文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室在考古發(fā)掘現(xiàn)場應(yīng)用支撐研究中分析體系的構(gòu)建

內(nèi)容摘要：本文簡要介紹了文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室的作用和發(fā)展過程，闡述了我國首個文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室的研究背景和主要技術(shù)體系，重點(diǎn)論述了文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用支撐研究中分析體系的研究內(nèi)容、設(shè)備、構(gòu)建和應(yīng)用研究情況。

關(guān)鍵詞：文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室；考古發(fā)掘現(xiàn)場；分析體系

中圖分類號：K854.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-4106（2013）01-0051-05

1 前言

文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)70年代產(chǎn)生于美國，主要承擔(dān)中小型博物館及發(fā)掘現(xiàn)場的文物測繪、保護(hù)、修復(fù)和運(yùn)輸工作；隨后，加拿大推出了文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃，推動了博物館和考古發(fā)掘現(xiàn)場保護(hù)研究工作的進(jìn)步；印度、墨西哥、澳大利亞等國也建立了本國的文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室，解決了考古發(fā)掘現(xiàn)場測繪和文物保護(hù)等相關(guān)問題，促進(jìn)了這些國家的文物保護(hù)和研究工作的發(fā)展。近年來，歐盟推動的“Eu-ARTECH”計(jì)劃，通過在歐盟下屬機(jī)構(gòu)設(shè)置和運(yùn)行各種分析調(diào)查設(shè)備，致力于改善歐洲藝術(shù)品研究和保護(hù)中的相關(guān)設(shè)備的使用。該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是將盡可能多的文化遺產(chǎn)研究設(shè)備引導(dǎo)到同一個領(lǐng)域，使歐洲的使用者能方便地使用高性能設(shè)備，利用歐洲各國現(xiàn)有的先進(jìn)儀器設(shè)備，為歐盟各國的文物保護(hù)項(xiàng)目提供技術(shù)服務(wù)。歐盟移動實(shí)驗(yàn)室（MOLAB）搭載的便攜儀器包括中紅外光纖光譜儀、μ-拉曼光譜儀、紫外-可見熒光光纖光譜儀、可見-近紅外光纖光譜儀、X射線熒光光度計(jì)、EUREKA-Mouse核磁共振儀、反射式紅外掃描成像光譜儀、激光μ-光柵投影三維輪廓測量系統(tǒng)、紫外熒光成像系統(tǒng)和鉆孔電阻測量系統(tǒng)等。針對不同的調(diào)查對象，將便攜設(shè)備有選擇地搭載在移動實(shí)驗(yàn)車中，完成現(xiàn)場的分析和監(jiān)測工作，極大地推動了歐洲文物保護(hù)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步[1-6]。

基于國外對文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室的研究探索，結(jié)合當(dāng)前我國田野考古的需求，2006年10月，敦煌研究院聯(lián)合中國國家博物館、中國社會科學(xué)院考古研究所和清華大學(xué)共同申報(bào)了國家科技支撐計(jì)劃課題“文物出土現(xiàn)場移動保護(hù)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)”，經(jīng)過三年時間，研發(fā)出集成多種便攜設(shè)備、實(shí)現(xiàn)多種功能組合、基本可以滿足考古發(fā)掘現(xiàn)場信息提取和保護(hù)需求的車載平臺，并進(jìn)行了相關(guān)的現(xiàn)場應(yīng)用研究，由此初步建立了我國首個針對考古發(fā)掘現(xiàn)場研究和保護(hù)的移動實(shí)驗(yàn)室。在此基礎(chǔ)上，以敦煌研究院為主體，聯(lián)合國內(nèi)高校、科研院所、文物研究機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開展基于移動實(shí)驗(yàn)室平臺的應(yīng)用支撐研究，通過對我國山東、山西、陜西、湖南、湖北、浙江等省的10處考古發(fā)掘現(xiàn)場的技術(shù)支撐和示范研究，不斷優(yōu)化和完善移動實(shí)驗(yàn)室相關(guān)技術(shù)單元，建立和完善了移動實(shí)驗(yàn)室的工作流程和工作模式，從技術(shù)和應(yīng)用層面上實(shí)現(xiàn)了針對考古發(fā)掘現(xiàn)場的五個單元技術(shù)體系的構(gòu)建，即發(fā)掘現(xiàn)場空間信息提取技術(shù)、發(fā)掘現(xiàn)場環(huán)境動態(tài)監(jiān)測技術(shù)、文物出土狀況和評估調(diào)查分析技術(shù)、發(fā)掘現(xiàn)場脆弱質(zhì)文物和遺跡現(xiàn)場提取與保護(hù)技術(shù)、考古預(yù)探測技術(shù)。應(yīng)用研究證明，基于文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室平臺構(gòu)建的技術(shù)體系和應(yīng)用方法，對解決我國田野考古發(fā)掘中的一些實(shí)際問題、提升考古發(fā)掘工作的科技水平、文物保護(hù)研究、揭示相關(guān)考古學(xué)問題等方面有較好的技術(shù)支撐作用。

文物出土狀況和病害評估技術(shù)是移動實(shí)驗(yàn)室整個技術(shù)體系中重要的技術(shù)單元，涉及了多種分析方法的應(yīng)用，本文就該單元分析體系的構(gòu)建進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

2 文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室

分析體系研究的主要內(nèi)容

考古發(fā)掘出土文物長期處于封閉的埋藏環(huán)境中，在一定的時期內(nèi)，在多種因素的作用下，文物處在一種腐蝕和劣化的過程中，腐蝕和劣化的程度因文物和埋藏環(huán)境的不同存在較大差異。在較長的時間范圍內(nèi)，埋藏環(huán)境逐步穩(wěn)定，導(dǎo)致文物腐蝕和劣化的因素得到抑制，反應(yīng)速度緩慢甚至停止，埋藏文物與引起腐蝕及劣化的因素處于脆弱的平衡之中。隨著考古發(fā)掘工作的進(jìn)行，埋藏環(huán)境的驟變打破了文物保存相對的平衡狀態(tài)，由此造成許多文物不可逆轉(zhuǎn)的損失。由于文物出土?xí)r的狀態(tài)最接近埋藏中的狀態(tài)，這一時刻也是新環(huán)境下劣化的初始階段，時效性較強(qiáng)的分析調(diào)查對于文物出土狀況和病害評估至關(guān)重要，移動實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場的實(shí)時分析體系可以較好地解決這一問題。

長期以來，出土文物的保護(hù)研究工作多數(shù)是在文物出土很長時間后在文物庫房或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行的，這種習(xí)慣模式忽略了最佳研究時機(jī)，造成了大量文物信息的缺失，也割裂了文物本體和埋藏環(huán)境之間的聯(lián)系。文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室的出土文物現(xiàn)狀和評估技術(shù)結(jié)合近年來相關(guān)的研究成果和文物保護(hù)研究的客觀規(guī)律，將文物埋藏環(huán)境研究和文物本體現(xiàn)狀、病害調(diào)查方法研究作為本技術(shù)單元的研究方向，通過兩個方面的調(diào)查分析結(jié)果綜合評價文物的保存狀況和病害成因[7]。

埋藏環(huán)境的現(xiàn)場分析包括：針對文化層土壤的分析，確定主要調(diào)查指標(biāo)為土壤的含水率、酸堿度、可溶鹽含量以及粒度；發(fā)掘過程中如存在水，對其酸堿度和可溶鹽進(jìn)行分析；空氣及埋藏環(huán)境中微生物的培養(yǎng)和初步鑒定。埋藏環(huán)境的調(diào)查和分析不涉及文物本體，均采用現(xiàn)場取樣、即時分析的方式進(jìn)行。

針對文物本體現(xiàn)狀和病害的調(diào)查分析涵蓋了文物表面形貌、元素組成、物相以及文物本體的組成結(jié)構(gòu)和探傷，采用的分析手段為顯微分析、X熒光分析、各種光譜分析以及X光探傷調(diào)查。常規(guī)情況下均采用無損的分析方法，根據(jù)實(shí)際情況在發(fā)掘現(xiàn)場或移動實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展相關(guān)調(diào)查和分析。

出土文物現(xiàn)狀和病害評估的分析方法是基于移動實(shí)驗(yàn)室平臺構(gòu)建的，多數(shù)相關(guān)分析緊密圍繞考古現(xiàn)場即時進(jìn)行，立足于快速分析。對于一些復(fù)雜問題和特殊需求，如有機(jī)質(zhì)分析、年代測定、土壤的物相分析、稀有元素分析等，在不影響文物本體、對分析的時效性要求不高、能夠獲得分析樣品的情況下，可在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行延伸分析和深入研究，更好地為考古發(fā)掘提供技術(shù)支撐。

3 文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室

分析體系的構(gòu)建

基于移動實(shí)驗(yàn)室平臺的文物病害分析體系構(gòu)建為兩個方面，即和文物埋藏環(huán)境相關(guān)的土壤、水、微生物的取樣分析，文物本體的原位無損分析。兩個方面在分析手段上雖然不同，但相互聯(lián)系，共同構(gòu)成了文物的出土狀況和病害分析體系。

3.1 儀器及性能

（1）埋藏環(huán)境分析儀器

含水率測定采用日本Kett FD-720型紅外水分測定儀，量程 35g；可讀性 0.01%；傳感器精度1mg；重復(fù)性初始樣品重量≥1g時±0.2%，初始樣品重量≥5g時±0.05%；紅外暗場熱管（金屬加熱器）加熱源，全自動分析模式。酸堿度測定采用雷磁PHSJ-5型pH計(jì)，儀器級別為0.001級，溫度補(bǔ)償。可溶鹽分析采用戴安ICS-2500研究型離子色譜儀，陽離子分析條件：分析柱CS12A，淋洗液20mmMSA（甲烷磺酸），淋洗液流速1.0ml/min，系統(tǒng)壓力1320psi，抑制器電流65mA；陰離子分析條件分析柱AS14，淋洗液Na2CO3 （3.5mm）/NaHCO3（1.0mm），淋洗液流速1.2ml/min，系統(tǒng)壓力1219psi，抑制器電流24mA。粒度分析采用微納Winner2308A型激光粒度儀，可對小于2mm直徑的土壤進(jìn)行分析，可進(jìn)行干濕一體全量程測量，干法測量范圍為1-2000μm，濕法測量范圍為0.05-2000μm，準(zhǔn)確性/重復(fù)性小于3%，激光波長為632.8nm。微生物鑒定采用常規(guī)的實(shí)體顯微鏡。

（2）便攜式原位無損分析儀器

便攜式數(shù)碼顯微鏡為KEYENCE VHX-600K數(shù)碼顯微鏡，配備可拆卸式鏡頭和長距離延長線纜，放大倍率十至五千倍。便攜式X射線熒光儀為Niton XL3t型手持式熒光儀，金陽極射線管激發(fā)源，最大50kV，50μA，Peltier半導(dǎo)體致冷高分辨率SI-PIN X射線檢測器，分辨率195eV，帶高性能6濾光片系統(tǒng)。便攜式拉曼光譜儀采用Ocean Optics QE65000科研性光譜儀，量子效率90%，具有較高的信噪比和快速的信號處理能力，附帶的RIP-PA-SH型探頭可以濾掉瑞利線。便攜式近紅外光譜儀采用LabSpec5000光譜儀，在50nm-2500nm的可見光和近紅外光譜范圍內(nèi)對樣品進(jìn)行無損分析，秒掃描時間0.1秒的快速分析接近于實(shí)時監(jiān)測。便攜式可見光譜分析采用荷蘭AvaSpec2048FT光譜儀，該儀器配置有300線/mm光柵，可測光譜范圍200-1100nm，分辨率4.3nm，對稱式光學(xué)平臺設(shè)計(jì)，配置光電二極管陣列探測器，可以對整個光譜進(jìn)行快速掃描而不必移動光柵。X光探傷采用德國K-200型便攜X射線探傷及數(shù)字掃描系統(tǒng)，可對不同材質(zhì)文物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，腐蝕及保存狀況進(jìn)行調(diào)查。多光譜攝影系統(tǒng)和OURSTEX 100FA型高性能便攜式能量色散型X射線熒光分析系統(tǒng)[8]為研究團(tuán)隊(duì)搭建的系統(tǒng)。

3.2 分析功能的實(shí)現(xiàn)

基于移動實(shí)驗(yàn)室平臺的文物出土狀況和病害分析涉及多種方法和設(shè)備，將這些設(shè)備和方法應(yīng)用于復(fù)雜的發(fā)掘現(xiàn)場面臨較多問題，文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用支撐研究通過大量的方法研究、應(yīng)用實(shí)踐、方法調(diào)整和完善，逐步實(shí)現(xiàn)了各種分析方法的功能。

首先，通過前期大量的實(shí)驗(yàn)室工作，全面了解各種設(shè)備，確定最佳的分析條件，在此基礎(chǔ)上開展對樣品和器物的分析，積累經(jīng)驗(yàn)，提高復(fù)雜條件下的分析能力。通過應(yīng)用研究和方法歸納，編寫了各種分析設(shè)備的操作手冊。

其次，通過大量的應(yīng)用實(shí)踐，深入了解考古發(fā)掘現(xiàn)場對各種分析方法的需求，將多種分析方法進(jìn)行集成，確定了相對合理的工作模式和分析流程（圖1、圖2），科學(xué)、合理地解決發(fā)掘過程中面臨的問題。

最后，歸納和整合分析結(jié)果和數(shù)據(jù)，全面解讀各種分析方法獲得的信息，揭示埋藏環(huán)境與文物保存現(xiàn)狀和病害之間的關(guān)系，同時解釋相關(guān)的考古學(xué)現(xiàn)象和問題。

3.3 文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室分析體系的構(gòu)建

基于對各種分析方法、分析儀器的研究，結(jié)合不同考古發(fā)掘現(xiàn)場的應(yīng)用實(shí)踐，完成和優(yōu)化了文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室分析工作的流程和工作模式，在此基礎(chǔ)上初步建立了文物現(xiàn)狀和病害評估的分析體系（圖3）。

4 結(jié)語

基于文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室平臺、針對考古發(fā)掘現(xiàn)場埋藏環(huán)境和文物本體調(diào)查的分析方法，經(jīng)過不斷改進(jìn)、優(yōu)化和完善，逐步形成較為完善的分析體系，該分析體系能夠?yàn)榭脊虐l(fā)掘現(xiàn)場相關(guān)研究和文物保護(hù)提供有力的科技支撐。通過體系構(gòu)建和應(yīng)用支撐研究確立的移動實(shí)驗(yàn)室分析體系具有以下特點(diǎn)：

（1）該分析體系集成和優(yōu)化了多種分析方法，并建立了合理的工作模式，能為文物病害評估和研究、埋藏環(huán)境調(diào)查、考古現(xiàn)象的解釋及其他研究提供強(qiáng)有力的科技支撐，具有較好的應(yīng)用前景。

（2）文物出土現(xiàn)場保護(hù)移動實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的分析體系是個開放的體系，應(yīng)根據(jù)區(qū)域差異、發(fā)掘現(xiàn)場的特點(diǎn)、相關(guān)研究的需要進(jìn)行調(diào)整和架構(gòu)；同時也要結(jié)合相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，引進(jìn)新的方法和手段，提升考古研究和文物保護(hù)的科技水平。

（3）移動實(shí)驗(yàn)室平臺的各種技術(shù)單元體系構(gòu)建和研究在我國尚屬首次，分析技術(shù)的集成和分析體系的構(gòu)建也是首次，相關(guān)的技術(shù)和方法還需繼續(xù)深入研究和探索。

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