焦作马村汉墓和白庄汉墓出土彩绘陶仓楼的科技分析

刘 鑫

(焦作市博物馆，河南焦作 454100)

0 引 言

河南焦作地处黄河流域，有着丰富的文物古迹。在市区山阳故城周围，出土了数以千计的陶器、铜器、铁器等器物。彩绘陶仓楼是这些出土文物中的珍品之一，焦作市朱村汉墓出土的陶仓楼[1]，焦作白庄41号墓出土的彩绘陶器[2]以及近年来焦东工地挖掘东汉墓葬出土的陶仓楼[3]、陶磨、陶井、陶奁、陶猪圈等珍贵汉代陶质文物是其集中体现。考古发掘报告显示，我国迄今出土的陶仓楼主要集中在焦作，目前已出土各种陶仓楼100多座，其中比较完整的有60余座。

汉代彩绘陶仓楼在焦作如此密集出土，显示当时焦作地区经济活动已较为繁荣。这批彩绘陶仓楼现收藏于焦作市博物馆，造型独特，彩绘精美，具有极高的艺术价值。为了保护修复这批彩绘陶仓楼，选取了部分残片开展了相关测试研究。

1 样品与分析方法

1.1 样品

依据出土器物的类别、器型、薄厚等不同外观特征，从库房内采集了12件白庄汉墓和马村汉墓出土的彩绘陶仓楼残陶片，及2件焦东汉墓出土的彩绘陶仓楼残陶片作为对照组。样品基本信息见表1。

表1 焦作出土彩绘陶仓楼残陶片样品Table 1 Fragment samples of polychrome potteries excavated in Jiaozuo

1.2 实验测试所用的仪器和材料

1) 仪器。D/max-3C型X射线衍射仪(日本理学)，管压35(r)V，管流35 mA；S-570型扫描电镜(日本日立)，操作电压20 kV；放大倍数100倍～6 000倍；Axios advanced(PW4400)波长色散型X荧光光谱仪(荷兰帕纳科)；402E热膨胀分析仪(NETZSCH，德国)；202 OA型数显电热恒温干燥箱真空恒温箱；JA2003N型电子天平(METTLER-TOLEDO，瑞士)；DH型电热恒温培养箱；Leica DMLSP偏光显微镜；Struers Dap-v打磨机；Micro Gut3切割机；德国ATM Brilliant 210真空浸渍仪；紫外灯。SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵。

2) 材料。载玻片；24 mm×50 mm盖玻片；600目Carborrvndvm Powder二氧化硅磨料；Buehler Epo Thin环氧树脂；NORLAND OPTICAL ADHESIVE Ultraviolet Curing紫外固化胶；玻璃板；钻石笔；一次性水杯；巴斯德滴管；镊子；无水乙醇(上海市陶氏化学品有限公司)，分析纯；丙酮(上海市陶氏化学品有限公司)，分析纯。

1.3 实验方法

1.3.1X射线衍射分析(XRD) 利用XRD对粉末样品进行分析来获取陶片胎体的结构信息。

1.3.2X射线荧光分析(XRF) 利用XRF来获取残陶片元素组成的常量分析信息(包括Na，Mg，Al，Si，P，K，Ca，Fe，Ti，Mn)[4-6]。依据国家标准(GSS-8和GSD-12)并行校准分析过程中的误差。所有常量元素的误差均为1%～2%。

1.3.3扫描电镜(SEM) 利用扫描电镜并对样品表面喷金，用扫描电镜测试表征陶胎内部结构形貌及风化情况的微观显微形态[7]。

1.3.4烧成温度 吸水率和显气孔率是常用来表征陶器物理性能，根据国标GB/T 3810.10—2016[3]和GB/T 3810.9—2016[4]，采用德国耐驰(Netzsch)公司生产的热膨胀仪对陶片样品测试。选取合适的样品，用切割机将残陶样品切割成长条状。将样品在打磨机上打磨，制成测试样品，放入热膨胀仪中检测，以5 ℃/min升温速度从20 ℃升到700 ℃，再以10 ℃/min的速度升到1 200 ℃加热。当温度达到样品原来的烧成温度而继续加热时，膨胀曲线的走向会发生一定的变化，出现拐点，此时温度可作为古陶器的烧成温度[8]。烧成温度测试数据见表2。

1.3.5岩相分析 依据残陶片外观确定样品加工尺寸，放入切片机加工，切割出平剖面，将样品放进塑料样品盒，用环氧树脂及邻苯二甲酸酐完全浸泡并渗透，将样品包埋并嵌入，为加快固化速度可用灯照射加速固化，肉眼观察待陶片样品完全嵌入树脂后，取用粗砂纸抛光打磨，成型后再用细砂纸手工打磨，手工打磨抛光，将陶片样品镶嵌在其内，放在光学显微镜下仔细观察并拍照。

1.3.6吸水率、表气孔率 依据中华人民共和国国家标准：GB/T 3810.3—2006《陶瓷砖试验方法第3部分：吸水率、显气孔率、表观相对密度和容重的测定》[9]和GB/T 3299—1996《日用陶瓷器吸水率测定方法》[10]测试出土残陶片的吸水率和表气孔率。

2 实验检测结果

2.1 XRD测试结果

测试结果见表2。可知，焦作白庄汉墓出土彩绘陶仓楼残陶片和焦作马村汉墓残陶片由石英、透辉石、钙长石、钠长石、微斜长石、方解石等组成。

表2 焦作出土彩绘陶仓楼残陶片XRD分析结果Table 2 XRD results of polychrome potteries excavated in Jiaozuo

2.2 XRF测试结果

对14件样品和残片表面土壤元素分析，按照考古工地算术平均值和标准方差统计对比，检测结果见表3，与焦东汉墓出土陶片相比，白庄汉墓和马村汉墓两处考古工地出土的陶片所含元素所占比例非常接近，SiO2含量平均值的差异大约2.3%；Al2O3含量平均值的差异大约0.6%。FeO、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和TiO2这些作为助熔剂，既有助于陶器的烧结，其含量总和又限制着陶器烧成温度的上限。根据陶胎SiO2、Al2O3的含量以及助熔剂含量，可见这批汉代陶器所用的黏土为高硅质黏土(以高SiO2、低助熔剂为特征)类型。

表3 焦作出土彩绘陶仓楼残陶片XRF分析结果Table 3 XRF results of polychrome potteries excavated in Jiaozuo

2.3 扫描电镜测试结果

扫描电镜测试结果见图1(篇幅所限，仅列出较典型的4个样品)，可以看出将陶片放大100倍时，陶胎结构比较密实，并未出现孔洞和粉化。当放大1 000倍时，大部分陶片层状结构密实均匀，孔隙完好，仅有非常少量破碎，其中2、5号陶片有疏松粉化。总体而言陶片样品整体微观结构保存较好，结构完整和强度稳定。

图1 焦作汉墓出土部分陶片扫描电镜100倍(左)、1 000倍(右)照片Fig.1 SEM pictures of some fragments of Han Dynasty polychrome potteries excavated in Jiaozuo

2.4 岩相分析测试结果

焦作汉墓出土陶片岩相物质含量分析结果见表4，经分析发现：

表4 焦作汉墓陶片岩相常见物质含量结果Table 4 Analysis results of the fragments from Han Dynasty polychrome potteries excavated in Jiaozuo

1) 陶片均含有黏土、粉砂、细砂、粗砂、孔隙等物质，因器物不同这些残片所含物质配比有所不同。岩相发现黏土含量大多为40%～60%，少数为60%～70%；粉砂大多为10%～20%；细砂、粗砂大多为5%～10%，另外有的样品中还有少量碳酸盐孔隙，多在5%以下，显然这批陶为加砂陶。

2) 砂子的比例较为固定，推测可能是人为加入孱合料，以保证陶器质量，改善陶器的耐冷热骤变性能。部分样品中还有少量孔洞和方解石微粒集合体，它们呈条痕状或长条状定向分布，显然代表人工制作的痕迹。

3) 编号为6、9、10、11、13号样品出现了细蠕虫状定向分布的瓷化现象，可见无论从白庄汉墓，还是马村汉墓，它们在正交偏光下全黑，在单偏光下透明，表明它们是玻璃物质，表明烧制温度较高，少量组分所发生瓷化(玻璃化)，很可能是岩裂隙填充形成的。这亦从另一侧面佐证了部分样品烧成温度较高。

2.5 吸水率、表气孔率测试结果

吸水率、表气孔率、烧成温度测试数据见表5，经分析统计可知，样品的吸水率集中于11.55%～24.87%，表气孔率集中于18.52%～37.96%。吸水率、表气孔率越大，说明陶片越疏松。烧成温度差异较大，范围大致为750～1 090 ℃。推测烧制温度的差距与陶片内所含K、Ca等助熔剂含量有关。烧成温度越高，陶片固结度越好，致密程度越高。

表5 焦作汉墓出土陶片吸水率、表气孔率、烧成温度测试结果Table 5 Water absorption，porosity and firing temperature of the fragments from Han Dynasty polychrome potteries excavated in Jiaozuo

(续表5)

3 结 论

通过对焦作汉墓出土的14个陶片样品进行测试，得出以下结论：

1) 采用X射线衍射分析仪、X射线荧光分析仪、扫描电子显微镜、偏光显微镜、热膨胀仪等对焦作马村汉墓和白庄汉墓出土陶片样品进行了结构、元素、显微、物相、物理性能的科学分析，综合检测结果发现：这批陶片为当地取土烧制的加砂陶、陶片结构较密实，烧成温度和岩相分析验证部分陶片有釉化现象，但吸水率和表气孔率较高说明总体仍是陶器。

2) 残片样品岩相检测结果揭示了陶片中所含总体物质成分，包括基质、粉砂、砂砾及孔隙；无论是否经历了再加工，都蕴含有产地信息。陶片原料作为“指纹信息”，带有其产地的特征。这些“指纹信息”能够基本完好地保存于其烧制产物—陶器中，即原料的化学成分在烧制过程中不会或基本不会发生变化。从岩相结果来看，焦作马村汉墓和白庄汉墓出土陶片主要由石英、透辉石、钙长石、钠长石、微斜长石、方解石等物质组成。汉代制陶时胎体含砂粒很常见，这些砂往往是当地岩石经过地质作用风化、侵蚀、搬运后逐渐形成的，砂粒的组成较为复杂，主要集中在硬度较高的石英、长石以及其他有色矿物等，岩相检测、仪器分析、矿物学方法与陶器外形、颜色和纹饰等陶器外部信息结合在一起，为陶器产地和分类提供了基础。

3) 随着近些年的考古发掘，焦作地区出土大量汉代彩绘陶仓楼，其制作形式从豪华走向简易[11]，从繁荣走向衰退，直至到西晋时期陶仓楼这种实体形式逐渐消失[12]，转变成为墓葬墓壁上的砖砌模型，陶仓楼慢慢退出了陪葬明器的行列[13]。马村汉墓和白庄汉墓这两处陶仓楼的出土，为研究东汉中晚期的社会经济、建筑结构、丧葬习俗提供了宝贵的实物资料[14]。