焦作馬村漢墓和白莊漢墓出土彩繪陶倉(cāng)樓的科技分析

劉 鑫

(焦作市博物館，河南焦作 454100)

0 引 言

河南焦作地處黃河流域，有著豐富的文物古跡。在市區(qū)山陽(yáng)故城周圍，出土了數(shù)以千計(jì)的陶器、銅器、鐵器等器物。彩繪陶倉(cāng)樓是這些出土文物中的珍品之一，焦作市朱村漢墓出土的陶倉(cāng)樓[1]，焦作白莊41號(hào)墓出土的彩繪陶器[2]以及近年來(lái)焦東工地挖掘東漢墓葬出土的陶倉(cāng)樓[3]、陶磨、陶井、陶奩、陶豬圈等珍貴漢代陶質(zhì)文物是其集中體現(xiàn)。考古發(fā)掘報(bào)告顯示，我國(guó)迄今出土的陶倉(cāng)樓主要集中在焦作，目前已出土各種陶倉(cāng)樓100多座，其中比較完整的有60余座。

漢代彩繪陶倉(cāng)樓在焦作如此密集出土，顯示當(dāng)時(shí)焦作地區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已較為繁榮。這批彩繪陶倉(cāng)樓現(xiàn)收藏于焦作市博物館，造型獨(dú)特，彩繪精美，具有極高的藝術(shù)價(jià)值。為了保護(hù)修復(fù)這批彩繪陶倉(cāng)樓，選取了部分殘片開(kāi)展了相關(guān)測(cè)試研究。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品

依據(jù)出土器物的類別、器型、薄厚等不同外觀特征，從庫(kù)房?jī)?nèi)采集了12件白莊漢墓和馬村漢墓出土的彩繪陶倉(cāng)樓殘?zhí)掌?，?件焦東漢墓出土的彩繪陶倉(cāng)樓殘?zhí)掌鳛閷?duì)照組。樣品基本信息見(jiàn)表1。

表1 焦作出土彩繪陶倉(cāng)樓殘?zhí)掌瑯悠稵able 1 Fragment samples of polychrome potteries excavated in Jiaozuo

1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試所用的儀器和材料

1) 儀器。D/max-3C型X射線衍射儀(日本理學(xué))，管壓35(r)V，管流35 mA；S-570型掃描電鏡(日本日立)，操作電壓20 kV；放大倍數(shù)100倍～6 000倍；Axios advanced(PW4400)波長(zhǎng)色散型X熒光光譜儀(荷蘭帕納科)；402E熱膨脹分析儀(NETZSCH，德國(guó))；202 OA型數(shù)顯電熱恒溫干燥箱真空恒溫箱；JA2003N型電子天平(METTLER-TOLEDO，瑞士)；DH型電熱恒溫培養(yǎng)箱；Leica DMLSP偏光顯微鏡；Struers Dap-v打磨機(jī)；Micro Gut3切割機(jī)；德國(guó)ATM Brilliant 210真空浸漬儀；紫外燈。SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵。

2) 材料。載玻片；24 mm×50 mm蓋玻片；600目Carborrvndvm Powder二氧化硅磨料；Buehler Epo Thin環(huán)氧樹(shù)脂；NORLAND OPTICAL ADHESIVE Ultraviolet Curing紫外固化膠；玻璃板；鉆石筆；一次性水杯；巴斯德滴管；鑷子；無(wú)水乙醇(上海市陶氏化學(xué)品有限公司)，分析純；丙酮(上海市陶氏化學(xué)品有限公司)，分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1X射線衍射分析(XRD) 利用XRD對(duì)粉末樣品進(jìn)行分析來(lái)獲取陶片胎體的結(jié)構(gòu)信息。

1.3.2X射線熒光分析(XRF) 利用XRF來(lái)獲取殘?zhí)掌亟M成的常量分析信息(包括Na，Mg，Al，Si，P，K，Ca，F(xiàn)e，Ti，Mn)[4-6]。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GSS-8和GSD-12)并行校準(zhǔn)分析過(guò)程中的誤差。所有常量元素的誤差均為1%～2%。

1.3.3掃描電鏡(SEM) 利用掃描電鏡并對(duì)樣品表面噴金，用掃描電鏡測(cè)試表征陶胎內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌及風(fēng)化情況的微觀顯微形態(tài)[7]。

1.3.4燒成溫度 吸水率和顯氣孔率是常用來(lái)表征陶器物理性能，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 3810.10—2016[3]和GB/T 3810.9—2016[4]，采用德國(guó)耐馳(Netzsch)公司生產(chǎn)的熱膨脹儀對(duì)陶片樣品測(cè)試。選取合適的樣品，用切割機(jī)將殘?zhí)諛悠非懈畛砷L(zhǎng)條狀。將樣品在打磨機(jī)上打磨，制成測(cè)試樣品，放入熱膨脹儀中檢測(cè)，以5 ℃/min升溫速度從20 ℃升到700 ℃，再以10 ℃/min的速度升到1 200 ℃加熱。當(dāng)溫度達(dá)到樣品原來(lái)的燒成溫度而繼續(xù)加熱時(shí)，膨脹曲線的走向會(huì)發(fā)生一定的變化，出現(xiàn)拐點(diǎn)，此時(shí)溫度可作為古陶器的燒成溫度[8]。燒成溫度測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

1.3.5巖相分析 依據(jù)殘?zhí)掌庥^確定樣品加工尺寸，放入切片機(jī)加工，切割出平剖面，將樣品放進(jìn)塑料樣品盒，用環(huán)氧樹(shù)脂及鄰苯二甲酸酐完全浸泡并滲透，將樣品包埋并嵌入，為加快固化速度可用燈照射加速固化，肉眼觀察待陶片樣品完全嵌入樹(shù)脂后，取用粗砂紙拋光打磨，成型后再用細(xì)砂紙手工打磨，手工打磨拋光，將陶片樣品鑲嵌在其內(nèi)，放在光學(xué)顯微鏡下仔細(xì)觀察并拍照。

1.3.6吸水率、表氣孔率 依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3810.3—2006《陶瓷磚試驗(yàn)方法第3部分：吸水率、顯氣孔率、表觀相對(duì)密度和容重的測(cè)定》[9]和GB/T 3299—1996《日用陶瓷器吸水率測(cè)定方法》[10]測(cè)試出土殘?zhí)掌奈屎捅須饪茁省?/p>

2 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

2.1 XRD測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2?？芍?，焦作白莊漢墓出土彩繪陶倉(cāng)樓殘?zhí)掌徒棺黢R村漢墓殘?zhí)掌墒?、透輝石、鈣長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、方解石等組成。

表2 焦作出土彩繪陶倉(cāng)樓殘?zhí)掌琗RD分析結(jié)果Table 2 XRD results of polychrome potteries excavated in Jiaozuo

2.2 XRF測(cè)試結(jié)果

對(duì)14件樣品和殘片表面土壤元素分析，按照考古工地算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差統(tǒng)計(jì)對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，與焦東漢墓出土陶片相比，白莊漢墓和馬村漢墓兩處考古工地出土的陶片所含元素所占比例非常接近，SiO2含量平均值的差異大約2.3%；Al2O3含量平均值的差異大約0.6%。FeO、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和TiO2這些作為助熔劑，既有助于陶器的燒結(jié)，其含量總和又限制著陶器燒成溫度的上限。根據(jù)陶胎SiO2、Al2O3的含量以及助熔劑含量，可見(jiàn)這批漢代陶器所用的黏土為高硅質(zhì)黏土(以高SiO2、低助熔劑為特征)類型。

表3 焦作出土彩繪陶倉(cāng)樓殘?zhí)掌琗RF分析結(jié)果Table 3 XRF results of polychrome potteries excavated in Jiaozuo

2.3 掃描電鏡測(cè)試結(jié)果

掃描電鏡測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1(篇幅所限，僅列出較典型的4個(gè)樣品)，可以看出將陶片放大100倍時(shí)，陶胎結(jié)構(gòu)比較密實(shí)，并未出現(xiàn)孔洞和粉化。當(dāng)放大1 000倍時(shí)，大部分陶片層狀結(jié)構(gòu)密實(shí)均勻，孔隙完好，僅有非常少量破碎，其中2、5號(hào)陶片有疏松粉化?？傮w而言陶片樣品整體微觀結(jié)構(gòu)保存較好，結(jié)構(gòu)完整和強(qiáng)度穩(wěn)定。

圖1 焦作漢墓出土部分陶片掃描電鏡100倍(左)、1 000倍(右)照片F(xiàn)ig.1 SEM pictures of some fragments of Han Dynasty polychrome potteries excavated in Jiaozuo

2.4 巖相分析測(cè)試結(jié)果

焦作漢墓出土陶片巖相物質(zhì)含量分析結(jié)果見(jiàn)表4，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：

表4 焦作漢墓陶片巖相常見(jiàn)物質(zhì)含量結(jié)果Table 4 Analysis results of the fragments from Han Dynasty polychrome potteries excavated in Jiaozuo

1) 陶片均含有黏土、粉砂、細(xì)砂、粗砂、孔隙等物質(zhì)，因器物不同這些殘片所含物質(zhì)配比有所不同。巖相發(fā)現(xiàn)黏土含量大多為40%～60%，少數(shù)為60%～70%；粉砂大多為10%～20%；細(xì)砂、粗砂大多為5%～10%，另外有的樣品中還有少量碳酸鹽孔隙，多在5%以下，顯然這批陶為加砂陶。

2) 砂子的比例較為固定，推測(cè)可能是人為加入孱合料，以保證陶器質(zhì)量，改善陶器的耐冷熱驟變性能。部分樣品中還有少量孔洞和方解石微粒集合體，它們呈條痕狀或長(zhǎng)條狀定向分布，顯然代表人工制作的痕跡。

3) 編號(hào)為6、9、10、11、13號(hào)樣品出現(xiàn)了細(xì)蠕蟲(chóng)狀定向分布的瓷化現(xiàn)象，可見(jiàn)無(wú)論從白莊漢墓，還是馬村漢墓，它們?cè)谡黄庀氯冢趩纹庀峦该?，表明它們是玻璃物質(zhì)，表明燒制溫度較高，少量組分所發(fā)生瓷化(玻璃化)，很可能是巖裂隙填充形成的。這亦從另一側(cè)面佐證了部分樣品燒成溫度較高。

2.5 吸水率、表氣孔率測(cè)試結(jié)果

吸水率、表氣孔率、燒成溫度測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)可知，樣品的吸水率集中于11.55%～24.87%，表氣孔率集中于18.52%～37.96%。吸水率、表氣孔率越大，說(shuō)明陶片越疏松。燒成溫度差異較大，范圍大致為750～1 090 ℃。推測(cè)燒制溫度的差距與陶片內(nèi)所含K、Ca等助熔劑含量有關(guān)。燒成溫度越高，陶片固結(jié)度越好，致密程度越高。

表5 焦作漢墓出土陶片吸水率、表氣孔率、燒成溫度測(cè)試結(jié)果Table 5 Water absorption，porosity and firing temperature of the fragments from Han Dynasty polychrome potteries excavated in Jiaozuo

(續(xù)表5)

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)焦作漢墓出土的14個(gè)陶片樣品進(jìn)行測(cè)試，得出以下結(jié)論：

1) 采用X射線衍射分析儀、X射線熒光分析儀、掃描電子顯微鏡、偏光顯微鏡、熱膨脹儀等對(duì)焦作馬村漢墓和白莊漢墓出土陶片樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、元素、顯微、物相、物理性能的科學(xué)分析，綜合檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：這批陶片為當(dāng)?shù)厝⊥翢频募由疤?、陶片結(jié)構(gòu)較密實(shí)，燒成溫度和巖相分析驗(yàn)證部分陶片有釉化現(xiàn)象，但吸水率和表氣孔率較高說(shuō)明總體仍是陶器。

2) 殘片樣品巖相檢測(cè)結(jié)果揭示了陶片中所含總體物質(zhì)成分，包括基質(zhì)、粉砂、砂礫及孔隙；無(wú)論是否經(jīng)歷了再加工，都蘊(yùn)含有產(chǎn)地信息。陶片原料作為“指紋信息”，帶有其產(chǎn)地的特征。這些“指紋信息”能夠基本完好地保存于其燒制產(chǎn)物—陶器中，即原料的化學(xué)成分在燒制過(guò)程中不會(huì)或基本不會(huì)發(fā)生變化。從巖相結(jié)果來(lái)看，焦作馬村漢墓和白莊漢墓出土陶片主要由石英、透輝石、鈣長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、方解石等物質(zhì)組成。漢代制陶時(shí)胎體含砂粒很常見(jiàn)，這些砂往往是當(dāng)?shù)貛r石經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用風(fēng)化、侵蝕、搬運(yùn)后逐漸形成的，砂粒的組成較為復(fù)雜，主要集中在硬度較高的石英、長(zhǎng)石以及其他有色礦物等，巖相檢測(cè)、儀器分析、礦物學(xué)方法與陶器外形、顏色和紋飾等陶器外部信息結(jié)合在一起，為陶器產(chǎn)地和分類提供了基礎(chǔ)。

3) 隨著近些年的考古發(fā)掘，焦作地區(qū)出土大量漢代彩繪陶倉(cāng)樓，其制作形式從豪華走向簡(jiǎn)易[11]，從繁榮走向衰退，直至到西晉時(shí)期陶倉(cāng)樓這種實(shí)體形式逐漸消失[12]，轉(zhuǎn)變成為墓葬墓壁上的磚砌模型，陶倉(cāng)樓慢慢退出了陪葬明器的行列[13]。馬村漢墓和白莊漢墓這兩處陶倉(cāng)樓的出土，為研究東漢中晚期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、建筑結(jié)構(gòu)、喪葬習(xí)俗提供了寶貴的實(shí)物資料[14]。