一批楚墓包金金属饰片金箔成分及制作工艺的科学研究

成小林，唐凛然，李 沫，吴 娜，杨 琴，刘 薇，张昕煜，柳 敏，韩 英，赵丹丹

(1．中国国家博物馆，北京 100006;2．宜昌博物馆，湖北宜昌 443000)

0 引言

2017年，中国国家博物馆对宜昌博物馆馆藏655件春秋晚期楚墓金属饰片开展保护修复，这批器物分别出土于湖北当阳曹家岗5号楚墓和赵巷12号楚墓。当阳曹家岗5号楚墓于1984年10月发掘，经考证其墓主人为王孙雹，可能即楚国大夫申包胥。该墓早期被盗，遭到严重破坏，但仍然获得小型铜器、金属装饰物、皮甲、乐器、骨贝等珍贵遗物近千件，其中金属饰片共计196件［1］。赵巷12号楚墓位于当阳市河溶镇以东4 km，距曹家岗5号楚墓仅有3 km。发掘于1996年12月，墓主人身份不明，出土可辨识金属饰片459件，零散残金箔一百余片。

两墓所出土的655件金属饰片材质、形制大体相同，材质包括锡铅合金及青铜，主要形制有燕尾形、三足形、虎形、叶片形、蟹形、蝌蚪形、璧形、兽面型、圆盘形等十多种(图1)，其中大多数锡铅饰片包附有带纹饰的锡箔(少量包附金箔)，而青铜饰片则包附有带纹饰的金箔，但因包附不牢或器物腐蚀等原因，大部分金箔已脱落，两墓中出土可配对的金箔约有50件。金箔上的纹饰以蟠螭纹为主，还有三角纹、兽形纹和绹纹等。这批金属饰片用途与性质目前尚无定论，参考类似出土文物，主要有棺饰［2］、车马饰件［3］、甲片［4］三种可能。这批文物总量较大，类型丰富，材质多样，制作精良，在楚墓所出类似文物中规格较高，为研究此类文物及相关葬俗提供了一批较为全面、系统的时代相对较早的标本，具有较高的历史价值。

本研究采用扫描电子显微镜、X射线荧光分析显微镜、三维视频显微镜、激光共聚焦显微镜、色差仪、光泽度仪以及气质联用色谱等分析手段对194片金箔的元素含量、厚度、颜色、光泽度、纹饰的制作工艺等方面展开系统的分析与研究。对这批珍贵金箔纹饰的科学分析可为了解我国传统金箔和纹饰制作工艺提供重要的参考依据。

1 分析仪器和样品

所用扫描电镜为飞纳公司的Phenom XL型台式扫描电镜，CeB6灯丝，配有四分割背散射电子探测器、二次电子探测器和能谱仪。光学显微镜放大3～16倍，电子显微镜放大最高100 000倍，背散射图像分辨率优于20 nm，样品室尺寸100 mm×100 mm×65 mm。测试时将样品用导电胶粘贴在铝合金样品台上，放入样品仓，调节高度后将样品仓放入设备。先在光学显微镜下初步找到样品位置，切换到背散射图像或二次电子图，低真空下直接观察样品，具体测试条件见图像说明。

显微镜为蔡司公司的LSM700型激光共聚焦显微镜和SmartZoom5型三维数码显微镜。LSM700型激光光聚焦显微镜采用405 nm激光器，强度设置为5%，物镜放大倍率为20或50。SmartZoom5型三维视频显微镜配备0.5倍和5倍物镜镜头，放大倍率10～1 011。

X射线荧光分析仪为 Horiba公司的 XGT－5000型X射线荧光分析显微镜，测试条件:X射线管电压50 kV，管电流0.08 mA，光斑直径1 mm，采集时间80 s。

色差仪为Konica Minolta公司的CM－2600d型分光测色计。测试条件:测量面积为8 mm，UV 100%，使用光源为D65，即包含紫外线成分的日光，相关色温6 504 K，观察角为10°。

光泽度仪为BYK－Gardner微型光泽度仪，测量角度为60°。

所分析的194片金箔中，来自赵巷12号墓的有166片，可配对于青铜基体上的金箔为36片，残片样品130片，编号以ZX开头;来自曹家岗5号墓的有28片，可配对于器物上的金箔为14片，残片样品14片，编号以CJG开头。其中，曹家岗5号墓中有17片金箔是明确包附在铅锡合金的饰片上，而赵巷墓中的金箔基本均是包附于青铜饰片上。可配对于器物上的金箔样品编号均以Y开头(除Z－57外)，194片中部分金箔厚度、成分、色差、光泽度分析结果见表1。

表1 金箔成分含量、厚度、色差和光泽度结果Table 1 Results of elemental contents，thickness，color and glossiness of gold leaves

(续表1)

2 分析结果

2.1 金箔厚度及成分

对于金箔厚度的检测，首先观察并选取部分最厚和最薄的金箔饰片，环氧树脂镶嵌后抛磨，置于扫描电镜下测量。金箔厚度不等，最薄的约为7 μm，最厚约为35 μm;即使是同一片金箔，不同部位厚度也会有一定的差异，如编号为ZX－58的金箔残片，厚度为17.7 ～29.4 μm。

为计算金箔单位面积的质量，选取编号为ZX－009、ZX－010、ZX－060、ZX－075和 ZX－077目测厚度相差较大的金箔残片，因残片形状不规则，采用A3幅面扫描仪对金箔进行1∶1扫描，将图片导入CAD软件，缩放到实际大小，沿金箔残片绘制1∶1矢量图形，并计算其面积;分析天平称重后计算金箔单位面积的质量，结果见表2。表2说明金箔每平方厘米的质量为11.6～23.6 mg，也就是说1 g黄金可打制约42.4～86.2 cm2的金箔。

表2 金箔面密度Table 2 Weight per unit area of gold leaves

采用XGT－5000型能量色散X射线荧光分析显微镜对194片金箔进行检测，并以Au质量分数为横坐标、Ag质量分数为纵坐标作散点图(图2)。由表1和图2可知，金箔主要为金银合金，因铜含量非常少，约0.3%以下，且因金箔大部分是包附于青铜基体上，铜元素有可能是来源于青铜的锈蚀产物，故在此未将铜列入。194片金箔中Au含量最高的是Y6446，Au为95.6%，Ag为4.4%;Au含量最低的是ZX－094，Au为82%，Ag为17%;从图2的离

2.2 色差分析

肉眼观察，194片金箔的外观颜色有一定的差别。为更精确地表示颜色的不同，应用分光测色散图可看出，大部分金箔Au含量为90% ～95%，Ag为5% ～10%。6片金箔离散聚集在一起，见图2红圈部分，分别为 ZX －094，Y6103，Y6662，Y6110，ZX－060和ZX－027，Au含量较低，为82% ～84%，Ag为16% ～18%。此外，另一个较为明显的特点是曹家岗5号墓中包附于铅锡基体上的17片金箔中，14片金箔Au含量在90% ～92%范围内。观察表明金箔的金相组织为α固溶体再结晶晶粒及孪晶(图3)，应经过热锻处理。计对所有样品进行检测，因曹家岗墓中的金箔表面颜色受埋藏环境的污染和影响较大，在此并未检测，只对赵巷墓中的166片金箔进行色差分析。以Y6662金箔(颜色偏浅黄，Au质量分数为82.5%)为目标色，测量其他样品与目标色之间的色差，并以色差综合偏差值ΔE来表示，每片金箔测3次，最后取其平均值，结果见表1，并以金箔Au质量分数为横坐标，色差ΔE为纵坐标作散点图(图4)。图4表明金箔颜色有一定的差异，差别最小的是ZX－094，ΔE为1.94，而 ZX－094是 Au含量最低的金箔(为82.0%)。差别最大的是Y6446，ΔE为16.9，Y6446是Au含量最高的金箔。相对来说，Au含量较低的6片金箔，ΔE值较低，为5以下，肉眼观察颜色偏浅黄。而Au含量为90%以上的其他金箔，ΔE值大部分集中于5～15，只有少量分布于5以下或15以上，肉眼观察颜色较Au含量较低的6片金箔偏红。

2.3 金箔加工微痕的分析

采用光泽度仪对所有金箔正反两面进行光泽度检测，每片金箔分别测3个点，最后取其平均值，最终的结果见表1。除5片金箔外，其他金箔均是正面较背面的光泽度更大，两面差异最大的是ZX－035，其光泽度值相差98.8GU;不同金箔之间正面光泽度也有一定的区别，光泽度最大的是ZX－035，正面光泽度为 101GU，最小的是Y6608，为 5.0 GU。

三维视频显微观察表明，金箔正面有明显的抛磨痕迹，有的为沿着一个方向的平行痕迹(图5a)，有的为不同方向(图5b)，但背面却观察不到任何抛磨痕迹(图5c)。同时用分辨率较高且具有3D功能的激光共聚焦显微镜分析抛光深度及宽度，将待观察的样品置于50×的物镜下，发现磨痕细密，抛磨宽度最宽为7～9 μm(图5d)，大部分宽度在 0.5 ～2 μm，深度为 0.5 ～1.5 μm(图5e)。

抛磨的目的是减少金箔表面的粗糙度，提高光泽度，这是同一片金箔正反面光泽度不同的原因。虽然金箔本身具有一定的光泽度，但抛光则会使其更为光亮。

每片金箔上都有精美的纹饰，图案类型丰富，但每片上的纹饰又各不相同，与包附于青铜饰片上的金箔相比，包附于铅锡饰片上的金箔纹饰则显简单与粗犷。为便于比较，特以包附于青铜饰片上的虎形金箔(Y6109)和包附于铅锡饰片上的圆盘形金箔(Z－57)举例说明(图6)。为提取花纹图案，采用A3幅面扫描仪对进行扫描，之后应用AI软件提取纹饰信息，形成线描图。Y6109金箔长约16.1 cm，宽约8.4 cm，其纹饰整体为一只虎纹，但细部又以多组蟠螭纹组合而成，为了凸显花纹，使图案具有立体浮雕感，纹饰包括阴线和阳线两种，其主线条一般为阴线(图6a中的蓝线所示)，即从金箔正面刻划纹饰;细节纹饰则为阳线(图6a中的红线所示)，从金箔反面刻划。主线条用于勾勒轮廓，内部填充细节纹饰，细节纹饰则以龙鳞和带勾的斜线条为主。采用三维视频显微镜和激光共聚焦显微镜对金箔背面进行观察，结果表明纹饰有明显的刻划痕迹(图6c)，刻划深度不一，经测量龙鳞纹饰刻划深度在36～76 μm之间(图6d)，线条纹饰刻划深度为19～25 μm;斜线条长度为1～2.5 mm，宽度为 58～206 μm，线条间距为 0.3～0.8 mm。因是人工刻划，可观察到明显的停顿、缺笔等现象(图6e箭头所指)。

Z－57圆盘形金箔直径约为11.3 cm，纹饰以五排绹纹为主，纹饰同样采用錾刻手法，同样包括阴线和阳线两种，一般主线条为阴线(图6b中的蓝线所示)，细节纹饰为一条条短的斜线随型填充于主线条内，呈阳线(图6b中的红线所示)。与Y6109相比，可明显看出纹饰简单，粗犷，稀疏。经测量，细节纹饰中的斜线条长度为3～5 mm，为Y6109线条长度的2倍左右，宽度为90～145 μm，线条间距为0.9～2.5 mm，为Y6109线条间距的3倍左右，刻划深度为45～62 μm，也较Y6109刻划深度要深。从图6f还可观察到很多斜线条有错位现象。

2.4 金箔贴附方式

另一个技术问题是，金箔是以何种方式贴附于青铜饰片上的。通过观察，发现饰片背面如图7所示，即金箔边沿内折与青铜基体相贴，为了更好地与基体紧贴，有些金箔边沿间隔5～6 mm剪一约3 mm宽的小口。对青铜和金箔贴附面的残留物取样，气质联用色谱分析表明无粘接剂的谱峰，推测这批金箔只是简单的物理贴附，陈允敦在《传统薄金工艺及其中外交流》［5］一文中提到传统的包金工艺，即将待包附的青铜饰片表面清洗干净，烘干，再将金箔复上，取净棉花紧按箔上，让金箔与被包物密贴，然后在炉火上微烘之，则金箔紧贴于器物表面。这批金箔可能正是用的此种贴附方法。

3 讨论

3.1 金箔冶炼技术的探讨

我国有悠久的薄金工艺历史。所谓薄金工艺，即是把黄金捶打或碾压成厚度十分小的薄箔的工艺。金的比重一般为19.3，硬度为2.5～3，熔点为1 064℃，其延展性为各金属之冠。在冷加工中不需退火仍可连续碾薄，这种性能极有利于金箔的打制，但为使金箔的性能更优，实际加工中金箔适当于400～500℃进行退火处理。纯金质地太软，打成薄片后不便于使用，一般掺杂少量银或铜可使其变硬。

正确区分早期金制品是自然金还是人工冶炼所得，需要从时代和地理位置上准确把握人工冶炼、提纯所得金银制品的总体成分和制作工艺特点。金在自然界中存在的形式分为砂金和脉金。砂金是指山体中的脉金经过长期风化剥蚀，被河水冲刷后使金与石英矿脉分离而成的金;脉金则主要存在于石英脉中，矿床大多分布在高山地区，对于脉金矿的开采需要开凿岩石，难度较砂金大很多。自然金成分因成矿时间和所处地理位置的差异表现出不同的特点，几乎所有自然金都含有银，中国自然金的纯度64% ～100%不等，银含量为0～35%。此外，还含有少量铜，一般铜含量少于1%［6］。而我国有明确金银提纯记载的文献为东汉狐刚子的《出金矿图录》，记录了当时分庚技术(金银分离技术)的两种做法，一是“黄矾 －胡同律法”，另一种是“矾盐法”［7］。根据出土年代及成分特点来推测，先秦时期人们较难掌握开采脉金和金银分离的技术，通过以上分析，该批金箔为金银合金，基本不含铜，推测这批春秋晚期的金箔极有可能采用自然金中的砂金。从图2的金箔成分离散图进一步可知，赵巷墓中包附于青铜饰片上的金箔至少应采用两种不同的砂金原料，而曹家岗墓中包附于铅锡饰片上的金箔可能与包附于青铜饰片上的金箔用料也不相同。

3.2 金箔制作工艺过程推测

基于金箔加工过程中遗留下来的痕迹，并通过在南京金陵金箔集团实地考察和文献调研［8］，推测该批金箔的主要制作工艺流程为:熔铸—反复锤打至所需厚度—裁剪到合适尺寸—打磨抛光—刻划纹饰—贴附于基底。

1)熔铸。将原始金块置于坩埚内，放入木炭小风炉内加热到1 200℃，待金全部融化后倾入铸槽，形成金条。为使后期制作简单方便，一般一次只化几十克的金条。

2)捶打成片。在毡子上用锤子将小金条反复锻打形成坯片，期间因加工硬化的原因，需将坯片加热到500℃以上，进行退火热处理，使金片变软，方可继续捶打，直至达到所需厚度。

3)裁剪和打磨抛光。将金片裁剪到合适的尺寸，在金片正面进行打磨抛光处理。受考古出土材料所限，无法获知裁剪和打磨所用工具。

4)刻划纹饰。这一步骤非常关键，刻工根据器物形状先行设计好图案，之后采用特制的工具，在如此薄的金箔上进行刻划。所用錾刀的錾头不能过于锋利，且用力要浅，以防錾透。

5)贴附于基底。具体方法如前，此不赘述。

3.3 与其他墓葬出土金箔的对比

我国从商代后期开始大量使用金箔、金片、金薄片，金箔的加工已有一定规模。如四川三星堆遗址两个祭祀坑(殷商时期)出土了金面罩、金手杖、金箔叶形饰、虎形器、金鱼、金璋、金带等各种形状的金片，其中尤以金面罩最引人注目。经检测，这些金片金含量为82.451% ～86.194%，银含量为11.006%～14.795%，同时含有少量钡及其他微量元素，金片厚度为0.12～0.44 mm。研究者认为该批金器应采用冶炼法将自然金银矿砂熔融，使金与其他杂质矿物分离，最后使用人工锻打或人工碾压成器［9－10］。

金沙遗址(商代晚期至春秋时期)也出土有太阳神鸟、金带等金箔，经测量金箔厚度一般为0.1～0.2 mm，最厚的0.4 mm左右，金箔中金含量为83% ～94%，银含量为5.1% ～16.4%，铜含量为0.2%～1.6%，只有少数表面进行抛光处理，纹饰为刻划形成［11］。

西周和春秋战国时期，金箔的使用更加普遍。如河南淅川下寺春秋楚墓中出土有约749 g金箔，金箔上压印有几何纹饰以及夔龙纹［12］，相关科学分析研究尚未见报道。

安徽蚌埠双墩一号春秋墓中发现了许多金箔残片［13］，据推测是包在青铜编钟和石罄木挂架表面的铅锡装饰片上的。金箔大小不一，厚约0.01～0.05 mm，呈浅黄或青黄色，颜色不匀，金含量为80%～86%，含银量为13%左右，值得注意的是该批金箔中含有一定量的汞，推测金箔所用原料是采用混汞法选提的，该批金箔在出土时代、墓葬属性，金箔厚度、类型等方面均与本研究的金箔最为相似。曾侯乙墓出土战国早期金箔共计940片，主要用来贴附在铅锡饰片上，这些金箔最厚的0.378 mm，最薄的0.037 mm，一般厚度在0.1～0.2 mm之间，面密度20～30 mg/cm2。素面金箔含金约92%，含银约8%，几何纹金箔含金约86.7%，含银约13.3%，多数花纹为压印形成［14］。

甘肃张家川马家塬墓地出土了大量战国晚期金制品及残件，其中很多为金箔、金片类，如贴于残铁件上的金片、金箔车马饰件等，这些金制品金含量64.9% ～93.7%，银含量7.3% ～33.5%，铜含量0%～3%，已有的研究仅对残铁饰件上金片厚度进行测量，其平均厚度为50～60 μm，金箔表面经过抛光处理后用錾子刻划出所需的纹饰［6］。

新疆哈密巴里坤西沟遗址1号墓出土了一些人身上佩戴和衣物上缝缀的三角形、水滴形、长条形的金饰片，金含量为71.9% ～92.8%，银含量为7.2% ～28.1%，厚度未知，表面有一定的抛光痕迹，无纹饰［15］。

与上述墓葬出土的金箔、金片相比，这批楚墓出土金箔厚度最薄，金含量相对较高，金箔表面更光亮，打磨抛光较为明显，纹饰种类更为丰富，纹饰刻划更为细腻、繁缛，这些都表明其制作工艺达到了相当高的水准。

4 结论

1)通过对湖北当阳曹家岗5号楚墓和赵巷12号楚墓出土包金金属饰片金箔成分的分析表明:这批金箔主要为金银合金，大部分Au含量为90% ～95%，Ag含量为5% ～10%。少数金箔Au含量相对较低，为82%～84%。金箔颜色随金含量增加逐渐从浅黄变红黄。每片金箔的正面比背面光亮很多，显微观察金箔正面经过精细的抛光处理。

2)金箔上均有精美的纹饰，纹饰细腻，图案类型丰富，纹饰通过刻划形成。与包附于青铜饰片上的金箔相比，包附于铅锡饰片上的金箔纹饰则显简单与粗犷。

3)与先秦时期其他墓葬出土的金箔、金片相比，这批楚墓出土金箔制作工艺水准相对较高。

4)激光共聚焦显微镜和三维视频显微镜是研究器物上微痕的非常重要的观察和分析手段。特别是激光共聚焦显微镜因其具有高的分辨率和3D重建功能，使其在微痕的深度分析中能发挥重要的作用。

致 谢:本文在写作中得到了董亚巍老师、康健老师的启示，宜昌博物馆肖承云馆长、向光华副馆长为样品的采集提供了帮助，部分样品分析工作是由北京科技大学蔡秋彤、王京、杨自然和陈璁完成的，在此一并致谢!