摘 要 對(duì)深圳博物館所藏的一件北票鳥(niǎo)化石進(jìn)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(cè)結(jié)果，并參照文物保護(hù)的基本原則，制定了科學(xué)的保護(hù)修復(fù)方案，使化石恢復(fù)完整形態(tài)，達(dá)到安全保存的目的。

關(guān)鍵詞 化石 病害 檢測(cè)分析 保護(hù)修復(fù)

0 引言

鳥(niǎo)類化石是研究鳥(niǎo)類起源和進(jìn)化歷程的最直接證據(jù)[1-2]。1996年，我國(guó)遼寧省朝陽(yáng)市的北票挖掘了中華龍鳥(niǎo)化石，其所在層位低于產(chǎn)孔子鳥(niǎo)的地層，該化石具有的原始特征表明它足以與在德國(guó)出土的始祖鳥(niǎo)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(niǎo)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(jiàn)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(niǎo)化石。從鳥(niǎo)的骨骼來(lái)看，胸骨扁平，尾長(zhǎng)，尾翼發(fā)達(dá)，羽軸細(xì)長(zhǎng)，羽枝纖細(xì)，這些特征符合我國(guó)早期鳥(niǎo)類化石的研究成果[4]。這件化石被定為三級(jí)文物，為相關(guān)研究提供了重要的實(shí)物資料。目前這件化石損壞嚴(yán)重，石質(zhì)脆弱，亟需進(jìn)行保護(hù)修復(fù)。我們參考前人經(jīng)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)選擇合適的修復(fù)材料[5]，試圖采用機(jī)械法，通過(guò)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(gè)部分，在背面被一條長(zhǎng)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(cè)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(guò)檢測(cè)X射線熒光光譜的特征峰，對(duì)樣品元素進(jìn)行定性和半定量分析。實(shí)驗(yàn)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?；枪琴|(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(cè)出Cl，故無(wú)需脫鹽處理。

（2）物相分析。

通過(guò)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(shí)驗(yàn)儀器為德國(guó)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(zhǎng)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(cè)數(shù)據(jù)相符。其中，透長(zhǎng)石和云母均為主要造巖礦物。亞硫酸鈣來(lái)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(cè)到有機(jī)成分，故加固時(shí)可用有機(jī)試劑，不會(huì)影響化石生物信息的提取。

（3）顯微觀察。

通過(guò)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(shí)驗(yàn)儀器為德國(guó)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(huì)發(fā)生破裂，通常沿著骨質(zhì)纖維延伸的方向裂開(kāi)，需要覆蓋一層清漆作為保護(hù)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(shí)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(duì)該化石的骨質(zhì)和石質(zhì)進(jìn)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(shí)驗(yàn)儀器為德國(guó)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(shí)要格外小心。從平面視角來(lái)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(duì)比情況主要是由于部分區(qū)域的剝落、殘斷。此外，該北票鳥(niǎo)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(shí)驗(yàn)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(huì)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(jìn)行補(bǔ)配，補(bǔ)配材料的力學(xué)性能要盡量與原基體接近。而對(duì)于該化石的裂縫，觀察到狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，因此暫不予處理。

選擇三塊化石碎片進(jìn)行加固實(shí)驗(yàn)，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(cè)試加固前后的色度值、硬度變化。同時(shí)根據(jù)前文檢測(cè)結(jié)果制備仿化石樣品，測(cè)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(bǔ)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(shù)脂基），制成長(zhǎng)條狀試樣，測(cè)試固化后的硬度，與加固后的化石進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)補(bǔ)配材料進(jìn)行老化性能測(cè)試。

本實(shí)驗(yàn)采用日本Konica Minolta公司生產(chǎn)的CR-410色彩色差計(jì)測(cè)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(jì)測(cè)量維氏硬度。利用上海博工公司生產(chǎn)的BG/UV-B老化試驗(yàn)箱開(kāi)展人工加速老化試驗(yàn)，根據(jù)深圳博物館預(yù)防性保護(hù)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，處理后的文物一般放置在庫(kù)房或展廳，紫外線強(qiáng)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(guò)濾后的太陽(yáng)光紫外部分中的中短波長(zhǎng)范圍，設(shè)定輻照度為0.5 W/m2，黑板溫度為35 ℃，輻射時(shí)長(zhǎng)為532 h，模擬時(shí)間約為3年。

2.2 性能測(cè)試結(jié)果

由表2可知，三種加固材料對(duì)硬度的改變幾乎一致。相對(duì)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(cuò)。因此，選用該材料進(jìn)行補(bǔ)配。

3 保護(hù)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(gè)別區(qū)域附著物可用脫脂棉蘸無(wú)水乙醇擦拭，也可嘗試用噴砂機(jī)進(jìn)行清理，但必須事先在隱蔽處局部試驗(yàn)[7]。

3.2 加固

設(shè)法使加固劑浸入化石內(nèi)部，通過(guò)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(wú)法繼續(xù)滲透。同時(shí)，詳細(xì)記錄加固的試劑、時(shí)間和方法，方便后人查閱。

3.3 粘接

選用的膠黏劑為美國(guó)Huntsman集團(tuán)生產(chǎn)的Araldite 2020環(huán)氧樹(shù)脂，完全固化時(shí)間為24 h。抹膠均勻且薄，防止溢膠。粘接時(shí)要在粘接面垂直方向施加壓力，不能出現(xiàn)錯(cuò)位。操作時(shí)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(bǔ)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(shí)，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(jī)進(jìn)行整形，再用粗砂紙、細(xì)砂紙依次打磨補(bǔ)配處，直至平潤(rùn)光滑。打磨時(shí)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(jìn)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(guò)渡。借助色彩色差計(jì)，使補(bǔ)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(qiáng)，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(dòng)范圍±5 ℃，相對(duì)濕度在50%～55%之間，日波動(dòng)范圍<5%，可見(jiàn)光強(qiáng)度<300 lux，紫外光強(qiáng)度<20 μW/lm。另外，要配備一個(gè)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(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：牛飛（1986—），男，副研究館員，主要研究方向?yàn)槲奈锉Ｗo(hù)修復(fù)材料與技術(shù)，E-mail： 443142695@qq.com。