□解　晉　閆文祥

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館藏出土青銅器保護(hù)中的X射線成像技術(shù)的應(yīng)用及展望

□解晉閆文祥

摘要：簡(jiǎn)要闡述X射線成像技術(shù)原理，列舉文博專用探傷機(jī)在山西博物院館藏青銅器保護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明X射線成像技術(shù)對(duì)于提供文物制作的工藝技術(shù)信息、保存狀況分析、揭露修復(fù)情況等方面的作用。在總結(jié)X射線成像技術(shù)在青銅器保護(hù)中應(yīng)用的同時(shí)，開展對(duì)其他材質(zhì)的文物的X射線成像的研究和應(yīng)用，最后結(jié)合該技術(shù)的特點(diǎn)和文物保護(hù)工作的要求做出總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：X射線青銅應(yīng)用

一、前言

山西博物院在建院之初接收了山西省考古所移交的太原趙卿墓及長(zhǎng)治分水嶺墓等出土的青銅器。為了祖國(guó)珍貴的文化遺產(chǎn)得以有效保護(hù)，結(jié)合館藏青銅文物現(xiàn)狀及滿足科學(xué)保護(hù)、陳列展覽的需要，我們選取了155件病害嚴(yán)重的館藏青銅器，在國(guó)家級(jí)文物保護(hù)專家悉心指導(dǎo)下，編寫完成了《山西博物院館藏部分出土青銅器保護(hù)修復(fù)方案》。在該項(xiàng)目具體實(shí)施中后期和結(jié)項(xiàng)階段筆者有幸加入。在對(duì)這批珍貴青銅文物進(jìn)行保護(hù)時(shí)，應(yīng)用X射線成像技術(shù)是無(wú)損分析檢測(cè)工作的重要組成部分。X射線成像技術(shù)作為文物檢測(cè)的常規(guī)手段，在世界上很多發(fā)達(dá)國(guó)家得到普遍應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和文物保護(hù)工作的科學(xué)化進(jìn)程在我國(guó)的文物科技研究中日漸得到重視和普及，這一技術(shù)對(duì)文物保護(hù)和研究提供了有力的技術(shù)支持[1]。

二、X射線成像技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介及原理

1895年11月，德國(guó)物理學(xué)家倫琴（Wilhelm Conrad R觟ntgen,1845－1923）在利用通電的克魯克斯陰極射線管做實(shí)驗(yàn)室時(shí)，發(fā)現(xiàn)一種新型射線[2]，因?yàn)楫?dāng)時(shí)不知它是何種性質(zhì)射線，就稱之為X射線。愛(ài)迪生（Thomas.A.Edison）發(fā)現(xiàn)了鎢酸鈣一類物質(zhì)，在X射線照射下能發(fā)出可見(jiàn)的藍(lán)紫色熒光，并利用這一特性研制出增感屏配合X光膠片使用，大大縮短了X光的透照時(shí)間和劑量[3]。以上這些發(fā)明為現(xiàn)代X光成像研究奠定了基礎(chǔ)X射線照相技術(shù)，應(yīng)用于文物藝術(shù)品的研究，始于20世紀(jì)二三十年代[4]。它主要限于紙質(zhì)的文物和藝術(shù)品。上世紀(jì)50年代，學(xué)者R.J.Get tens對(duì)佛里爾美術(shù)館（Freer Gallery）館藏的中國(guó)青銅器，就已經(jīng)開始了X射線透視、化學(xué)分析和金相檢驗(yàn)等工作。

X射線是高速電子撞擊金屬靶因韌致輻射所產(chǎn)生的高能電磁輻射。當(dāng)X射線在穿透物質(zhì)時(shí)會(huì)因物質(zhì)的吸收和散射作用而強(qiáng)度減弱。國(guó)內(nèi)外對(duì)青銅器的X射線檢測(cè)應(yīng)用比較廣泛，利用X光透視影像，對(duì)器物尤其是金屬類文物修復(fù)前進(jìn)行檢測(cè)，搞清楚各類器物內(nèi)部裂痕、孔洞、嵌飾、銘文等銹蝕物與硬結(jié)土掩蓋下的各種情況，可作為器物對(duì)癥修復(fù)的參考依據(jù)，也可對(duì)金屬類文物尤其是青銅器的古代鑄造工藝進(jìn)行研究。山西博物院文物保護(hù)工作者采用文博專用X射線實(shí)時(shí)成像儀對(duì)該批青銅文物進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)。

X射線實(shí)時(shí)成像儀的主要組成部分：X射線發(fā)生器、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。工作條件：拍攝電壓：140-200KV；拍攝電流：0.5mA；拍攝距離：40cm-80cm

三、在文物制作的工藝技術(shù)信息方面的應(yīng)用

X射線照相可以直觀地反映文物的鑄造、加工、修飾等工藝信息，這對(duì)進(jìn)行考古研究、文物修復(fù)等都具有重要意義[5]。

（一）器物制作的工藝技術(shù)信息

1.泥質(zhì)芯撐

青銅器存在泥芯撐的部位被青銅包裹不能顯露，由于該部位的銅壁較周圍其他部位薄，X射線穿透能力較強(qiáng)，實(shí)時(shí)成像上表現(xiàn)為有一定形狀的亮區(qū)[6]。通過(guò)X射線影像能確定其內(nèi)部泥質(zhì)芯撐的位置、大小和數(shù)量。

圖一　甑

圖二　甑耳部X射線成像

圖三　鬲器底

圖四　鬲器底X射線成像

圖五　銅鼎底部X射線成像

圖六　蟠虺紋三環(huán)鼎的底部X射線成像

圖一、圖二顯示了甑的耳部，可以清楚地看到四枚泥質(zhì)芯撐的位置、大小和形狀。

該文物泥芯是盲芯，由于外部被銅所包裹，判斷起來(lái)就比較麻煩，此時(shí)可以根據(jù)X射線實(shí)時(shí)成像特征進(jìn)行判斷。并不是所有的青銅器在較厚的部位都加有泥質(zhì)芯撐，如果不是盲芯，直接觀察就可以。

2.銅質(zhì)墊片

銅質(zhì)墊片會(huì)因?yàn)槠魑锉砻嫘揎棥⑿迯?fù)，或者澆注時(shí)被銅水遮蓋等原因，肉眼無(wú)法辨識(shí)。通過(guò)X射線成像技術(shù)，可以清楚地觀察到青銅文物銅質(zhì)墊片的數(shù)目、位置及分布情況等信息，利于了解和分析其鑄造工藝。

圖三、圖四顯示鬲的器底，可看到器底銅質(zhì)墊片的分布和位置。墊片形狀為不規(guī)則的四邊形和三邊形?？梢?jiàn)同一器物可以包含多種形狀的銅質(zhì)墊片。

3.范縫和加強(qiáng)筋

經(jīng)考古研究發(fā)現(xiàn)夏、商、周三代的青銅器皆由傳統(tǒng)范鑄技術(shù)鑄造。因此，器物上都會(huì)留下范線、范縫等范鑄工藝固有的特征。加強(qiáng)筋主要起加固器物作用，外觀有時(shí)類似范線。

圖五顯示銅鼎底部的三條范線，形成原因?yàn)殂~水沿范縫溢出，形成突起的線條，形成后未打磨。

圖六顯示蟠虺紋三環(huán)鼎的底部有類似加強(qiáng)筋性質(zhì)的范線。

（二）修飾工藝

由于文物年代久遠(yuǎn)以及合金成分、礦化程度、地下埋藏環(huán)境的不同，使出土文物大多都銹跡斑斑，紋飾和銘文模糊不清，這對(duì)修復(fù)和研究造成一定的困難。而X射線照相則可以提供有效的幫助。

1.銘文

圖七、圖八顯示簋器底有銘文，但由于銹蝕嚴(yán)重，肉眼分辨不清，借助X射線成像可以將其銘文顯現(xiàn)出來(lái)。

2.銹蝕掩蓋下的紋飾

出土青銅器受埋藏環(huán)境影響，表面有可能存在銹蝕和硬結(jié)物，當(dāng)銹蝕或硬結(jié)物較厚時(shí)，會(huì)掩蓋紋飾。導(dǎo)致修復(fù)人員的肉眼無(wú)法分辨紋飾和銹蝕，通過(guò)X射線成像，我們可以指導(dǎo)修復(fù)工作中去除銹蝕時(shí)避免傷害紋飾信息。

圖九、圖一○顯示三鳥形鈕蓋鼎器身紋飾被銹蝕和土垢覆蓋，在修復(fù)前通過(guò)X射線成像可以幫助修復(fù)人員辨識(shí)銹蝕和紋飾。

圖七　簋底部模糊銘文處

圖八　簋底部銘文處X射線成像

圖九　三鳥形鈕蓋鼎

圖一○　紋飾處X射線成像

四、X射線成像在青銅器保存狀況中應(yīng)用

X射線成像在保護(hù)修復(fù)前對(duì)青銅器的保存現(xiàn)狀調(diào)查如腐蝕情況分析，修復(fù)情況的分析，青銅器指紋檔案的建立等工作中發(fā)揮重要作用。

（一）腐蝕情況

青銅的腐蝕情況比較復(fù)雜，同一件器物上的不同部位由于埋藏環(huán)境的不同，導(dǎo)致其腐蝕礦化程度不同。通過(guò)X射線成像可以加以鑒別。由于腐蝕情況不同，通過(guò)X射線影像的表現(xiàn)形式也不一樣。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，主要表現(xiàn)形式有以下幾種：

1.基體不均勻腐蝕礦化

部分看上去表面狀況良好的青銅器其基體的不均勻腐蝕會(huì)出乎意料的嚴(yán)重。有些鼎底的厚度比較均勻，也無(wú)顯著的局部腐蝕現(xiàn)象，但從X射線影像中，可以看到多個(gè)不同的灰度層次，即亮區(qū)、略暗區(qū)、暗區(qū)，部分深色暗區(qū)帶有散布的白色斑點(diǎn)，見(jiàn)圖一一甑的器身成像亮區(qū)說(shuō)明該部分腐蝕嚴(yán)重，暗區(qū)說(shuō)明基體的腐蝕礦化程度較低。

2.點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是指銅器上某一局部出現(xiàn)的圓形或橢圓形坑狀腐蝕，坑的中部較深，邊緣漸淺，大小不一，在影像中沒(méi)有清晰的邊界，其成因通常認(rèn)為與氯離子的作用有關(guān)（圖一二）。

3.縫隙腐蝕

縫隙腐蝕的主要特征是腐蝕沿著縫隙或者暗裂隙方向發(fā)展較為迅速（圖一三、圖一四）。

圖一一　甑的器身X射線成像

圖一二　素面鼎器身點(diǎn)蝕X射線成像

圖一三　蟠虺紋豆器蓋

圖一四　器蓋X射線成像

圖一五　銅鼎暗裂紋

4.暗裂紋

暗裂紋是指肉眼難以直接觀察到的裂隙。如圖一五為銅鼎通過(guò)X射線成像發(fā)現(xiàn)肉眼無(wú)法看到的暗裂紋。

（二）X射線成像記錄修復(fù)情況

1.青銅器焊接、粘接修復(fù)

錫焊是中國(guó)青銅器傳統(tǒng)修復(fù)工藝中將碎片連接起來(lái)的一種重要方法。具體焊接方式有連續(xù)焊、點(diǎn)焊、加芯焊等若干種。焊錫的主要成分為金屬錫，錫的原子序數(shù)為50，大于銅的原子序數(shù)29，故焊錫對(duì)X射線的吸收能力強(qiáng)于銅，所以其在X射線實(shí)時(shí)成像中呈暗區(qū)。膠接區(qū)屬于非金屬縫隙，因此呈亮區(qū)。

連續(xù)焊是沿著青銅器原有的裂隙或者斷裂方向進(jìn)行焊接操作，故而焊縫的走向并不規(guī)整，在X射線片中表現(xiàn)為不規(guī)則的暗色條帶（圖一六）。

（1）點(diǎn)焊

點(diǎn)焊部位受力集中，連接并不可靠，因此一般僅用于定型。在X射線實(shí)時(shí)成像圖的白色裂隙上的暗點(diǎn)形狀即為點(diǎn)焊（圖一七）。

（2）銀錠扣焊接

特殊形式的點(diǎn)焊，在X射線成像上可以清楚看到燕尾形的榫接（圖一八）。

（3）粘接

相對(duì)于焊接，使用樹脂粘接青銅器，對(duì)文物本體的破壞相對(duì)較小。粘接具有良好的可逆性和可再操作性，是目前提倡的一類使用方法，其缺點(diǎn)是操作上復(fù)雜，且強(qiáng)度低。用于青銅器粘接的樹脂種類非常多，本次修復(fù)使用雙組份環(huán)氧樹脂，相對(duì)于青銅來(lái)說(shuō)，其對(duì)X射線的吸收非常弱，通常在片中表現(xiàn)為亮區(qū)。

2.青銅器補(bǔ)配

補(bǔ)配是指使用金屬或者樹脂材料修補(bǔ)青銅器上缺損的部位?？捎糜谇嚆~器補(bǔ)配的材料甚多，本次修復(fù)中使用的主要有：鑄銅、環(huán)氧樹脂、銅皮。

圖一六　連續(xù)焊

圖一七　點(diǎn)焊和膠粘

圖一八　銀錠扣焊接

圖一九　鑄銅補(bǔ)配

圖二○　環(huán)氧樹脂補(bǔ)配

圖二一　銅皮補(bǔ)配

（1）鑄銅

本次修復(fù)中的鑄銅補(bǔ)配要求成分與原器物成分基本一致，但由于腐蝕情況的差異，導(dǎo)致補(bǔ)鑄塊與原器物在X射線成像上的不一致。補(bǔ)配塊通過(guò)環(huán)氧膠與原器物連接（圖一九）。

（2）環(huán)氧樹脂

樹脂補(bǔ)配在本次修復(fù)中用于缺損不大、受力較小的部位，一些腐蝕礦化嚴(yán)重的青銅器使用樹脂補(bǔ)配也較多（圖二○）。

（3）銅皮補(bǔ)配

銅皮補(bǔ)配的操作簡(jiǎn)便，本次修復(fù)中應(yīng)用該方法在一些隱蔽位置，鼎的底部無(wú)紋飾處有小面積殘缺，使用銅皮補(bǔ)配（圖二一）。

五、小結(jié)

（一）對(duì)青銅器的X射線成像解讀十分關(guān)鍵，首先要對(duì)所拍攝文物有一定的了解，其次對(duì)文物的結(jié)構(gòu)有一定的了解，最重要是對(duì)文物本體物質(zhì)的密度、組成有一定的認(rèn)識(shí)。隨著對(duì)青銅了解的深度增加，解讀的難度會(huì)下降而深度會(huì)增加。

（二）X成像技術(shù)在文物研究中優(yōu)缺點(diǎn)并存，最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)損分析，這對(duì)珍貴文物的分析檢測(cè)是十分重要的。但其存在輻射改變熱釋光數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。所以在分析陶瓷類文物檢測(cè)流程中，確保先做熱釋光檢測(cè)，再做X射線成像。

（三）在文物研究中X光成像的作用可以幫助了解文物的內(nèi)部（外表不可見(jiàn)）結(jié)構(gòu)，幫助了解文物質(zhì)地的區(qū)別、文物組成材料質(zhì)地的區(qū)別、因腐蝕等因素造成的區(qū)別、文物內(nèi)部破損狀況、文物的修復(fù)狀況、文物的作偽及完善文物檔案。

（四）通過(guò)對(duì)X射線影像的分析，可以掌握青銅器的保存現(xiàn)狀，為制定科學(xué)、合理的保護(hù)修復(fù)方案提供依據(jù)，有助于對(duì)文物進(jìn)行保存現(xiàn)狀研究、從而實(shí)施科學(xué)化的保護(hù)修復(fù)。

隨著文物保護(hù)最小干預(yù)理念的確立、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的不斷提高，X射線照相技術(shù)以其非破壞性和直觀性等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到文物保護(hù)研究者的青睞。

[1]丁忠明、吳來(lái)明、孔凡公《文物保護(hù)科技研究中的X射線照相技術(shù)》，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》2006年第1期，38～46頁(yè)。

[2]李衍《工業(yè)射線照相的歷史》，《無(wú)損探傷》2002年第5期，1～5頁(yè)。

[3]鄭震《工業(yè)用γ射線影像板的金屬增感與色心研究》，《天津理工大學(xué)》2004年。

[4]于群力《X射線照相技術(shù)在文物辨?zhèn)沃械膽?yīng)用個(gè)例》，中國(guó)化學(xué)會(huì)應(yīng)用化學(xué)會(huì)學(xué)科委員會(huì)《文物保護(hù)與修復(fù)紀(jì)實(shí)——第八屆全國(guó)考古與文物保護(hù)（化學(xué)）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集》，2004年5月。

[5]胡東波、呂淑賢《應(yīng)用X射線成像對(duì)晉侯墓地出土青銅器鑄造工藝的研究》，《古代文明（輯刊）》，2013年，55～81頁(yè)。

[6]劉煜《圈足上的鏤孔:試論商代青銅器的泥芯撐技術(shù)》，《南方文物》2014年第3期，110～116頁(yè)。

（作者工作單位：山西博物院）