敦煌莫高窟第44窟壁画材质及起甲病害研究

马赞峰 汪万福

内容摘要：本文以莫高窟第44窟为主要研究对象，对第44窟壁画材质及工艺进行了详细的分析，并对其起甲病害做了初步探索。研究表明，莫高窟第44窟存在三个不同时代的壁画，病害以起甲为主。不同时代壁画，其地仗中的土沙比有很大的不同，所用的颜料各个时代亦有差别，起甲颜料样品存在弯曲及断裂现象。通过对第44窟环境及材质的研究，为下一步研究莫高窟壁画起甲病害机理提供了基本依据。

关键词：莫高窟；第44窟；壁画材质；起甲病害

中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：1000-4106（2014）05-0108-11

On the Materials and Flaking of the Wall Paintings

in Mogao Cave 44

MA Zanfeng1 WANG Wanfu2，3

（1. Institute of Ethnology and Sociology， Minzu University of China， Beijing 100081；

2. Conservation Institute， Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200；

3. NationalResearch Center for Preservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites，

Dunhuang，Gansu 736200）

Abstract： Focusing on Mogao cave 44， this paper presents a study on the materials and techniques used in creating the wall paintings as well as a preliminary investigation of the flaking of the murals. The results suggest that the images in this cave date back to three different periods and that flaking of the surface paint layers is the main cause of deterioration to the wall paintings， though samples of the flaking murals also exhibit curves and cracks. Further investigation shows that the pigments and the ratio of sand and soil in the ground have varied over time. This study provides basic evidence for the causes of the deterioration of the wall paintings in the Mogao caves by studying the environment of cave 44 and the materials of its murals.

Keywords： Mogao Grottoes； cave 44； materials of wall paintings； flaking

0 概 述

敦煌莫高窟是人类珍贵的文化遗产，保存自4—14世纪约10余个朝代45 000m2的壁画[1]。壁画反映了古代社会生活、经济、信仰、科技等方面的内容，具有重要的历史、科学及艺术价值。

莫高窟壁画现存主要的病害有空鼓、起甲、酥碱等。以往对于壁画的保护主要集中于壁画环境、材质、病害分析以及保护材料及工艺等方面。

莫高窟现存壁画的洞窟492个，笔者结合敦煌研究院保护研究所2002、2006年年终石窟病害调查档案开展实际调查，发现存在壁画起甲现象的洞窟约有205个，约占有壁画洞窟数量的42%。

起甲作为壁画主要病害之一，在世界上广泛存在。科研人员针对起甲病害的修复进行了大量的研究，在一定程度上治理了起甲壁画，延长了壁画的寿命。日本曾以柯巴脂、丙烯酸树脂、5%动物胶和2%海藻胶的混合液修复起甲壁画[2]。美国曾以聚醋酸乙烯酯乳液、Paraloid B72三氯乙烯溶液修复[3]。英国曾以聚乙烯醇蒸馏水溶液修复[4]。澳大利亚曾以Plextol B500修复[5]。德国、法国、意大利等欧洲国家目前对壁画颜料层加固主要用Paraloid B72。

中国曾以胶矾水、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液、乙基纤维素溶液、鱼膘胶、聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液作为修复起甲的材料[6-9]。

这些研究工作，在一定程度上保存了壁画，但就壁画起甲机理研究来说，尚未见更多的报道。

莫高窟第44窟的开凿装饰跨历三个历史时期，壁画病害主要表现为起甲。通过对莫高窟第44窟制作材质及工艺进行研究，不仅对于考古学有重要意义，对揭示莫高窟壁画起甲病害机理亦具有重要的意义。

1 莫高窟第44窟历史沿革

第44窟位于莫高窟南区北段下层，属中型洞窟。该窟前部人字披顶，后部平顶，中央偏后有中心龛柱，柱东面开一龛，南北壁各两龛。窟中壁画总面积约281.61m2，彩塑8身。该窟为盛唐时期修建，又经中唐、五代时期重修，现存壁画既有盛唐壁画又有中唐和五代壁画[10]。其中北壁中部为盛唐壁画，北壁及东壁下方为五代壁画，中心塔柱及其余部位则均为中唐时期壁画（图1）。壁画内容主要有千佛图、维摩诘经变、西方净土变、菩萨、天王、供养比丘等。

莫高窟第44窟开凿于敦煌盛唐晚期，处于沙洲与吐蕃作战至吐蕃攻陷沙洲的特殊历史时期，属敦煌石窟中“盛唐未完工中唐补绘洞窟”[11]。一窟之内有几种不同时代风格的壁画，表明了石窟营建漫长而复杂的历史，集中反映了当时的历史背景与社会关系。第44窟壁画制作尤为特殊，即使经中唐补绘，亦未完工。其后五代虽有所绘，仅见于下方供养人，而在南壁龛内仍有未绘壁画的部位。

2 莫高窟第44窟起甲病害情况

第44窟现存壁画主要有起甲、酥碱、空鼓等病害。其中起甲壁画面积约为136.34m2，占壁画总面积的48.4%，主要分布于主室北壁西侧上方（图2）、南壁西侧中上方以及中心塔柱的四向面（图3）。值得注意的是，起甲壁画主要为中唐补绘壁画，北壁中间盛唐壁画只有部分起甲，而下方五代壁画则很少起甲。

莫高窟第44窟起甲种类比较多，为方便论述，先对壁画起甲程度进行分类。起甲程度是描述起甲病害严重情况的一个物理量，限于起甲的位置、大小、形状、起翘程度、面积等多方面因素的影响，要确切界定起甲程度是比较困难的。考虑到在描述时的通用性及普遍性，将起甲程度一般分为起甲开裂、起甲卷翘及起甲脱落三个层次。这三个层次是起甲壁画最基本的三个阶段，它们是依次递进的关系，起甲开裂是指已经开裂，有轻微起翘，但不严重的情况；起甲卷翘是指壁画已经卷起，有脱落的危险；起甲脱落是指壁画起甲后，部分已经脱落，它也是起甲壁画最为严重的一个层次，直接威胁壁画的安全，有修复的必要。莫高窟第44窟起甲程度有起甲开裂、起甲卷翘及起甲脱落三种类型。

3 莫高窟第44窟温湿度监测

为了解第44窟壁画保存环境，2007年11月，在第44窟佛龛分别放置一台美国产全自动温湿度监测仪，型号为HOBO Pro V2。监测周期为2007年11月—2008年10月。

3.1 温度

图4为第44窟的温度变化图。由图4可知，第44窟年内温度以1—2月间为最低，3月份后逐渐升高，到8月份达到最高，9月以后温度开始下降。窟内月平均温度在8.7—14.47℃之间。年内最高温度为14.47℃，最低温度7.83℃。

3.2 湿度

第44窟年相对湿度变化与温度的变化趋势相似（图5）。年内月平均湿度以1—2月间为最低，3月份后逐渐升高，到7月份达到最高，9月以后湿度开始下降。窟内月平均相对湿度在15.15%—54.88%之间，年内最高相对湿度为70.20%，年内最低相对湿度为12.40%。

4 莫高窟第44窟壁画制作工艺研究

4.1 样品情况

2007年5—7月，笔者分别对莫高窟第44窟三个时代的壁画地仗和颜料进行了取样。因中唐壁画起甲特别严重，取样较多。其中，采集地仗样品5个（表1），颜料样品28个（表2）。

4.2 分析方法与仪器

本次主要采用仪器分析方法。所用仪器设备型号及检测条件如下：

（1）金相显微镜（Metallurgical Microscope）

OLYMPUS BX-51M 型金相显微镜。光源：暗场，反射光；观察倍数：50—200Ⅹ。

（2）X射线衍射仪（XRD）

Rigaku D/max 2200型Ⅹ射线衍射仪（日本理学制造）。管电压： 40kV，管电流40mA，Cu靶。发散狭缝、防散射狭缝分别为1°，接收狭缝为0.15mm。

（3）能量散射X射线荧光分析仪（EDXRF）

SHIMADZU EDX-800HS型能量散射X射线大腔体荧光分析仪（日本岛津公司制造）。测量电压为50kV，测量时间为100s，Rh靶。

（4）扫描电子显微镜（SEM）

Hitachi S-3600N型扫描电子显微镜（日本日立公司制造），同时利用X射线能谱仪（EDS）对颜料层、地仗层元素进行半定量分析，工作电压20kV。

（5）气相色谱-质谱仪（GC-MS）

日本岛津气相色谱质谱仪 GCMS-QP2010 Plus。

4.3 分析结果

4.3.1 地仗

壁画地仗的材料一般是由粉状黏土（简称粉土）、沙以及少量的植物纤维（如麦草、麻等）按照一定的比例加水调和而成。采用蒸馏水浸泡分离法对土和沙进行分离，地仗材料分析见表3。地仗的成分与元素则用XRD及XRF进行分析。结果见表4与表5。

从表3含沙比来看，第44窟地仗的含沙量在41.09%—66.43%之间变动，麦草比约在1.9%—2.5%间变动。其中，五代时期壁画的地仗层含沙量最小，盛唐的居中，中唐的最大。而且，不同中唐时期壁画样品地仗层之间的含沙比差别也很大。由于所取地仗样品数量较少，尚不能说明整个洞窟地仗的土沙比情况。不过，这一结果至少说明古人制作壁画地仗层时，土沙比的选择有较大的随意性和不规律性。

由XRD（表4）结果可知，第44窟壁画的地仗成分主要为石英、云母、方解石及钠长石等。因所选取的地仗分属三个时代，因而该结果说明不同时代制作的壁画地仗所使用的材料基本相同，但相对比例则有所不同。

由EDXRF（表5）结果可知，这五个地仗样品的CaO含量基本一致（25.4%—28.9%），SiO2含量差别较大（27.5%—36.7%），Fe2O3含量亦有区别（16.6%—22.9%），其他成分则变化不大。较大差别的SiO2含量反映了地仗中沙土比例的不同，而Fe2O3含量不同则可能导致地仗颜色的差异。

4.3.2 颜料

XRD及EDXRF分析结果（表6—7）表明，莫高窟第44窟主要使用白色、红色、绿色、蓝色及黑色颜料。

白色 滑石（Mg3Si4O10（OH）2）、方解石（CaCO3）、石英（SiO2）。

红色 土红（α-Fe2O3）、铅丹（Pb3O4）、朱砂（HgS）。

绿色 氯铜矿（Cu2（OH）3Cl）、石绿（CuCO3·Cu（OH）2）。

蓝色 青金石（Na，Ca）7–8[（Al，Si）12（O，S）24][SO4Cl2，（OH）2]。

黑色 炭黑（C）、二氧化铅（PbO2）。

4.3.3 颜料层剖面

壁画剖面分析可直接观察颜料各层间的关系及壁画的病害情况，是壁画病害分析最有效的手段之一。颜料层剖面分析结果表明，第44窟颜料样品多分为三层，由内至外，依次为地仗层、白粉层及颜料层。起甲样品颜料层剖面中，多数样品白粉层和地仗层间及地仗层内部均有松散、开裂现象，起甲断裂于地仗层间。图6—7所示为一个绿色起甲颜料的剖面显微镜及扫描电子显微镜照片。

4.3.4 胶结物

通过油类、树脂类的测定分析，仅在样品中测出了微量的棕榈酸和硬脂酸， 没有测出油、树脂或蜡的特征化合物。

通过蛋白质的测定，同时应用质谱总离子流法（TIC）和质谱选择离子法两种测定方式。 由于样品中氨基酸的含量很低，仅在选择离子分析法中测出了氨基酸， 包括丙氨酸（ala）、甘氨酸（gly）、缬氨酸（val）、亮氨酸（leu）、异亮氨酸（Ile）、脯氨酸（pro）。由于测到的氨基酸种类少并且含量低，而不能准确断定是哪一种蛋白质。可能由于壁画风化严重，大部分有机成分已经被腐蚀。另外该分析所用的样品是XRD测定后的粉末样品，样品在研磨的过程中，有机成分也有可能因粘合在研磨器上而损失。

4.4 结果讨论

4.4.1 地仗

第44窟虽经三个历史时期所绘，但其地仗的组成基本相同，只是含沙量有所区别，相差最高可达20%之多。这说明古人作画，其时代不同，区别很大，没有固定规律。古人以黏土、沙子和麦草混合来制作壁画地仗，实际操作中并没有严格的比例，即使是同一壁面，这一比例也会有所不同。基于此，第44窟不同时代地仗中的含沙比只是一个范围，并不随朝代不同而存在某种必然关系。但对当时的工匠来说，制作某一处壁画，其中沙土比的多少有相对的固定性。

4.4.2 颜料组成

第44窟的颜料为敦煌石窟常用的矿物颜料，盛唐、中唐及五代的白色颜料皆为滑石和方解石。

盛唐壁画红色使用了铅丹、土红和朱砂。铅丹大量使用，以至于由于铅丹变色为棕色二氧化铅而使壁画表面多处呈现黑色。盛唐使用的绿色颜料为氯铜矿和石绿混合使用。

中唐的千佛图大量使用土红并主要应用于千佛的胸部及袈裟等处，铅丹和朱砂很少使用；绿色颜料使用了氯铜矿和石绿，分单独使用和混合使用两种；蓝色青金石仅在第44窟南壁佛龛及菩萨像上使用。

五代供养人重绘，供养人多为红色土红，榜题为红色土红和绿色氯铜矿。

第44窟经中唐、五代重修，时逢战乱，社会生产力遭到极大破坏，物力和财力匮乏，颜料的贸易渠道可能受到影响，因而在制作壁画时，所使用颜料应以廉价、易得颜料为主。颜料分析的结果也符合这一情况。值得一提的是，即使在这样的环境下，敦煌仍存在一批“盛唐未完工中唐补绘”洞窟，可见，当时佛教已深入人心，或因战乱而更易寄希望于佛教。

4.4.3 颜料层位及起甲颜料样品分析

第44窟的颜料层位基本可分为三层，由外至内依次为颜料层（厚约0.005—0.080mm）、白粉层（厚约0.01—0.30mm）、地仗层。白粉层主要使用了滑石和方解石。绘制壁画时，多数在白粉层上直接绘画，个别样品中也发现有用某一颜料打底色的情况。

在采集起甲病害样品时，颜料层表面多有弯曲现象。在金相显微镜和扫描电镜下，观察到一个值得重视的现象，即多数起甲样品有明显的断裂面，断裂面多发生于细泥层。另外，在部分样品中，白粉层与地仗层存在明显分离现象，而颜料层和白粉层之间本身却比较紧密。这为探索起甲壁画病害机理提供了一个线索，即在颜料、白粉与地仗三层之间明显存在强度不一致的现象；同时，因所受应力不均匀而导致了颜料层的弯曲起翘。进一步考察胶结材料本身的性能，或能解决这一问题。

4.4.4 胶结物

因样品中胶结物含量太低或是进行XRD分析测试时用酒精粘接的关系，气相色谱——质谱对第44窟所使用胶分析结果虽然没有判明胶是何种蛋白质种类，但可以肯定为动物胶。这与文献记载的结果相一致，不同的是文献中提出敦煌壁画所使用的胶类似于牛皮胶，这一结果为选用何种胶结材料作为试验起甲胶结材料提供了依据。

5 结 论

（1）第44窟属下层中型洞窟，月平均温度在8.7—14.47℃之间，年平均温度均大于0℃；湿度变化较大，月平均相对湿度在15.15%—54.88%之间。

（2）第44窟地仗成分主要为石英、钠长石、方解石、云母及绿泥石等，其中土沙比例有明显的不同。第44窟盛唐时期壁画地仗土沙比为50.98%，中唐为43.31%—66.43%，五代为41.09%。

（3）第44窟盛唐壁画内容以经变画为主，壁画所用的白色颜料主要为方解石及滑石；红色颜料使用了土红，大量使用了铅丹，但铅丹变色严重，几乎全为黑色二氧化铅；绿色颜料以氯铜矿和石绿混合使用。中唐壁画内容以千佛图为主，所用白色颜料主要为方解石及滑石；红色颜料主要为土红，在个别样品中使用了铅丹和朱砂；蓝色颜料使用了青金石，仅在南壁中的佛龛里使用。五代壁画主要为洞窟南、北两壁距地面约1m以下的供养人及题记，使用颜料较少，白色为方解石及滑石；红色为土红；绿色则为氯铜矿。

（4）第44窟的颜料层可分为三层，即地仗层、白粉层及颜料层。多数白粉层比颜料层厚，少数白粉层与颜料层厚度接近。这表明，壁画在绘制颜料层时，白粉层厚度不均匀。

（5）第44窟多数起甲样品表面弯曲，剖面分析表明起甲样品地仗层间往往有明显的开裂现象，且地仗颗粒之间比较疏松。第44窟的环境特征、地仗及颜料组成，为下一步研究起甲病害的模拟试验及机理探讨提供了基本依据。

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