一批楚墓包金金屬飾片金箔成分及制作工藝的科學研究

成小林，唐凜然，李 沫，吳 娜，楊 琴，劉 薇，張昕煜，柳 敏，韓 英，趙丹丹

(1．中國國家博物館，北京 100006;2．宜昌博物館，湖北宜昌 443000)

0 引言

2017年，中國國家博物館對宜昌博物館館藏655件春秋晚期楚墓金屬飾片開展保護修復，這批器物分別出土于湖北當陽曹家崗5號楚墓和趙巷12號楚墓。當陽曹家崗5號楚墓于1984年10月發掘，經考證其墓主人為王孫雹，可能即楚國大夫申包胥。該墓早期被盜，遭到嚴重破壞，但仍然獲得小型銅器、金屬裝飾物、皮甲、樂器、骨貝等珍貴遺物近千件，其中金屬飾片共計196件［1］。趙巷12號楚墓位于當陽市河溶鎮以東4 km，距曹家崗5號楚墓僅有3 km。發掘于1996年12月，墓主人身份不明，出土可辨識金屬飾片459件，零散殘金箔一百余片。

兩墓所出土的655件金屬飾片材質、形制大體相同，材質包括錫鉛合金及青銅，主要形制有燕尾形、三足形、虎形、葉片形、蟹形、蝌蚪形、璧形、獸面型、圓盤形等十多種(圖1)，其中大多數錫鉛飾片包附有帶紋飾的錫箔(少量包附金箔)，而青銅飾片則包附有帶紋飾的金箔，但因包附不牢或器物腐蝕等原因，大部分金箔已脫落，兩墓中出土可配對的金箔約有50件。金箔上的紋飾以蟠螭紋為主，還有三角紋、獸形紋和绹紋等。這批金屬飾片用途與性質目前尚無定論，參考類似出土文物，主要有棺飾［2］、車馬飾件［3］、甲片［4］三種可能。這批文物總量較大，類型豐富，材質多樣，制作精良，在楚墓所出類似文物中規格較高，為研究此類文物及相關葬俗提供了一批較為全面、系統的時代相對較早的標本，具有較高的歷史價值。

本研究采用掃描電子顯微鏡、X射線熒光分析顯微鏡、三維視頻顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、色差儀、光澤度儀以及氣質聯用色譜等分析手段對194片金箔的元素含量、厚度、顏色、光澤度、紋飾的制作工藝等方面展開系統的分析與研究。對這批珍貴金箔紋飾的科學分析可為了解我國傳統金箔和紋飾制作工藝提供重要的參考依據。

1 分析儀器和樣品

所用掃描電鏡為飛納公司的Phenom XL型臺式掃描電鏡，CeB6燈絲，配有四分割背散射電子探測器、二次電子探測器和能譜儀。光學顯微鏡放大3～16倍，電子顯微鏡放大最高100 000倍，背散射圖像分辨率優于20 nm，樣品室尺寸100 mm×100 mm×65 mm。測試時將樣品用導電膠粘貼在鋁合金樣品臺上，放入樣品倉，調節高度后將樣品倉放入設備。先在光學顯微鏡下初步找到樣品位置，切換到背散射圖像或二次電子圖，低真空下直接觀察樣品，具體測試條件見圖像說明。

顯微鏡為蔡司公司的LSM700型激光共聚焦顯微鏡和SmartZoom5型三維數碼顯微鏡。LSM700型激光光聚焦顯微鏡采用405 nm激光器，強度設置為5%，物鏡放大倍率為20或50。SmartZoom5型三維視頻顯微鏡配備0.5倍和5倍物鏡鏡頭，放大倍率10～1 011。

X射線熒光分析儀為 Horiba公司的 XGT－5000型X射線熒光分析顯微鏡，測試條件:X射線管電壓50 kV，管電流0.08 mA，光斑直徑1 mm，采集時間80 s。

色差儀為Konica Minolta公司的CM－2600d型分光測色計。測試條件:測量面積為8 mm，UV 100%，使用光源為D65，即包含紫外線成分的日光，相關色溫6 504 K，觀察角為10°。

光澤度儀為BYK－Gardner微型光澤度儀，測量角度為60°。

所分析的194片金箔中，來自趙巷12號墓的有166片，可配對于青銅基體上的金箔為36片，殘片樣品130片，編號以ZX開頭;來自曹家崗5號墓的有28片，可配對于器物上的金箔為14片，殘片樣品14片，編號以CJG開頭。其中，曹家崗5號墓中有17片金箔是明確包附在鉛錫合金的飾片上，而趙巷墓中的金箔基本均是包附于青銅飾片上。可配對于器物上的金箔樣品編號均以Y開頭(除Z－57外)，194片中部分金箔厚度、成分、色差、光澤度分析結果見表1。

表1 金箔成分含量、厚度、色差和光澤度結果Table 1 Results of elemental contents，thickness，color and glossiness of gold leaves

(續表1)

2 分析結果

2.1 金箔厚度及成分

對于金箔厚度的檢測，首先觀察并選取部分最厚和最薄的金箔飾片，環氧樹脂鑲嵌后拋磨，置于掃描電鏡下測量。金箔厚度不等，最薄的約為7 μm，最厚約為35 μm;即使是同一片金箔，不同部位厚度也會有一定的差異，如編號為ZX－58的金箔殘片，厚度為17.7 ～29.4 μm。

為計算金箔單位面積的質量，選取編號為ZX－009、ZX－010、ZX－060、ZX－075和 ZX－077目測厚度相差較大的金箔殘片，因殘片形狀不規則，采用A3幅面掃描儀對金箔進行1∶1掃描，將圖片導入CAD軟件，縮放到實際大小，沿金箔殘片繪制1∶1矢量圖形，并計算其面積;分析天平稱重后計算金箔單位面積的質量，結果見表2。表2說明金箔每平方厘米的質量為11.6～23.6 mg，也就是說1 g黃金可打制約42.4～86.2 cm2的金箔。

表2 金箔面密度Table 2 Weight per unit area of gold leaves

采用XGT－5000型能量色散X射線熒光分析顯微鏡對194片金箔進行檢測，并以Au質量分數為橫坐標、Ag質量分數為縱坐標作散點圖(圖2)。由表1和圖2可知，金箔主要為金銀合金，因銅含量非常少，約0.3%以下，且因金箔大部分是包附于青銅基體上，銅元素有可能是來源于青銅的銹蝕產物，故在此未將銅列入。194片金箔中Au含量最高的是Y6446，Au為95.6%，Ag為4.4%;Au含量最低的是ZX－094，Au為82%，Ag為17%;從圖2的離

2.2 色差分析

肉眼觀察，194片金箔的外觀顏色有一定的差別。為更精確地表示顏色的不同，應用分光測色散圖可看出，大部分金箔Au含量為90% ～95%，Ag為5% ～10%。6片金箔離散聚集在一起，見圖2紅圈部分，分別為 ZX －094，Y6103，Y6662，Y6110，ZX－060和ZX－027，Au含量較低，為82% ～84%，Ag為16% ～18%。此外，另一個較為明顯的特點是曹家崗5號墓中包附于鉛錫基體上的17片金箔中，14片金箔Au含量在90% ～92%范圍內。觀察表明金箔的金相組織為α固溶體再結晶晶粒及孿晶(圖3)，應經過熱鍛處理。計對所有樣品進行檢測，因曹家崗墓中的金箔表面顏色受埋藏環境的污染和影響較大，在此并未檢測，只對趙巷墓中的166片金箔進行色差分析。以Y6662金箔(顏色偏淺黃，Au質量分數為82.5%)為目標色，測量其他樣品與目標色之間的色差，并以色差綜合偏差值ΔE來表示，每片金箔測3次，最后取其平均值，結果見表1，并以金箔Au質量分數為橫坐標，色差ΔE為縱坐標作散點圖(圖4)。圖4表明金箔顏色有一定的差異，差別最小的是ZX－094，ΔE為1.94，而 ZX－094是 Au含量最低的金箔(為82.0%)。差別最大的是Y6446，ΔE為16.9，Y6446是Au含量最高的金箔。相對來說，Au含量較低的6片金箔，ΔE值較低，為5以下，肉眼觀察顏色偏淺黃。而Au含量為90%以上的其他金箔，ΔE值大部分集中于5～15，只有少量分布于5以下或15以上，肉眼觀察顏色較Au含量較低的6片金箔偏紅。

2.3 金箔加工微痕的分析

采用光澤度儀對所有金箔正反兩面進行光澤度檢測，每片金箔分別測3個點，最后取其平均值，最終的結果見表1。除5片金箔外，其他金箔均是正面較背面的光澤度更大，兩面差異最大的是ZX－035，其光澤度值相差98.8GU;不同金箔之間正面光澤度也有一定的區別，光澤度最大的是ZX－035，正面光澤度為 101GU，最小的是Y6608，為 5.0 GU。

三維視頻顯微觀察表明，金箔正面有明顯的拋磨痕跡，有的為沿著一個方向的平行痕跡(圖5a)，有的為不同方向(圖5b)，但背面卻觀察不到任何拋磨痕跡(圖5c)。同時用分辨率較高且具有3D功能的激光共聚焦顯微鏡分析拋光深度及寬度，將待觀察的樣品置于50×的物鏡下，發現磨痕細密，拋磨寬度最寬為7～9 μm(圖5d)，大部分寬度在 0.5 ～2 μm，深度為 0.5 ～1.5 μm(圖5e)。

拋磨的目的是減少金箔表面的粗糙度，提高光澤度，這是同一片金箔正反面光澤度不同的原因。雖然金箔本身具有一定的光澤度，但拋光則會使其更為光亮。

每片金箔上都有精美的紋飾，圖案類型豐富，但每片上的紋飾又各不相同，與包附于青銅飾片上的金箔相比，包附于鉛錫飾片上的金箔紋飾則顯簡單與粗獷。為便于比較，特以包附于青銅飾片上的虎形金箔(Y6109)和包附于鉛錫飾片上的圓盤形金箔(Z－57)舉例說明(圖6)。為提取花紋圖案，采用A3幅面掃描儀對進行掃描，之后應用AI軟件提取紋飾信息，形成線描圖。Y6109金箔長約16.1 cm，寬約8.4 cm，其紋飾整體為一只虎紋，但細部又以多組蟠螭紋組合而成，為了凸顯花紋，使圖案具有立體浮雕感，紋飾包括陰線和陽線兩種，其主線條一般為陰線(圖6a中的藍線所示)，即從金箔正面刻劃紋飾;細節紋飾則為陽線(圖6a中的紅線所示)，從金箔反面刻劃。主線條用于勾勒輪廓，內部填充細節紋飾，細節紋飾則以龍鱗和帶勾的斜線條為主。采用三維視頻顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡對金箔背面進行觀察，結果表明紋飾有明顯的刻劃痕跡(圖6c)，刻劃深度不一，經測量龍鱗紋飾刻劃深度在36～76 μm之間(圖6d)，線條紋飾刻劃深度為19～25 μm;斜線條長度為1～2.5 mm，寬度為 58～206 μm，線條間距為 0.3～0.8 mm。因是人工刻劃，可觀察到明顯的停頓、缺筆等現象(圖6e箭頭所指)。

Z－57圓盤形金箔直徑約為11.3 cm，紋飾以五排绹紋為主，紋飾同樣采用鏨刻手法，同樣包括陰線和陽線兩種，一般主線條為陰線(圖6b中的藍線所示)，細節紋飾為一條條短的斜線隨型填充于主線條內，呈陽線(圖6b中的紅線所示)。與Y6109相比，可明顯看出紋飾簡單，粗獷，稀疏。經測量，細節紋飾中的斜線條長度為3～5 mm，為Y6109線條長度的2倍左右，寬度為90～145 μm，線條間距為0.9～2.5 mm，為Y6109線條間距的3倍左右，刻劃深度為45～62 μm，也較Y6109刻劃深度要深。從圖6f還可觀察到很多斜線條有錯位現象。

2.4 金箔貼附方式

另一個技術問題是，金箔是以何種方式貼附于青銅飾片上的。通過觀察，發現飾片背面如圖7所示，即金箔邊沿內折與青銅基體相貼，為了更好地與基體緊貼，有些金箔邊沿間隔5～6 mm剪一約3 mm寬的小口。對青銅和金箔貼附面的殘留物取樣，氣質聯用色譜分析表明無粘接劑的譜峰，推測這批金箔只是簡單的物理貼附，陳允敦在《傳統薄金工藝及其中外交流》［5］一文中提到傳統的包金工藝，即將待包附的青銅飾片表面清洗干凈，烘干，再將金箔復上，取凈棉花緊按箔上，讓金箔與被包物密貼，然后在爐火上微烘之，則金箔緊貼于器物表面。這批金箔可能正是用的此種貼附方法。

3 討論

3.1 金箔冶煉技術的探討

我國有悠久的薄金工藝歷史。所謂薄金工藝，即是把黃金捶打或碾壓成厚度十分小的薄箔的工藝。金的比重一般為19.3，硬度為2.5～3，熔點為1 064℃，其延展性為各金屬之冠。在冷加工中不需退火仍可連續碾薄，這種性能極有利于金箔的打制，但為使金箔的性能更優，實際加工中金箔適當于400～500℃進行退火處理。純金質地太軟，打成薄片后不便于使用，一般摻雜少量銀或銅可使其變硬。

正確區分早期金制品是自然金還是人工冶煉所得，需要從時代和地理位置上準確把握人工冶煉、提純所得金銀制品的總體成分和制作工藝特點。金在自然界中存在的形式分為砂金和脈金。砂金是指山體中的脈金經過長期風化剝蝕，被河水沖刷后使金與石英礦脈分離而成的金;脈金則主要存在于石英脈中，礦床大多分布在高山地區，對于脈金礦的開采需要開鑿巖石，難度較砂金大很多。自然金成分因成礦時間和所處地理位置的差異表現出不同的特點，幾乎所有自然金都含有銀，中國自然金的純度64% ～100%不等，銀含量為0～35%。此外，還含有少量銅，一般銅含量少于1%［6］。而我國有明確金銀提純記載的文獻為東漢狐剛子的《出金礦圖錄》，記錄了當時分庚技術(金銀分離技術)的兩種做法，一是“黃礬 －胡同律法”，另一種是“礬鹽法”［7］。根據出土年代及成分特點來推測，先秦時期人們較難掌握開采脈金和金銀分離的技術，通過以上分析，該批金箔為金銀合金，基本不含銅，推測這批春秋晚期的金箔極有可能采用自然金中的砂金。從圖2的金箔成分離散圖進一步可知，趙巷墓中包附于青銅飾片上的金箔至少應采用兩種不同的砂金原料，而曹家崗墓中包附于鉛錫飾片上的金箔可能與包附于青銅飾片上的金箔用料也不相同。

3.2 金箔制作工藝過程推測

基于金箔加工過程中遺留下來的痕跡，并通過在南京金陵金箔集團實地考察和文獻調研［8］，推測該批金箔的主要制作工藝流程為:熔鑄—反復錘打至所需厚度—裁剪到合適尺寸—打磨拋光—刻劃紋飾—貼附于基底。

1)熔鑄。將原始金塊置于坩堝內，放入木炭小風爐內加熱到1 200℃，待金全部融化后傾入鑄槽，形成金條。為使后期制作簡單方便，一般一次只化幾十克的金條。

2)捶打成片。在氈子上用錘子將小金條反復鍛打形成坯片，期間因加工硬化的原因，需將坯片加熱到500℃以上，進行退火熱處理，使金片變軟，方可繼續捶打，直至達到所需厚度。

3)裁剪和打磨拋光。將金片裁剪到合適的尺寸，在金片正面進行打磨拋光處理。受考古出土材料所限，無法獲知裁剪和打磨所用工具。

4)刻劃紋飾。這一步驟非常關鍵，刻工根據器物形狀先行設計好圖案，之后采用特制的工具，在如此薄的金箔上進行刻劃。所用鏨刀的鏨頭不能過于鋒利，且用力要淺，以防鏨透。

5)貼附于基底。具體方法如前，此不贅述。

3.3 與其他墓葬出土金箔的對比

我國從商代后期開始大量使用金箔、金片、金薄片，金箔的加工已有一定規模。如四川三星堆遺址兩個祭祀坑(殷商時期)出土了金面罩、金手杖、金箔葉形飾、虎形器、金魚、金璋、金帶等各種形狀的金片，其中尤以金面罩最引人注目。經檢測，這些金片金含量為82.451% ～86.194%，銀含量為11.006%～14.795%，同時含有少量鋇及其他微量元素，金片厚度為0.12～0.44 mm。研究者認為該批金器應采用冶煉法將自然金銀礦砂熔融，使金與其他雜質礦物分離，最后使用人工鍛打或人工碾壓成器［9－10］。

金沙遺址(商代晚期至春秋時期)也出土有太陽神鳥、金帶等金箔，經測量金箔厚度一般為0.1～0.2 mm，最厚的0.4 mm左右，金箔中金含量為83% ～94%，銀含量為5.1% ～16.4%，銅含量為0.2%～1.6%，只有少數表面進行拋光處理，紋飾為刻劃形成［11］。

西周和春秋戰國時期，金箔的使用更加普遍。如河南淅川下寺春秋楚墓中出土有約749 g金箔，金箔上壓印有幾何紋飾以及夔龍紋［12］，相關科學分析研究尚未見報道。

安徽蚌埠雙墩一號春秋墓中發現了許多金箔殘片［13］，據推測是包在青銅編鐘和石罄木掛架表面的鉛錫裝飾片上的。金箔大小不一，厚約0.01～0.05 mm，呈淺黃或青黃色，顏色不勻，金含量為80%～86%，含銀量為13%左右，值得注意的是該批金箔中含有一定量的汞，推測金箔所用原料是采用混汞法選提的，該批金箔在出土時代、墓葬屬性，金箔厚度、類型等方面均與本研究的金箔最為相似。曾侯乙墓出土戰國早期金箔共計940片，主要用來貼附在鉛錫飾片上，這些金箔最厚的0.378 mm，最薄的0.037 mm，一般厚度在0.1～0.2 mm之間，面密度20～30 mg/cm2。素面金箔含金約92%，含銀約8%，幾何紋金箔含金約86.7%，含銀約13.3%，多數花紋為壓印形成［14］。

甘肅張家川馬家塬墓地出土了大量戰國晚期金制品及殘件，其中很多為金箔、金片類，如貼于殘鐵件上的金片、金箔車馬飾件等，這些金制品金含量64.9% ～93.7%，銀含量7.3% ～33.5%，銅含量0%～3%，已有的研究僅對殘鐵飾件上金片厚度進行測量，其平均厚度為50～60 μm，金箔表面經過拋光處理后用鏨子刻劃出所需的紋飾［6］。

新疆哈密巴里坤西溝遺址1號墓出土了一些人身上佩戴和衣物上縫綴的三角形、水滴形、長條形的金飾片，金含量為71.9% ～92.8%，銀含量為7.2% ～28.1%，厚度未知，表面有一定的拋光痕跡，無紋飾［15］。

與上述墓葬出土的金箔、金片相比，這批楚墓出土金箔厚度最薄，金含量相對較高，金箔表面更光亮，打磨拋光較為明顯，紋飾種類更為豐富，紋飾刻劃更為細膩、繁縟，這些都表明其制作工藝達到了相當高的水準。

4 結論

1)通過對湖北當陽曹家崗5號楚墓和趙巷12號楚墓出土包金金屬飾片金箔成分的分析表明:這批金箔主要為金銀合金，大部分Au含量為90% ～95%，Ag含量為5% ～10%。少數金箔Au含量相對較低，為82%～84%。金箔顏色隨金含量增加逐漸從淺黃變紅黃。每片金箔的正面比背面光亮很多，顯微觀察金箔正面經過精細的拋光處理。

2)金箔上均有精美的紋飾，紋飾細膩，圖案類型豐富，紋飾通過刻劃形成。與包附于青銅飾片上的金箔相比，包附于鉛錫飾片上的金箔紋飾則顯簡單與粗獷。

3)與先秦時期其他墓葬出土的金箔、金片相比，這批楚墓出土金箔制作工藝水準相對較高。

4)激光共聚焦顯微鏡和三維視頻顯微鏡是研究器物上微痕的非常重要的觀察和分析手段。特別是激光共聚焦顯微鏡因其具有高的分辨率和3D重建功能，使其在微痕的深度分析中能發揮重要的作用。

致 謝:本文在寫作中得到了董亞巍老師、康健老師的啟示，宜昌博物館肖承云館長、向光華副館長為樣品的采集提供了幫助，部分樣品分析工作是由北京科技大學蔡秋彤、王京、楊自然和陳璁完成的，在此一并致謝!