吐谷浑慕容智墓《门楼图》壁画的科学保护与修复

杨文宗，顾文婷，李 倩，王 佳

[1． 陕西历史博物馆，陕西西安 710061；2． 馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地(陕西历史博物馆)，陕西西安 710061；3． 甘肃省文物考古研究所，甘肃兰州 730000]

0 引 言

2019年9月～12月，甘肃省文物考古研究所在武威市天祝县祁连镇发掘了1座唐墓，由出土墓志可知，墓主人为吐谷浑喜王慕容智，该墓未经盗掘，墓葬形制基本完整，随葬品种类丰富，是目前发现和发掘年代最早、保存最完整的唐代吐谷浑王族墓葬[1]。

墓葬甬道口上端的照墙、甬道、墓室皆装饰有精美壁画，其中甬道口上端的照墙上绘门楼图，甬道绘仪卫，墓室壁画则分为上层的天象图和下层的男女侍两部分。壁画以墨线勾勒为主、设色清新典雅、人物造型生动自然，充分反映了唐代审美对吐谷浑地区的影响，具有极高的艺术价值与历史价值，但因墓葬塌毁严重，甬道及墓室的壁画残损严重，整体保存状况较差，甘肃省文物考古研究所随即委托陕西历史博物馆馆藏壁画保护修复与材料科学研究国家文物局重点科研基地对该批壁画进行了揭取保护，共揭取回包括《门楼图》在内的26幅壁画，移入甘肃省文物考古研究所库房进行下一步的保护修复。

1 壁画现状调查

《门楼图》壁画高1.65 m，宽1.25 m，是慕容智墓壁画中面积最大、保存最完整的一幅壁画，壁画以白灰为底，上用红、黑线条勾绘出双层楼阁式建筑，建筑屋顶为庑殿顶，屋角起翘，正脊中间装饰有宝瓶状脊刹，下有台基。上层屋身面阔三间，柱头铺作一斗三升，正面开双扇门，每扇门扉上有圆形泡钉4路，每路5枚，两侧间各开一直棂窗；下层屋身除柱头铺作外，补间还施人字栱，其余则基本与上层相同。门楼图壁画在唐代早、中期高等级墓葬中较为常见，如李贤墓、昭陵长乐公主墓、韦贵妃墓、苏君墓、阿史那忠墓、懿德太子墓、永泰公主墓、李泰墓等[2]。而无论是从双重楼阁的建筑风格，还是从一斗三升斗栱、人字形补间铺作、直棂窗等建筑元素来看，慕容智墓出土的《门楼图》壁画都具有典型的关中地区唐代早中期建筑的特点，但同时又兼备台基、宝瓶状脊刹等关中地区唐代早中期建筑少有的元素。这种同一性与差异性对于研究吐谷浑与唐之间的文化交流、吐谷浑民族葬俗以及唐代建筑发展具有重要意义。

由于墓葬塌陷严重，《门楼图》壁画在发掘前即被黄土覆盖，受回填土影响，画面出现了大面积钙化土和泥渍污染，上部和中上部存在地仗层脱落的病害，中下部则是有颜料层脱落的情况，此外，受盐霜影响，画面局部也出现点状脱落和龟裂等病害，壁画整体保存状况较差。而在实验室对揭取回的《门楼图》壁画进行保护修复工作前的现状调查时发现，上述点状脱落、龟裂等病害因揭取前的预加固而有所改善，壁画背面则主要为泥土覆盖、碎裂、裂隙、缺失等病害，翻至正面后发现正面呈纱布封贴状，中心部位及四周边缘有明显的起翘变形，正下方位出现了小面积霉菌滋生，病害种类较多，且各类病害重叠交错出现，壁画亟待进一步处理。

2 壁画成分分析

《门楼图》壁画从内向外可分为泥质地仗层、石灰地仗层、颜料层及其胶结材料等部分，通过对壁画各部分的成分分析，可以充分了解壁画各部分制作材料的性能差异，同时为壁画的病害成因分析提供科学依据，指导壁画下一步的保护修复工作。

2．1 样品信息

取样时遵循最小干预的原则，在确保文物安全、不影响文物原貌及整体性、尽量不破坏壁画的整体信息，且满足分析条件的前提下，选择慕容智墓葬发掘现场《门楼图》壁画下的散落残块作为分析检测样品(表1)。

表1 《门楼图》壁画检测样品来源

2．2 分析方法及仪器

由于慕容智墓《门楼图》壁画的检测样品为壁画散落样品残块，泥质地仗层、石灰地仗层和颜料层混合在一起，因此，在对颜料层和胶结物质进行元素分析和结构分析时，要在超景深显微镜下对样品进行粉末提取，保证颜料样品的纯度，同时综合多种检测手段，以得出较为准确的结论。

2．2．1超景深显微镜 采用日本基恩士VHX-5000型超景深三维显微系统对壁画颜料层表面及颜料层、石灰地仗层和泥质地仗层层剖面进行微观形貌观察，检测环境为室内自然环境，镜头为基恩士VH-Z20R镜头，倍率范围为20倍至200倍，观察距离为25.5 mm。

2．2．2扫描电镜/能谱仪 采用美国EDAX Octane plus /FEI MLA650F型扫描电镜/能谱仪对壁画颜料成分进行分析，仪器检测环境为温度23 ℃，湿度40%。

2．2．3激光拉曼分析仪 选用日本HORIBA LabRAM HR Evolution型拉曼光谱仪对壁画颜料成分进行分析。激发波长785 mn，功率<300 mW，光谱范围50～2 000 cm-1，积分时间10 s。

2．2．4X射线衍射仪采用D/max-2600/PC强力转靶全自动X射线衍射仪(日本理学株式会社)对壁画颜料成分进行分析，检测选用铜(Cu)靶，狭缝：DS=SS=1°，RS=0.15 mm，电压40 kV，电流100 mA，扫描范围(2θ/θ)：3°～70°。

2．2．5热裂解-气相色谱-质谱分析仪 采用日本前线实验室(Frontier Lab)热裂解仪PY-3030D搭载岛津(Shimadzu)气相色谱质谱仪GC/MS-QP2010Ultra对壁画颜料中的胶结材料进行分析，色谱柱型号为DB-5MS UI(Agilent J&W)，裂解温度600 ℃，GC/MS-QP2010Ultra的载气气体为高纯氦气，电子压力控制系统采用恒流模式，质谱仪采用EI电离。鉴定化合物的质谱库为NIST14/NIST14s(日本岛津)和数据库EXCAPE(美国盖蒂)。试剂选择四甲基氢氧化铵25%水溶液。

2．3 分析结果

2．3．1泥质地仗层 由壁画断面的显微照片(图1)可知，《门楼图》壁画地仗层的厚度约为8 000 μm，质地较为疏松，且混有大量植物纤维，植物纤维长度约为3 000～101 000 μm，宽度约为200～500 μm(图2)，由纤维特征推测应为麦秸，麦秸杆碾压扁平后有韧性，可以增强泥质地仗强度。地仗层中还发现大量的盐析与植物根系(图3)。

图1 壁画残块断面显微照片Fig.1 Micrograph of a mural section

图2 壁画纤维显微照片Fig.2 Micrograph of mural fibers

由壁画泥质地仗层样品的衍射图谱(图4)可知，《门楼图》壁画泥质地仗层含有方解石35.8%、石英27.4%、斜长石15.1%、云母10.7%、绿泥石5.7%、闪石3.7%、钾长石1.6%，由配比来看，符合一般泥土配比成分。

图3 壁画地仗层内盐析和植物根系的显微照片Fig.3 Micrograph of salting out and plant roots in the mural

图4 壁画泥质地仗层样品晶相数据图谱Fig.4 Powder crystal XRD pattern of the fine plaster layer

2．3．2石灰地仗层 由壁画断面的显微照片(图5)可知，《门楼图》壁画石灰地仗层的厚度约为500～800 μm，质地较纯净，杂质较少，但呈疏松状，孔隙较多，颜料层较薄，厚度约为15～30 μm，与石灰地仗层结合紧密(图6)。

图5 壁画样块断面显微照Fig.5 Micrograph of a mural section

图6 壁画白灰层显微照片Fig.6 Micrograph of the grounding layer

由壁画石灰地仗层样品的衍射图谱(图7)可知，《门楼图》壁画石灰地仗层含有方解石71.4%、石英20.8%、斜长石7.9%，其主要成分为石灰(CaCO3)。

图7 壁画石灰地仗层样品晶相数据图谱Fig.7 Powder crystal XRD pattern of the grounding layer

2．3．3颜料层 《门楼图》壁画以红色颜料和黑色颜料为主，其中黑色颜料主要用于绘制建筑屋脊和屋檐，以及窗棱、门上泡钉、柱础等细节，红色颜料则是大范围地用于建筑的主体部分，是画面的主色调。

1) 红色颜料。由红色颜料的显微照片(图8)可知，红色颜料颗粒粒径大小较为均一，整体结合较为致密，但薄厚不均匀，含有少量黑色、黄色、棕色等杂质颗粒，杂质粒径较小，局部表面有盐析。经能谱分析(图9)，红色颜料样品含有显色元素Fe。而衍射分析(图10)则确认其主要晶相有方解石64.6%、石英15.8%、斜长石5.9%、云母7.3%、绿泥石3.9%、赤铁矿2.5%，其中赤铁矿为红色矿物成分。红色颜料的拉曼峰在227 cm-1、294 cm-1、413 cm-1、505cm-1、615 cm-1(图11)附近，与铁红的标准图谱基本一致，综合各检测结果推断壁画红色颜料应为铁红(Fe2O3)。铁红因取材方便，成本较低，在唐墓壁画红色颜料中较为常见，且铁红性质稳定，不易变色，《门楼图》壁画中的红色颜料经检测也没有产生较大的变化[3]。

图8 红色颜料表面显微照片Fig.8 Micrograph of the red pigment

图9 红色颜料样品能谱图谱Fig.9 EDS result of the red pigment

图10 红色颜料样品晶相数据图谱Fig.10 Powder crystal XRD pattern of the red pigment

图11 红色颜料样品拉曼图谱Fig.11 Raman spectrum of the red pigment

2) 黑色颜料。由黑色颜料的显微照片(图12)，可知黑色颜料杂质较多，颗粒较大，表面呈现细裂纹，覆盖较为致密但分布不均匀。经能谱分析(图13)，黑色颜料含有C元素，而衍射分析(图14)则确认其主要晶相为方解石62.2%、石英11.2%、斜长石11.2%、云母11.5%、绿泥石3.9%，无显色矿物。其拉曼光谱图谱(图15)的拉曼峰在1 342cm-1、1 580 cm-1附近，与炭黑的标准图谱基本一致。综合各检测结果推断壁画黑色颜料应为炭黑(C)。炭黑因其易制取，经济成本低，是唐代墓葬壁画常见的黑色颜料。

图12 黑色颜料表面显微照片Fig.12 Micrograph of the black pigment

图13 黑色颜料样品能谱图谱Fig.13 EDS result of the black pigment

图14 黑色颜料样品晶相数据图谱Fig.14 Powder crystal XRD pattern of the black pigment

图15 黑色颜料样品拉曼图谱Fig.15 Raman spectrum of the black pigment

3) 胶结材料。常见的颜料胶结材料分析方法有红外光谱法、拉曼光谱法、免疫荧光法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱-质谱联用法等，其中，气相色谱-质谱联用法灵敏度高、检出限低，可实现颜料的微损分析，是当前最可靠的胶料分析方法[4]。

壁画黑色颜料胶结材料(图16)和红色颜料胶结材料(图17)经检测发现有动物胶成分。样品通过甲基化衍生反应和热裂解气相色谱质谱分析，发现了甲基吡咯和甲基吡咯羧酸盐等吡咯衍生物(表2～3)。这些是化合物羟脯氨酸的标志性热裂解产物，羟脯氨酸是动物胶特有的一种氨基酸，鸡蛋和奶类均不含或含量甚微，可以作为动物胶存在的依据之一。此外，动物胶中的甘氨酸含量较高(表2)，高甘氨酸含量也可作为动物胶存在的另一证据[5]。因此，以上结果皆表明该壁画颜料样品含有动物胶。

图16 黑色颜料胶结材料总离子色谱图Fig.16 TIC of the binder material in the black pigment

图17 红色颜料胶结材料总离子色谱图Fig.17 TIC of the binder material in the red pigment

表2 黑色颜料胶结材料中的特征化合物

表3 红色颜料胶结材料中的特征化合物

3 壁画保护修复

《门楼图》壁画的主要病害有酥碱、起翘、泥土污染等。其中，酥碱主要发生在壁画石灰地仗层，石灰地仗层呈疏松状，孔隙较多，可溶盐在这种多孔材料中会随着周围湿度的变化经历溶解-结晶的反复循环，使壁画产生酥碱病害；起翘病害则是因为揭取后的壁画厚度较薄，在揭取的过程中为了保护壁画颜料层不受损害使用了纱布和桃胶作为封贴材料，揭取完成后又垫了海绵垫作为缓冲材料，留有一定的形变空间，因此在受到桃胶和纱布收缩应力的影响后，壁画地仗层会出现局部的起翘情况；泥土污染病害则主要是因为壁画在发掘前被回填土覆盖，在湿度和微生物的影响下固结在壁画表面。

针对以上重点病害，在设计保护修复方案时，则充分考虑壁画本体材料的性能和壁画各类病害的差异性，始终以壁画的原真性为前提，按照背面保护修复-正面保护修复-美学修复的顺序，只对可能影响壁画的安全性和稳定性进行治理，以求能最大程度保持壁画本体健康与壁画信息提取之间的平衡。

3．1 壁画背面保护修复

壁画转移到实验室后需要先对壁画背部多余的泥质地仗层进行整体清除，之后再在填补完整的石灰地仗层后重新制作过渡层和支撑体，以保证壁画的安全稳定。

3．1．1泥土清理 为保证过渡层能与壁画背部更好地粘接，在修复时需要对壁画背部残留的泥质地仗层进行清理。清理时先进行局部实验，再根据清理效果选择最合适的清理方式，背面泥清理前后结果见图18～19。具体操作如下：

图18 背面泥土污染病害清理前Fig.18 Soil contamination before cleaning

图19 背面泥土污染病害清理后Fig.19 Soil Contamination after cleaning

1) 对厚度较厚但土质疏松的泥质地仗层，使用竹刀、手术刀、灰铲、毛刷、洗耳球等工具逐层进行清理。

2) 对板结严重且质地较硬的泥质地仗层，先用2A溶液(蒸馏水与无水酒精1∶1比例配置)滴渗、涂刷等方式使地仗层软化。待软化剂渗透软化地仗层后，再对其进行清理去除。但软化剂不能用量过多，以免渗透到壁画正面将封贴使用的桃胶溶化。桃胶的溶化—再干燥过程会引发壁画产生霉菌、变形、开裂等病害。

3) 对独立的小块残片上的泥质地仗层，去除时需要一只手稳住去除部位，另一只手用工具慢慢操作，避免出现小块壁画移动错位或破碎现象，必要时可先加固再去除。

4) 对钙化结实的泥质地仗层，因其面积小，质地坚硬，且能和新补地仗层结合紧密，予以保留，同时应将其厚度与周边的地仗层保持一致。

5) 对有少量叠压、错位现象的壁画残块，可先将叠压、错位的残块加固后提取保存，留到正面修复时再进行回贴。如果是大面积移位、错位的残块，则可先将壁画背部简单加固后再翻转至正面进行拼接、复位、固定，之后再翻转到背面进行接下来的修复工作。

3．1．2矫形处理 壁画背部中心及四周边缘起翘严重，须使用物理法对其进行矫形处理，具体步骤如下：

1) 将澄清石灰水喷洒、涂刷在矫形区域，润湿起翘部位；

2) 待起翘部位软化后，在其上使用沙袋按压进行矫形处理。

3．1．3壁画加固 Primal AC33(丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物)是目前文物保护领域使用最多的一种丙烯酸树脂类加固剂。西北大学赵静对这种材料进行了老化前后分子结构、色度、黏接强度的对比实验，均证明其性能优良，适于脆弱彩绘文物的渗透加固[6]。中国文化遗产研究院在龟兹石窟壁画和库木吐喇石窟壁画修复中采用其作为壁画正面保护材料，取得了较好的效果[7]。陕西历史博物馆在韩休墓等墓葬揭取壁画修复中[8]也多次使用Primal AC33作加固剂，其在壁画修复过程和后期保存展示过程中都展现出了较为稳定的材料性能。

结合材料性能研究和以往壁画修复实践经验，本次保护修复选择AC33作为壁画的加固材料，对壁画进行加固前，先进行加固对比实验，通过三种不同浓度的AC33溶液加固效果的对比，筛选出最适合该类壁画的加固浓度。

最终采用的加固方法为先使用喷壶喷洒石灰水，对壁画脆弱及碎裂部位进行渗透加固，加固次数以2～3遍为宜。之后再使用毛刷蘸取5%的AC33溶液继续加固2～3遍。对于局部破损、酥碱的部位则采用点滴注射5%的AC33溶液的加固方式进行，以少量多次为宜，其中比较脆弱的地方，可以重复加固多次直至不再下渗为止。待局部加固全部完成后，使用喷壶装取5%的AC33溶液对壁画背部整体喷淋，待其充分渗透加固后，使用沙袋及壁画盖板进行按压处理。

3．1．4缺失填补 壁画原石灰地仗层的制作材料为石灰，据超景深显微观测可知石灰地仗层质地较纯净，杂质较少，无羼杂物，但壁画长期处于墓室高湿避光的环境中，石灰地仗层中添加的植物纤维可能会腐烂糟朽，而纤维留下的空间会逐渐被新产生的碳酸钙所取代[9]，以至于在显微镜下无法发现添加过的植物纤维的痕迹，且纯石灰膏强度过低，易收缩开裂，因此填补时使用制备好的石灰膏加麻丝混合物作为填补材料，对壁画背部缺失及脆弱部位进行填补加固，缺失填补前后的情况见图20～21。

图20 缺失填补前Fig.20 Before the missing part was filled

图21 缺失填补后Fig.21 After the missing part was filled

3．1．5制作过渡层 壁画的过渡层选择与壁画石灰地仗层同种材料制作，在制作之前，先使用前期准备好的纱布条(5 cm×10 cm)对壁画背部整体进行粘贴加固，加固剂为10%的AC33溶液。从壁画背部右顶部边缘开始，按照从右到左的顺序逐层粘贴纱布。待壁画背部纱布条干燥后，使用备好的石灰膏制作壁画背部过渡层。壁画过渡层干燥时间较长，一般将其放置一月以上，待其内部及表面结构稳定后，再开展下一步工作。

3．1．6粘结支撑体 门楼图壁画背部过渡层制作后，对壁画背部过渡层进行支撑体粘接处理，使用新型材料蜂窝铝板作为壁画支撑体的主要材料，粘结材料选用环氧树脂和玻璃纤维布。我国揭取壁画新支撑体材料的选择经历过石膏、木龙骨、铝合金材、环氧树脂等阶段，目前以蜂窝铝板为主，其表面平整、易加工、无拼缝或接口、强度高、受力均匀，不易变形，是较为理想的馆藏壁画支撑体材料。而环氧树脂胶接强度高、收缩率小、稳定性好，耐候性和耐腐蚀性优良，是使用最广泛的壁画粘接材料。

3．2 壁画正面保护修复

3．2．1表面纱布揭取 壁画揭取时为保护壁画表面颜料层的安全稳定使用了纱布和桃胶作为壁画的揭取材料，壁画正面保护修复时需先对其进行揭取，具体操作步骤如下：

1) 剥离纱布与石灰过渡层接触部位，打开纱布揭取入口；

2) 采用热敷法，使用热毛巾敷在纱布表面5～10 min左右；

3) 待纱布与壁画表面的胶质结构融解后，使用手术刀、镊子及毛笔等工具揭除纱布。

3．2．2正面污染物清理 壁画石灰地仗层较薄，且中心部位出现大量酥碱、粉化等病害，因此在清理正面污染物前，须先使用AC33溶液对壁画表面脆弱部位进行加固处理。然后再进行清理对比实验，筛选出壁画正面修复的材料、工具。

选取试验区域后，使用棉签蘸取不同的试剂对相应部位进行清理。清理效果表明45 ℃去离子水>2A溶液>去离子水>3A溶液(蒸馏水、无水酒精、丙酮1∶1∶1比例配置)，因此选择45 ℃去离子水和2A溶液作为清理试剂。采用试剂清理与超声波、牙科打磨机、手术刀、竹签等机械清理结合的清理方法。

对于壁画表面桃胶残留物的清理，则使用脱脂棉蘸取加热到45 ℃的去离子水，敷在清理区域表面，待其桃胶软化融解后使用棉签滚动清除。

3．2．3缺失填补 壁画正面缺失较多，主要集中在壁画中心上部，须对其进行填补加固处理。首先进行填补材料试验，测试石灰膏+麻刀+AC33溶液在不同剂量下的坚固程度，选取试验区域后，使用三种不同浓度的AC33溶液进行渗透加固，填补效果比较表明20%AC33+麻刀>15%AC33+麻刀>25%AC33+麻刀>5%AC33+麻刀，因此选择20%AC33+麻刀制作壁画正面填补材料。

在填补之前先使用2A溶液对缺失部位边缘进行涂刷润湿，再用灰刀挖取适量填补材料对缺失区域进行填补，最后用灰刀压实填补材料，使之表面平整美观。填补过程中填补材料与壁画地仗衔接处也需用灰刀压实，避免在填补材料收缩时与壁画分离。同时，为了区别于原石灰地仗层，填补部位略低1 mm。

3．3 壁画美学修复

待壁画正面修复完成后，须对壁画填补材料进行补色处理。因壁画的完整性及珍贵性等原因，在补色工作中采用晕染法和影线法两种方式进行。其中壁画边缘后补的白灰过渡层区域以晕染法补色，画面中心小面积缺失处，以叠线为面的影线法进行补色。整体补色前，先选择壁画右上角空白区域进行补色试验。经补色后，壁画填补部分与壁画本体颜色和谐，主次分明，门楼建筑斗栱、屋脊、脊刹、门扉、泡钉、窗棱等细节清晰可见，壁画整体艺术性、完整性和真实性都得到了明显提高。壁画正面保护修复前后对比见图22～23。

图22 壁画正面保护修复前Fig.22 Before mural conservation and restoration

图23 壁画正面保护修复后Fig.23 After mural conservation and restoration

4 结 论

本次研究使用超景深三维显微系统、扫描电镜/能谱仪、激光拉曼分析仪、热裂解-气相色谱-质谱分析仪等检测仪器，对吐谷浑慕容智墓出土的门楼图壁画进行了成分分析，明确了壁画的本体材料；之后在对其进行科学研究和保护修复时，尽可能使用与壁画本体材料相同或相似的材料对壁画进行科学性干预，依次对壁画进行背面修复、正面修复和美学修复，对泥土污染、酥碱、起翘、缺失等病害进行了有效治理。经保护修复后的壁画性能稳定、细节清晰，较为完整地还原了保留壁画原貌，最大限度地呈现了壁画价值。