1 前 言

古代壁画是我国优秀文化遗产的重要组成部分，它保存着不同时代政治、经济、历史、宗教、建筑、科技等方面的形象资料，是最能全面体现历史、艺术、科学价值的文化遗产。古代壁画在经历了长时期的岁月后产生了很多病害，因其制作工艺特殊而变得极为脆弱，同时由于壁画的珍贵性、唯一性，任何取样分析都会对壁画造成破坏，这给壁画病害机理、干预历史、价值认知研究带来了极大的困难。

受分析技术限制，早期的壁画制作材料分析都是以微损取样分析为主［1-3］。近年来，无损检测技术［4］（对材料或工件实施一种不损害或不影响其未来使用性能或用途的检测手段，non-destructivetesting，NDT）国内外应用于壁画类调查和保护研究中的范例较多，多以拉曼光谱和X-荧光光谱分析为主。如采用拉曼光谱测定岩画［5］、壁画［6-12］、陶质彩绘［13-14］等，能够分析出大部分颜料的组成成分；采用X荧光光谱法，分析壁画颜料中主要金属元素并结合表面观察，也能够大致确定颜料的种类［15-17］。多种无损检测技术综合应用也有报道［18］。

随着分析技术水平的提高，特别是便携式分析设备进一步研发，可以在现场对壁画制作材料进行原位-无损分析，在不破坏壁画的前提下，确定壁画类不可移动文物制作材料组成成分，了解壁画干预历史，更准确地认知文物价值［19-22］。采用多种原位-无损分析方法组合进行文物分析也有报道。如：何秋菊等利用反射光谱、显微激光拉曼光谱和能量色散X射线荧光光谱，分析一张人物画像的颜料，确定蓝色颜料为合成群青、绿色颜料为巴黎绿，并由此推断该画像在清代晚期以后绘制［23］；赵林毅等利用高倍数码显微镜、拉曼光谱仪、X射线荧光光谱仪、光纤光谱仪等便携式分析设备，确定了莫高窟第3窟几种主要颜料的成分［24］；张文元等采用数码显微镜、拉曼光谱仪、X射线光谱仪、近红外光谱仪等手段，分析了良渚遗址出土玉器的矿物成分，了解了玉器的制作工艺［25］。

多光谱技术作为原位-无损检测方法近年来也有应用，并取得了较好的效果。柴勃隆等研究多光谱影像技术在莫高窟壁画保护中的应用，部分恢复了可见光下无法辨认的图像［26-27］。王乐乐等采用高光谱技术，鉴定出大昭寺几种主要的矿物颜料并以X射线光谱仪进行了验证［28］。国外也采用红外光谱法对艺术品的保存状态、干预情况、真伪鉴别进行分析［29-30］。

鲁土司衙门位于甘肃省永登县连城镇，是明清时期连城一带土司的衙门，因御赐土司姓鲁，俗称鲁土司衙门，始建于明洪武十一年（1378），是甘、青边境众多土司建筑中保存最完整的一座宫殿式建筑群。妙因寺作为鲁土司的家庙，是保存最为完整的一座，其名取自佛经“斯满，极果顿圆”。妙因寺是鲁土司衙门价值的主体，保存有大量壁画、砖雕。壁画笔触细腻，人物造型及情景描绘生动逼真，为明代前期壁画的珍品，是极为难得的明代前期美术史研究资料［31-33］，也是我国汉、藏、蒙文化交汇、融合的见证［34-35］。1996年国务院公布其为第四批全国重点文物保护单位。

妙因寺壁画起甲、颜料层脱落、空鼓、裂缝、酥碱、烟熏等病害严重且分布广泛。近年来，旅游人数的增多也对妙因寺壁画的保存造成了潜在的威胁。受世界银行贷款甘肃文化自然遗产保护与开发项目的资助，2010年敦煌研究院开始进行妙因寺壁画的保护修复研究工作。

鲁土司衙门妙因寺的颜料曾经采用了微损分析方法如剖面显微镜分析、拉曼光谱分析等进行研究，对壁画年代和制作材料有了最初的判定［36］。本文以妙因寺建筑群中的晚期建筑塔尔殿和早期建筑万岁殿为例，采用多光谱成像、便携式X-荧光光谱仪、便携式近红外光谱仪、数码显微镜等无损分析技术，在遗址现场对壁画的制作材料、工艺、历史干预等进行调查研究，印证了微损取样法得到的结论，符合两殿壁画的制作和历史干预历史资料。表明综合运用本文采用的多种原位-无损分析技术可以在壁画类不可移动文物的调查、研究、价值认知方面取得良好效果。原位-无损分析技术综合应用也是今后发展的趋势。

2 分析设备

2.1 多光谱摄影系统

尼康D7000相机；35mm镜头；红外滤镜（715nm—1000nm 三个谱段：X-nite715，X-nite830，X-nite 1000）；IDASIUBAR 滤镜 （＞418nm）；UV-II 便携式紫外灯（主波长约365nm）；闪光灯辅助光源系统（爱玲珑RX2400闪光灯系统）；拍摄参数：可见光（f=11、快门速度：60/s、ISO：100），紫外和红外光谱（f=2.8－5.6、快门速度：B 门、ISO：400）。

2.2 便携式X荧光分析仪

美国尼通NITONXL3t-800合金分析仪，高性能微型X射线管，金靶50kV/40uA（最大值），Peltier半导体致冷，高分辨率SI-PINX射线检测器（分辨率195KeV），高性能6滤光片系统，ASICSDSP4096像元多道分析器。分析条件：土壤模式。

2.3 便携式近红外光谱仪

美国ASD公司LabSpec 5000型。分析条件：Indico Pro5.6.3控制与分析软件，Thinkpad T61/WindowsXP随机工作站。

2.4 便携式数码显微镜

日本基恩士公司生产的VHX-600E型数码显微镜。 镜头型号：VH-Z20R（20X-200X），使用 VHX-600E自带照明灯进行观察。

3 分析调查与结果讨论

3.1 多光谱影像调查

多光谱摄影调查按照如图1的方式进行。灯具、相机位置可根据壁画拍摄面积、荧光强度进行调整。

对塔尔殿南壁和万岁殿南壁局部壁画进行紫外和红外摄影调查。塔尔殿南壁西起第一身画像下部在可见光下，某些颜色显示相同的色相 （图2，各不同颜色虚线内的颜色）。但是在紫外荧光下呈现出完全不同的颜色（图3），如红色部分，紫外光下莲花瓣表现出暗红色，使用无机矿物颜料可能性极大，其左侧一小块莲花瓣展现鲜艳红色荧光，说明两个部位所用的颜料并非同一种材质或不同时期绘制，结合红外照片（图4）可看到颜料下有清晰的墨线线条，而在可见光下部分线条被颜料掩盖，可推断左侧一小块莲花瓣有可能是后期重绘，并用了有机化工颜料。

黄色虚线区域的色相有差异，但是无明亮荧光出现，推断为不同类型的无机颜料。淡红色虚线区域的袈裟白色部分和下面树杈色相有差异，并非同一种颜料。推断袈裟此处颜料用了含有有机成分的材料绘制，但是整体涂色均匀，没发现突兀的色彩荧光，应该是一次绘制而成。

红外光画面墨线条清晰可见、层次分明，并没发现线条方面及绘画内容方面的修改，以此证明绘画内容保持了初始的状态（图4）。

万岁殿南壁西起第二身画像腿部在可见光下蓝色颜料色相一致 （图5，黄色箭头和红色箭头处），但是在紫外光下却显示出不同的荧光色相，红色箭头处显示较亮的蓝色荧光（图6），能看到六角形图案及花纹图案，可以确定红色箭头处的蓝色颜料与周边的蓝色为不同类型的颜料，使用有机成份颜料可能性极大。结合红外照片（图7）可以发现，紫外光照片上部的六角型图案及花纹图案不见相应的线条，以此可以推断这些蓝色颜料为后期重绘。

同塔尔殿红外光画面一致，万岁殿南壁红外照片墨线条清晰可见、层次分明，墨线勾勒与颜料之间有明显的区分，底稿线未被修改，绘画内容保持了原始的状态（图7）。

万岁殿回廊的壁画没有发现后期干预的现象，据紫外和红外照片分析，未见有新材料引入，壁画保留了制作时最初的状态。

3.2 数码显微镜观察

数码显微镜观察到不同时期颜料及其制作工艺的特征。塔尔殿颜料层均较厚，颜料极细，呈团状，如蓝色（图 8）、绿色（图 9）、白色颜料，有明显的晚期颜料制作特征和后期重绘的迹象。而万岁殿，特别是回廊的壁画，颜料层很薄，颗粒粗、均匀，颗粒感更强（图10、11）。这与塔尔殿形成了明显的差异，也反映了万岁殿回廊早期壁画颜料及绘制工艺的特征。

显微镜还观察到不同时期绘制的重层壁画和壁画地仗结构中的棉质纤维（图12、13）。

3.3 X-荧光光谱分析

根据多光谱调查结果，选择塔尔殿、万岁殿相同或相近位置的85个测点，对各类颜色进行X-荧光光谱分析（XRF）。分析结果表明，塔尔殿红色颜料以Pb、Hg特征荧光峰为主，推断为铅丹和朱砂；绿色颜料以Cu、As元素特征荧光峰为主，推断为醋酸亚砷酸铜（巴黎绿）；蓝色没有明显的金属元素荧光峰出现，推断为人造群青；白色以Pb元素特征荧光峰或以Zn、Ba为特征荧光峰为主，推断有铅白和锌钡白颜料的使用；黄色为金。万岁殿的颜料使用与塔尔殿相似，但绿色颜料有石绿的特征荧光峰，黄色颜料有As的特征荧光峰，推断为雌黄。万岁殿回廊蓝色和绿色颜料有Cu的荧光峰出现，推断为石青、石绿或绿铜矿。灰色颜料成分不能确定。部分颜料的X-荧光光谱图推断结果见图14-18。

3.4 近红外光谱分析

选择塔尔殿、万岁殿X荧光光谱测点相同位置（85个测点）进行近红外光谱分析（NIR）。经红外标准图谱对照分析后，大部分与X荧光光谱的推断结果相符，进一步印证了X荧光光谱的推断结果。部分颜料NIR谱图见图19-23。

3.5 XRF和NIR分析结果讨论

对照XRF和NIR的 85个测点分析结果 （附表），只有不到10%的样品不能确定，包括全部的灰色颜料和少量红色和黄色颜料（可能是多种颜料混合、显色成分过少、元素干扰，等）。重金属元素的X荧光峰稳定性和准确度较高，可以作为对颜料判断的主要依据。85%以上的颜料分析得到了确定的结果，且可以互相印证。室内X衍射分析（XRD）再次证明了这点（图26-32），说明本套技术综合应用于壁画现场原位-无损调查准确性很高，方法可行。

4 结 论

综合运用多光谱成像、便携式X-荧光光谱仪（XRF）、便携式近红外光谱仪（NIR）、数码显微镜四种无损分析技术，在鲁土司衙门妙因寺遗址现场对壁画的制作材料、工艺、历史干预等进行了调查研究。研究表明，该技术可以在壁画类不可移动文物的制作材料分析、价值认知、干预历史调查等方面取得良好的效果。主要结论如下：

（1）多光谱摄影调查发现塔尔殿壁画所用颜料复杂。万岁殿主殿壁画局部有重绘现象，万岁殿回廊壁画没有发现重绘和修改的现象。近红外摄影发现两殿壁画的墨线勾勒与颜料之间有明显区分，底稿线未被修改，绘画内容和风格保持了原始的状态。

（2）采用XRF结合NIR原位-无损分析相互提供佐证信息，确定了绝大部分颜料，并经室内XRD分析验证。壁画主要颜料红色以铅丹、朱砂为主，绿色以巴黎绿、氯铜矿、石绿为主，蓝色以人造群青、石青为主，黄色以金、雌黄为主，白色以铅白、铅锌白、石灰为主。部分颜料如黄色、蓝色，使用有机成份颜料可能性极大。壁画颜料使用时代特征明显。

（3）多光谱摄影调查、显微镜观察，结合XRF、NIR分析结果，可以确定塔尔寺壁画为晚期制作，万岁殿局部壁画后期重绘，万岁殿回廊壁画为明代早期作品。结论符合两殿壁画制作和历史干预资料。

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