荊門獾子冢搬遷車馬土體分析研究

內容摘要：本研究采用SEM-EDS和XRD分析方法，對獾子冢搬遷車馬土體土樣進行分類定性，對土樣的元素成分、黏粒礦物組成進行分析。針對車馬土體最典型的裂紋病害，對土樣進行物理力學性質分析和試驗，特別是進行了不同初始含水量下土樣的失水收縮模擬實驗，對土壤的線收縮率的變化進行了對比研究。此外對土樣易溶鹽、酸堿度、有機質含量也進行了測試。試驗研究不僅可以為后續修復工作的科學實施和保存展示的順利展開奠定基礎，也為探討比較規范的土質類文物的分析方法和試驗方案提供了案例借鑒。

關鍵詞：獾子；戰國車馬坑；土壤；黏粒礦物；線收縮率

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2013）01-0082-04

前言

為配合南水北調引江濟漢工程建設，湖北省文物考古研究所組織力量，對工程涉及的地處荊門市沙洋縣后港鎮松林村二組的嚴倉墓群的獾子冢主墓（M1）和車馬坑進行了搶救性發掘，清理了大型楚墓一座和車馬陪葬坑兩座。由于兩座車馬坑保存狀況良好、觀賞價值較高，文物科技保護工作人員對其中的兩乘車馬進行了整體搬遷，現存放于荊門博物館臨時庫房內。在存放過程中，搬遷車馬由于土體干燥失水，發生了嚴重的收縮開裂。為了科學合理地擬定后續保護修復方案，并順利開展復原展示工作，對搬遷車馬土體進行了系統的、有針對性的分析研究。

一 搬遷車馬保存現狀及典型病害

1. 搬遷車馬土體病害

圖版35是在發掘現場漬水飽和的車馬土體，圖版36為搬遷后的車馬土體由于失水收縮而造成的龜裂和縱貫車體的裂紋。

車輪發掘后由于和周圍土體剝離引起的卸荷作用而產生的裂紋，見圖版37。車輪土體發掘后由于應力而造成的局部崩裂，見圖版38。

2. 臨時存放庫房內溫度、相對濕度監測

庫房環境監測選擇溫度和相對濕度兩個參數，采用一個溫、濕度計來進行測量，人工記錄溫濕度數值。并同時對庫房內的水分凝結狀況、車馬土體表面的霉菌滋生和發展情況進行記錄。根據室內實際情況，采用人工干預進行主動通風換氣，改善和調整庫房內的溫、濕度水平。觀察車馬比較明顯的狀態變化，對顯著病害比如土體的開裂等進行描述和測量記錄。整個記錄過程包括兩個時間段：從2010年11月3日開始，車馬從發掘地搬遷進庫房后進行記錄，到2010年12月9日，為第一個階段；2011年5月19日到2012年2月9日，為第二個階段（見圖1）。

在監測過程中，記錄到的最高溫度為2011年8月17日的32℃，最低溫度為2012年2月3日的5℃。記錄到的最高相對濕度為2010年11月17日的96%，最低相對濕度為2011年10月14日下午通風后的40%。除過通風換氣造成的相對濕度較大幅度降低之外，目前存放車馬的簡易庫房內的相對濕度基本穩定在88%左右，形成了一個濕度水平相對平穩的保存環境。

二 車馬出土所在地的地質狀況調查

沙洋地區位于湖北省江漢平原西北部，屬中生代以來沉降帶，是江漢盆地的組成部分。

地層特性：區內為新生代第三系地層和第四系松散堆積物。上層是第四系全新統，由亞黏土、亞砂土及黏土層組成。中層由中、上更新統組成，主要巖性是一套砂礫石，厚30-50米。下層是由第四系下更新統和第三系組成，下更新統是一套砂礫石層，第三系是一套成巖較差的黏土層、泥灰巖及砂巖。中下兩層間有一厚度不等的黏土層。

地質構造特性：區內構造單一，中生代以來以垂直升降為主，各處沉積厚度不等。近漢江一帶沉積厚度較大，邊緣地帶沉積較薄。東部與基巖山區接觸，褶皺和斷裂發育充分，有北西向和北北東向兩組構造行跡，其中北北東向斷裂在易家嶺一帶延至沙洋地區，被第四系掩埋，它構成地質系統與基巖山區直接連接的通道[1]。

三 土壤相關特性分析研究

1. 土壤試驗分析的內容

對獾子冢車馬出土所在地進行系統規范的土壤采樣，用于后續的試驗分析。土壤分析測試內容包括：結合SEM-EDS 和X射線衍射（XRD）分析，確定車馬土體的黏粒礦物組成；土壤的物理力學性質分析試驗，包括原始土樣的力學特性測試分析，制作成標準試樣的土樣力學特性測試分析；進行土壤的收縮特性測試，通過測定土壤在不同初始含水量下，土樣在失水過程中的含水率和收縮率之間的對應關系，以得到土壤的收縮特性曲線。

2. 土壤元素成分、黏粒礦物、易溶鹽等試驗分析。

根據收集的荊門沙洋地區的土壤分布區劃資料，基本上可以推斷車馬出土地所在的土壤類別為具有隱域土特征的黃棕壤土類中的一個亞類[2]，但還需要進一步實驗室分析結果的支持和界定。

掃描電鏡能譜分析結果（見表1）表明，車馬出土地的土樣元素化合物組成以石英基質為主要成分，此外還有鋁、鐵、鉀、鎂、鈣等元素相成分。土樣X射線衍射分析結果（表2）清楚顯示了嚴倉車馬土樣黏粒礦物的具體組成及成分含量。對照各種黏粒礦物的組成與掃描SEM-EDS分析結果可見，兩種方法的檢測結果可以很好地相互印證?？傊?，獾子冢車馬土樣以富集鋁鐵相的硅酸鹽礦物為主，此外還有部分含鉀鎂相的碳酸鈣成分。

沙洋縣所在地區的土壤，其成土母質主要有第四紀黏土，砂頁巖、石灰巖和紫色砂頁巖風化物，近代河流沖積物[1]。沙洋地區土壤區劃屬于黃棕壤類，屬淋溶土綱，富鐵鋁相，都有黏粒遷移和黏化的特征，土體中常有黏粒膜存在，古地層或古風化殼帶常有膠膜集積和大量結核[3-5] 。該土類主要發育于板頁巖、第四紀黏土、玄武巖母質，廣泛分布于低山丘陵區，是本地主要林荒地土壤。上層較厚，質地較黏，土壤養分含量不高。這和能譜分析與X射線衍射分析的結果比較吻合。因此，基本上可以將獾子冢車馬土樣歸屬于黃棕壤。

從表3可以看出，土樣易溶鹽中檢出的陽離子與掃描電鏡能譜分析和衍射分析的結果基本吻合。土樣中有機質含量僅為0.73%，低于黃棕壤的有機質含量標準值1.37%。土樣pH值7.44，呈微堿性，略高于黃棕壤pH值范圍6.6-6.7。

3. 土樣物理力學性質分析和試驗

土壤的力學性質是指土壤在外力作用下所表現的性質，主要為變形和強度特性。土的力學性質主要取決于土的物質成分、結構和構造特點，還與受力條件有關。土的力學性質實質上說明土的聯結和孔隙在外力作用下可能產生的變化。一般指在壓應力作用下土粒移動導致孔隙體積縮小的壓縮性和抵抗剪切破壞的抗剪性[6]。

對于含有黏粒的土壤，隨著土壤含水量的改變，土壤容積也會隨之改變，從而影響土壤機械特性。由土壤的干濕變化可以預測表面土體的收縮與膨脹，土壤在飽和-干燥收縮過程中容易產生表面下陷和裂隙。砂質黏壤土、粉砂質黏壤土、黏壤土的整個收縮曲線變化較平緩，壤土、粉砂壤土的整個收縮曲線有很大的跳躍性[7]。

所有土樣物理力學試驗的內容參數選定參考國家標準《GB/T 50123-1999 土工試驗方法標準》，試驗操作均按《土工試驗規程》SL237-1999進行。土樣物理力學測試內容包括土樣的含水量和密度試驗，土樣的界限含水量試驗，土樣的液限、塑限及塑性指數。對一定干密度試樣在不同含水量下進行膨脹率試驗，測定不同含水量下土樣的膨脹率及膨脹力、線縮率、體縮率、收縮系數、縮限。

確定的松散干燥土樣的自由膨脹率，不同含水量試樣的無荷載膨脹率、收縮系數、縮限、收縮穩定后的線縮率、體縮率見表4。選擇四個試驗含水量，三個大于塑限（土樣的塑限為25.56%）的含水量26%、32%、38%，一個飽和含水量為43.24%，進行土樣的失水過程收縮率測試。根據試驗結果繪出收縮過程中線縮率與含水量關系曲線，如圖2所示。土樣的自由膨脹率為36%，表明土樣為非膨脹性土，但該土樣具有較大的收縮性。土樣的膨脹率隨試樣含水量的增大而迅速減小，收縮穩定后的線縮率、體縮率及干密度皆隨試樣初始含水量的增大基本上呈增大的趨勢，收縮系數隨試樣初始含水量的增大基本上呈先減小后基本不變的趨勢。四種初始含水量存在差異的土樣，當失水至含水量低于12%左右時，土樣的線收縮均基本達到穩定狀態。

四 總結

對于獾子冢搬遷車馬這類土質類文物，其保存環境的溫濕度與其病害的發展和演變直接相關，因此保持相對穩定的溫濕度是此類文物修復和保護的關鍵。土壤在失水過程中由于承受一定的力，土壤容積減小，容重不斷增大，是一個收縮的過程。因此掌握出土車馬土體的干濕收縮特征，對擬定合理的出土車馬的后期修復方案極其關鍵。對搬遷車馬土體的修復，應該選擇在土體含水量進入比較平緩的收縮段時進行。由于此時土體進入比較穩定的微小收縮階段，裂紋的擴展基本停止，這時進行的灌漿和填充修復工作的成效最顯著，而且不需要后續返工。

參考文獻：

[1]杜鳳文.用確定-隨機耦合模型預測沙洋地區孔隙含水系統水位動態[J].水文地質工程地質，1988（2）：1-6.

[2]席承藩，張俊民.中國土壤區劃的依據與分區[J].土壤學報，1982，19（2）：97-109.

[3]邱華昌.試論鄂北豫西南黃褐土的某些發生學特征[J].華中農學院學報，1984，3（4）：46-57.

[4]王慶云，徐鳳琳，劉自清.湖北省地帶性土壤發生學特性的探討[J].華中農業大學學報，1988，7（4）：349-358.

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[7]邵明安，呂殿青.土壤收縮特征曲線的實驗研究[J].土壤學報，2003，40（3）：471-474.