新疆吐鲁番阿斯塔那墓葬出土壁画颜料分析

高愚民

一、前言

新疆地处欧亚大陆腹地，独特的地理位置使其成为丝绸之路要道，张骞凿通西域之后，世界的多元文化在这里交融，造就了新疆独特的历史文化面貌。吐鲁番阿斯塔那古墓群位于吐鲁番市东部，是古代高昌王国官民的公共墓地，出土了大量的古代文物，素有“地下博物馆”之称。上世纪文物考古工作者先后对阿斯塔那古墓群进行了13次较大规模的抢救性发掘，科学发掘了四百余座古代墓葬，出土了众多西晋至唐代中期的文物①②③新疆维吾尔自治区博物馆：《1973年吐鲁番阿斯塔那古墓群发掘简报》，《文物》1975年第7期，第8～26页。。其中工艺精美数量庞大的纺织品，内容丰富种类繁多的古代文书，色彩绚丽造型生动的壁画彩塑等，都具有很高的历史艺术价值，吐鲁番学研究已成为国际上的一门显学。目前为止，未见关于吐鲁番阿斯塔那墓葬出土壁画制作材料及工艺研究的报道。

本文以吐鲁番阿斯塔那65TAM38 唐代墓葬出土屏风壁画残块为研究对象，利用体视显微镜、偏光显微镜、X 射线荧光分析、X 射线衍射分析、拉曼光谱分析等方法对壁画成分及结构进行了分析，为丝绸之路壁画材质工艺研究、后续保护修复材料及工艺选择提供科学依据。

二、壁画概述及价值

吐鲁番阿斯塔那墓群发掘了四百余座墓葬，该壁画出土于中唐时期的65TAM38号墓。该墓葬为大型双室墓，墓室前室藻井周围绘有祥云和飞鹤，四壁上部绘有仙鹤衔花草及童子骑飞鹤等图案。主室顶部及四壁上部绘有二十八宿天文图，后壁绘有六幅屏风式壁画，每幅高约140cm，宽约56cm，经考证壁画内容为《树下人物图》，画面中主人头带幞头，身着紫或绿色衣袍，或郊游、或弈棋、或驯鹰、或示训，侍女仆童伴随左右，生活怡然自得①王晓玲、吕恩国：《阿斯塔那古墓出土屏风画研究》，《美与时代》2015年，第42～44页。。该壁画采用了单墨线勾勒造型、平涂填色等传统手法，风格简洁流畅。考古发掘后不久墓室坍塌，后经抢救性修复基本复原该六幅屏风壁画。

该壁画作为新疆地区已发现的七幅墓室壁画中时代明确、壁画面积最大、绘画内容最为丰富的一幅，为研究中唐时期世人生活及精神追求提供了重要史料。同时其线条流畅设色简洁的绘画风格也是我国古代美术研究珍贵的实物资料。

三、样品及实验条件

1.样品基本信息

实验样品取自吐鲁番阿斯塔那65TAM38号墓出土壁画，为5块无法拼对修复的、带有典型颜色的壁画残块，其颜色为蓝、紫、绿、白、黑、赭色6 种，取样点编号分别为蓝色（1#图中右点）、紫色（1#图中左点）、绿色（2#）、白色（3#）、黑色（4#）、赭色（5#）（图版肆，1）。

2.仪器及实验条件

Stemi2000-C 型体视显微镜（德国蔡司公司）用于壁画样品形貌观察。放大倍数1.95X-200X，冷光源8V、20W，最大工作距离286mm。XL3t 手持式X 荧光光谱分析仪（美国尼通公司）用于颜料组成分析。使用X 射线激发Ag 靶，分辨率小于190eV，激发能量50kV/40μA，检测时间30s，采用矿土模式。SmartLAB X 射线衍射仪（日本理学株式会社）用于颜料结构分析。Cu靶，狭缝DS=SS=1°，RS=0.15mm，电压40kV，电流40mA。测量时样品水平放置不动，避免样品应力变化及掉落。invia拉曼光谱分析仪（英国雷尼绍公司）配有Leica 显微镜，用于颜料结构分析。采用氩离子激光器，激发光波长514nm，物镜放大倍数100 倍，信息采集时间10s，累加次数5 次，功率5%。在体视显微镜下挑取粉末样品放在载玻片上直接分析。Leica DMLSP 偏光显微镜（德国莱卡公司）用于颜料结构分析。挑取粉末样品颗粒于载玻片上，用酒精稀释研磨，用圆形盖玻片盖片，加热滴胶固化后进行观察。

四、结果与讨论

1.形貌观察

选取有代表性的2#绿色壁画样品进行形貌研究，以确定壁画的制作工艺。由体视显微镜观察（图版肆，2）可见，2#绿色壁画由支撑体、地仗层、白粉层和颜料层构成，其中白粉层厚度约为0.2mm，颜料层厚度约为0.06mm；地仗层主要材质为黏土、细沙、麦草纤维等。

2.X射线荧光分析结果

样品原位无损X荧光分析（XRF）结果表明，1#蓝色颜料主要元素为Cu，我国古代含Cu的蓝色颜料有蓝铜矿（CuCO3·Cu（OH）2），通过后续的X 衍射、拉曼光谱及偏光显微分析确定其为蓝铜矿。2#绿色颜料主要元素为Cu 及少量的Ca 和Fe，常见主要元素为Cu 的绿色颜料为氯铜矿（Cu2（OH）3Cl）和石绿（CuC03·Cu（OH）2），基于X 荧光分析结果无法准确鉴定，结合拉曼光谱和偏光显微分析可知绿色颜料为氯铜矿，分析结果中含有少量Ca和Fe元素应为绿色颜料部分脱落裸露出的白粉层所致。3#白色颜料主要元素为Ca 及少量Fe。含Ca 的白色矿物颜料有石膏（CaSO4）、方解石（CaCO3）、骨白（Ca3（PO4）2），具体为哪一种矿物还需进一步分析。赭色颜料（5#）主要元素为Fe及少量的Ca，推测赭色颜料可能为铁红（Fe2O3）。

3.X射线衍射分析结果

部分颜料样品的X 射线衍射微区分析结果表明，1#蓝色颜料的2θ 在18.49、25.55、38.73°有强衍射峰，与蓝铜矿三强峰完全吻合。因此，蓝色颜料是石青。2#绿色颜料的2θ 在16.08、25.55、32.22、40.84 °有强衍射峰，其中16.08、32.22、40.84°的特征峰与氯铜矿匹配，推断绿色颜料为氯铜矿；25.55°为石膏最强峰，这是由于壁画颜料层严重脱落，X 射线照射至白粉层石膏所致。3#白色颜料的2θ在25.55、31.34、40.84°有强衍射峰，与石膏三强峰完全吻合，因此白色颜料是石膏。

4.拉曼光谱分析结果

使用激光共聚焦拉曼光谱仪对所取样品进行分析，蓝色颜料的拉曼光谱图显示拉曼峰位于546、598、1144、1250、1362、1460、1578、1695cm-1，与蓝铜矿的特征峰位置一致，表明蓝色颜料为石青（图1a）；绿色颜料的特征峰位于512、911、975cm-1，与氯铜矿的特征峰位置相同，绿色颜料是氯铜矿（图1b）；白色颜料的特征峰位于498、627、1016s、1130、1159cm-1，与石膏特征峰位置一致，表明白色颜料为石膏（图1c）；黑色颜料的拉曼特征峰位于1355 和1605cm-1，与炭黑吻合，黑色颜料即为炭黑（图1d）。

图1 拉曼光谱图

5.偏光光谱分析结果

利用偏光显微镜对4 个颜料样品进行分析，结果见图版肆，3，由图可知，1#蓝色样品晶体在单偏光下具有岩石状破碎感，大的晶体非常蓝，小晶体为淡蓝色，正交偏光下消光性很强，折射率稍大，偏光特征与石青一致。1#紫色样品晶体在单偏光下可见直边，呈淡紫色；正交偏光下消光性很强，折射率稍大，偏光特征与汉紫吻合。2#绿色样品单偏光下晶体呈暗绿色，边缘圆润，中心有核；在正交偏光下是弱消光，其折射率较大，符合氯铜矿偏光特征。4#黑色颜料在单偏光下呈黑色，可见直边；正交偏光下无消光，无折射率，偏光特征与炭黑一致。5#赭色颜料单偏光下，晶体为颜色较为暗淡，颗粒边缘较为圆润，正交偏光下呈现全消光，其折射率较大，符合铁红偏光特征。

五、讨论

综合多种分析手段可知，65TAM38 号墓出土壁画所用颜料为矿物颜料。其中蓝色颜料是石青，绿色颜料为氯铜矿，白色颜料为石膏，黑色颜料为炭黑，赭色颜料为铁红，紫色颜料为汉紫。

石青，又叫蓝铜矿，化学式为CuCO3·Cu（OH）2，是一种碱性铜碳酸盐矿物，产于铜矿床氧化带中，是含铜硫化物氧化的次生产物。秦汉时期我国已经将石青作为颜料使用，考古资料显示，秦始皇兵马俑就以石青作为蓝色颜料①黄建华：《秦俑彩绘材质分析研究》，西北大学硕士学位论文，2015年。。魏晋南北朝之后，石青被广泛的应用于敦煌莫高窟②李最雄：《敦煌莫高窟壁画颜料分析研究》，《敦煌研究》2002年第4期，第11～18页。、炳灵寺石窟③马清林、周国信、程怀文、王亨通、王世儒：《炳灵寺石窟彩塑、壁画颜料分析研究》，《考古》1996年第7期，第80～90页。及麦积山石窟④魏文斌：《麦积山石窟初期洞窟调查与研究》，兰州大学博士学位论文，2009年。等石窟寺壁画及彩塑等彩绘类文物。吐鲁番作为丝绸之路重镇，文化及物资交流极为繁盛。石青成本较低、性质稳定，经科学分析可知该墓葬壁画以石青作为蓝色颜料。

氯铜矿，化学式为Cu2（OH）3Cl，化学名称为碱式氯化铜，属于卤化物矿物，颜色一般为宝石绿至黑绿色，常与孔雀石、蓝铜矿等伴生⑤王进玉，王进聪：《敦煌石窟铜绿颜料的应用与来源》，《敦煌研究》2002年第4期，第23～28页。。早在公元三世纪新疆克孜尔石窟壁画中就已发现氯铜矿作为颜料使用⑥苏伯民、李最雄、马赞峰、李实、马清林：《克孜尔石窟壁画颜料研究》，《敦煌研究》2000年第1期，第65～75页。。唐代时期敦煌莫高窟壁画就主要以氯铜矿作为绿色颜料，这与文献记载当地制取并出售以氯铜矿为主的绿色颜料符合。此外，甘肃威武天梯山石窟⑦于宗仁、赵林毅、李燕飞、李最雄：《马蹄寺、天梯山和炳灵寺石窟壁画颜料分析》，《敦煌研究》2005年第4期，第67～70页。及天水麦积山石窟壁画⑧周国信：《麦积山石窟壁画、彩塑无机颜料的X射线衍射分析》，《考古》1991年第8期，第744～755页。中都分析出氯铜矿。结合上述文献，可以确定该墓壁画所用绿色颜料为氯铜矿。

在我国古代壁画中，石膏、方解石、高岭石、铅白、骨白等常被用作白色颜料或与其他颜料调色使用，此外这些白色矿物也常被作为底色层或白灰层。克孜尔石窟、敦煌莫高窟、马蹄寺石窟群和天梯山石窟中都将石膏作白色颜料使用。综上所述结合X 荧光、X 衍射和显微拉曼结果断定该壁画的白色颜料为石膏。

壁画中的黑色可分为原黑色和变黑色，原黑色中最常见的即为炭黑，是含碳物质在空气不足的条件下经过不完全燃烧或受热分解而得到的产物。炭黑经济易得、历史悠久，早在新石器时代的浙江河姆渡文化及淮河流域双墩遗址中就发现夹炭黑陶⑨朱铁权、王昌燧、徐大力、吴隽：《双墩遗址黑陶渗炭工艺初探》，《文物保护与考古科学》2005年第2期，第1～8页。。秦始皇帝陵园出土彩绘青铜水禽表面也发现以炭黑作为黑色颜料⑩邵安定、梅建军、杨军昌：《秦始皇帝陵园出土彩绘青铜水禽表面彩绘工艺研究》，《文物保护与考古科学》2014年第3期，第19～28页。。西安唐韩休墓⑪严静、刘呆运、赵西晨：《唐韩休墓壁画制作工艺及材质研究》，《考古与文物》2016年第2期，第117～127页。也发现使用炭黑作为黑色颜料。结合上述文献及拉曼和偏光分析，确定该壁画黑色颜料为炭黑。

铁红，主要成分为氧化铁，其性质稳定、取材方便、价格便宜，是我国古代重要的一种颜料。其使用历史可以追溯至旧石器时代，山顶洞人出土的人骨周围就散布有赤铁矿粉末。王伟锋等研究发现多个地区的墓葬壁画中都有使用铁红作为颜料①王伟锋、李蔓、夏寅：《中国古代墓葬壁画制作工艺初步研究》，《文博》2014年第5期，第88～93页。。战国至西汉时期的广西花山岩画就主要以铁红作为红色颜料②郭宏、韩汝玢、赵静：《广西：花山岩画颜料及其褪色病害的防治对策》，《文物保护与考古科学》2005年第4期，第7～14页。。魏晋南北朝之后铁红的使用逐渐增多，唐代韩休墓壁画及天水麦积山石窟中使用的红色颜料均为铁红。多种分析结果表明该壁画以铁红为赭红色颜料。

汉紫又称为中国紫，分子式为BaCuSi2O6或Ba3Cu2Si6O7，属于硅酸铜钡类颜料，考古资料显示中国紫的使用时代为西周至两汉。秦始皇帝陵博物院科研团队先后在秦始皇陵兵马俑③夏寅、严苏梅：《秦俑彩绘紫色颜料的再研究》，《秦俑博物馆开馆三十周年秦俑学第七届年会国际学术研讨会论文集》，西安：三秦出版社，2010年，第508～511页。、西安理工大学曲江校区西汉壁画墓④冯健、夏寅，Catharina Blaensdorf：《西安理工大学曲江校区西汉壁画墓颜料分析研究》，《西北大学学报（自然科学版）》2012年第5期，第771～776页。、山东危山西汉墓⑤夏寅、吴双成、崔圣宽：《山东危山西汉墓出土陶器彩绘颜料研究》，《文物保护与考古科学》2008年第2期，第13～19页。中发现中国紫并进行研究。此外，在洛阳战国墓出土的八棱柱⑥马清林、张治国、高西省：《洛阳战国墓出土八棱柱中的中国蓝和中国紫研究》，《文物》2008年第8期，第83～88页。、汉阳陵东阙门遗址⑦孙凤、孙满利、赵西晨：《汉阳陵东阙门出土蓝紫色颜料的科学分析》，《光谱学与光谱分析》2018年第5期，第1588～1591页。中也发现了中国紫的应用。中国紫使用时代为西周至东汉，考古资料显示其使用区域为在陕西、河南、山东等地，但此次在新疆吐鲁番阿斯塔那唐代墓葬中发现中国紫颜料，扩展了该颜料的时空框架。然而本实验因分析手段限制及样品量较少，仅有偏光显微分析证明紫色颜料为汉紫，后续将进一步开展相关工作，联合多种现代分析技术证实该墓葬中发现的中国紫。

六、结论

利用体视显微镜、X 荧光光谱仪、X 射线衍射仪、拉曼光谱仪和偏光显微镜对阿斯塔那65TAM38 号墓出土壁画样品进行了分析。结果表明，该壁画由支撑体、地仗层、白粉层和颜料层构成。壁画所使用的颜料全部为矿物颜料，其中蓝色颜料为石青，绿色颜料为氯铜矿，白色颜料为石膏，黑色颜料为炭黑，赭色颜料为铁红。紫色颜料为汉紫，这在新疆地区为首次发现。该研究为丝绸之路壁画材质工艺研究和后续保护修复材料及工艺选择提供科学依据。

致谢：本研究西北大学王丽琴教授给予了悉心指导，吐鲁番学研究院徐东良主任提供了珍贵的样品，西北大学邝玲华、杨真真同学及秦始皇帝陵博物院黄建华老师在实验中给予了很大帮助，在此表示真挚的感谢！