅清澈。氯銅礦在我國新疆地區(qū)蘊藏豐富，上世紀在新疆塔里木盆地北緣的托克遜縣及西天山的尼勒克地區(qū)均有新發(fā)現(xiàn)的氯銅礦礦床[22]。結(jié)合上述文獻推斷達瑪溝壁畫所用氯銅礦可能產(chǎn)自新疆本地。

鐵黃，即土黃，以赭石礦為原料制得的天然氧化鐵黃顏料，主要成分為Fe2O3·H2O，呈橙黃色至暗黃色。與鐵黃在化學成分和顏色上相似的礦物顏料還有褐鐵礦和赭石。褐鐵礦化學組成為Fe2O3·nH2O，含鐵量一般為30%～60%，常含多種雜質(zhì)，顏色為黃褐色或深褐色。赭石是氧化物類礦物剛玉族赤鐵礦，主要成分為三氧化二鐵(Fe2O3)，呈暗棕紅色或灰黑色。人類較早發(fā)現(xiàn)并使用了鐵黃，但由于鐵黃、褐鐵礦等與赭石成分有相似之處，且易于轉(zhuǎn)化，關(guān)于鐵黃顏料的考古資料并不如其他顏料豐富。陜西石峁遺址二里頭文化時期的壁畫使用鐵黃作為黃色顏料[23]，山西絳縣橫水倗國西周墓地的荒幃中發(fā)現(xiàn)鐵黃顏料[24]。此外，天水麥積山石窟[19]、山西云岡石窟壁畫[20]、陜西橫山縣羅圪臺元代墓葬壁畫[25]及河南濟源市明代墓葬壁畫[26]都使用了鐵黃顏料。鐵黃因其特有的呈色特點夏代以來就為人類所利用。在達瑪溝壁畫中，主要以土黃作為赭黃色描繪人物面龐，其表現(xiàn)生動而溫雅。達瑪溝佛寺被毀壞后其壁畫被黃沙掩埋，在該地下環(huán)境中鐵黃顏料保存了千年之久，仍色澤鮮艷生動。

4 結(jié) 論

利用體視顯微鏡、X熒光光譜、X射線衍射分析、拉曼光譜分析、偏光顯微鏡等多種分析方法對新疆達瑪溝佛寺遺址出土的6個具有代表性的壁畫樣品進行了分析。結(jié)果表明，達瑪溝壁畫由支撐體、地仗層、白粉層和顏料層構(gòu)成。壁畫所使用的顏料全部為礦物顏料，其藍色顏料為青金石，綠色顏料為氯銅礦，白色顏料為石膏，紅色顏料為朱砂、褐色顏料為鐵紅、赭黃色顏料為鐵黃。該研究為絲綢之路石窟壁畫材質(zhì)工藝研究和后續(xù)保護修復(fù)的材料及工藝選擇提供了科學依據(jù)。