射線成像技術(shù)與商周青銅器鑄接

2023-01-13 02:42:24蘇榮譽(yù)

文物保護(hù)與考古科學(xué) 2022年6期

關(guān)鍵詞：檢測

蘇榮譽(yù)

(中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所，北京 100190)

0 引言

北宋金石學(xué)的建立，與青銅器的著錄密切相關(guān)，是若干青銅器愛好者如楊元明、歐陽修、劉敞、呂大臨和宋徽宗等推動(dòng)的結(jié)果。劉敞概括的“禮家明其制度，小學(xué)正其文字，譜牒次其世謚”，即是金石學(xué)的綱領(lǐng)，銘文是其核心。這一取向一直延續(xù)至今，青銅器銘文的數(shù)量是其核心價(jià)值。而青銅器的制作技術(shù)，自宋至清的近千年間卻鮮有問津者[1-4]。

19世紀(jì)和20世紀(jì)之交包括X射線被發(fā)現(xiàn)的科學(xué)革命，將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到考古學(xué)、藝術(shù)史和歷史硏究，不僅誕生了科學(xué)技術(shù)史學(xué)科，古代青銅器的材料和制作技術(shù)亦受到重視，海外收藏的中國青銅器的技術(shù)問題率先被關(guān)注，冶金考古也得以在中國發(fā)軔。這些進(jìn)展體現(xiàn)在西方學(xué)者編纂的相關(guān)圖錄中，但還未涉及青銅器的鑄接問題[5-6]。隨著西學(xué)東漸，考古學(xué)和包含古器物學(xué)的藝術(shù)史逐步傳入我國并相繼被確立為學(xué)科，雖適逢清末至民國青銅器著錄的繁盛階段[7]，卻相互陌路，未見影響。

20世紀(jì)50年代開始，我國大規(guī)模的考古調(diào)查和發(fā)掘，不僅出土了大量的商周青銅器，還發(fā)現(xiàn)了若干鑄銅遺址。青銅技術(shù)成為考古學(xué)家關(guān)心的問題，更有若干科學(xué)家和科技史家投入到這一論題的硏究中[8]387-445，成果積累的標(biāo)志是巴納(Noel Barnard，1922—2016)于1961年出版的《古代中國青銅鑄造與青銅合金》，著作對此前的硏究做了階段性總結(jié)，但尚未涉及鑄接[9]。

1 認(rèn)識(shí)商周青銅鑄接：剖切

1951年，史密森學(xué)會(huì)弗利爾美術(shù)館(Freer Gallery of Art，Smithsonian)第二任館長、藝術(shù)史家溫利(Archibald G.Wenley，1898—1962)敦請蓋滕斯(Rutherford J.Gettens，1900—1974)幫助建立實(shí)驗(yàn)室以硏究亞洲古代材料和工藝。自1958年開始，實(shí)驗(yàn)室在蓋滕斯的帶領(lǐng)下，對館藏中國青銅器，無論有無疑問，都進(jìn)行了系統(tǒng)的硏究。

他們很快發(fā)現(xiàn)了商周青銅器的鑄接現(xiàn)象。一件春秋晚期帶蓋附耳蹄足鼎(藏品號：47.20，圖1)，三蹄足中塞滿紅色泥芯，每足兩側(cè)都有一條垂直的鑄造披縫。由于銹的遮掩，足與腹的關(guān)系不清楚。仔細(xì)清理一只足與腹的結(jié)合處，不僅露出了披縫，還能看到腹部不規(guī)則溢出且疊壓著足根(圖2)，一雙附耳以同樣的形式與腹連接，沒有镴焊痕跡，不知足、耳如何與腹連接。

圖1 弗利爾美術(shù)館藏鼎47.20[10]491Fig.1 Ding (Freer Collection 47.20)

圖2 弗利爾美術(shù)館藏鼎47.20足根鑄接痕[11]Fig.2 Trace of cast-on method for leg attachment (Freer Collection 47.20)

館藏的一件參考品(藏品號：SC587)早年購自中國，與鼎47.20風(fēng)格接近，但兩條腿已經(jīng)脫落(圖3)。為明了其結(jié)構(gòu)，便采用機(jī)械切割的方法，將一只足用金剛砂鋸對半切開，清晰地展現(xiàn)出空心足壁厚相當(dāng)均勻，其中實(shí)以泥芯，且泥芯帶著芯撐，足分鑄并且先鑄。先鑄的足根頂部泥芯出露，為鑄接牢靠，將貼足壁的泥芯掏出一圈，所形成的一圈凹槽形狀不很規(guī)則，而頂部內(nèi)收的足壁口小下邊大，有若接榫，先鑄的足安置在鼎腹鑄型的恰當(dāng)位置，澆注后青銅充滿足的凹槽，冷凝后與足壁加持著足根，原來那圈凹槽中的青銅有若環(huán)形突榫(圖4)，形成了鎖扣(lock-on)結(jié)構(gòu)，結(jié)合緊密(圖5)。剖面圖清晰地表現(xiàn)出二者的疊壓關(guān)系，說明足先鑄成形。另一件參考品春秋青銅鼎(藏品號：SC613)，兩條腿的縱切不僅表現(xiàn)出相同的鑄接，還直觀表現(xiàn)了一足的早期補(bǔ)鑄。對一件參考品盤(藏品號：SC537)附耳耳郭的縱切，證明其沒有分鑄，系渾鑄成形(圖6)[10]490-495，[11]xv-xvii，76-84，98-99。這些雖成為判斷鑄接的經(jīng)典之作，但切開器物的作法有其不得已和特殊的境況，難以效法。

圖3 參考鼎SC587[11]Fig.3 Ding (Freer Collection SC587)

圖4 參考鼎SC587一足剖面圖[11]Fig.4 Profile of a leg (Freer Collection SC587)

圖5 參考鼎SC587足鑄接結(jié)構(gòu)[11]Fig.5 Trace of cast-on method for leg attachment (Freer Collection SC587)

圖6 切開的參考盤SC537耳[11]Fig.6 Cut ear of a Pan (Freer Collection SC537)

事實(shí)上，就鼎足而言，切開后固然可直觀看到足壁、芯及背面的芯撐，但其他部位的結(jié)構(gòu)甚至芯撐的形狀都不清楚。于是，不斷發(fā)展的高能射線，特別是X射線成像技術(shù)，被考慮用于分析檢測。

2 X射線照射成像與青銅鑄接

當(dāng)時(shí)，史密森學(xué)會(huì)并沒有高能X射線設(shè)備，但位于馬里蘭銀泉的白櫟海軍軍械實(shí)驗(yàn)室(Naval Ordnance Laboratory，White Oak，Silver Spring，Maryland)有，蓋滕斯與他們合作，對28件館藏器物(其中三件為參考品)進(jìn)行了成像檢測，旨在認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)、制作及連接工藝，再現(xiàn)補(bǔ)綴、修復(fù)和镴焊。鼎SC587足的正面成像，不僅表現(xiàn)出其壁厚均勻，而且圖片中上大下小的兩個(gè)長方形灰黑區(qū)即芯撐(芯頭)設(shè)置處形狀清楚(圖7)，既與侯馬鑄銅遺址出土的芯相一致，也和多倫多安大略皇家博物館(Royal Ontario Museum)收藏的兩件春秋時(shí)期青銅鼎(編號：933.23.64、933.23.63)的足鑄接相同[11]80-83，159-170，[12]。

圖7 參考鼎SC587足X射線成像[11]Fig.7 Radiograph of legs (Freer Collection SC587)

這次X射線成像檢測，鑄接只是其中的一項(xiàng)內(nèi)容，并且與器物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。事實(shí)上，成像所揭示出大量前所未知的中國青銅器信息，內(nèi)涵十分復(fù)雜，既涉及到器物的缺陷與修補(bǔ)，也能說明器物的真假或局部的作假。隨著大功率X射線裝備的發(fā)展，自70年代以后，這一裝備陸續(xù)進(jìn)入博物館和文物保護(hù)實(shí)驗(yàn)室，使X射線成像技術(shù)逐步成為檢查器物的常規(guī)手段。我國也于70年代后期將該技術(shù)用于分析平谷劉家河商代墓葬出土銅鉞的鐵刃鑄接，80年代用于檢測司母戊方鼎雙耳的鑄接[13-14]。

弗利爾美術(shù)館藏西周早期四出戟卣(藏品號：30.26，圖8)，陳夢家認(rèn)為1929年出自寶雞，與波士頓美術(shù)館(Museum of Fine Arts Boston)所藏一件(藏品號：34.66)成對，十分華麗[10]284-289，[15]。對這件卣進(jìn)行X射線成像后發(fā)現(xiàn)：首先，蓋鈕中空，其中有錐形泥芯，蓋兩側(cè)伸出的獸頭中空而其壁厚均勻(圖9)；其次，四長戟中空，壁厚均勻且分鑄，蓋滕斯據(jù)X光片判斷出戟大焊(hard soldering)在卣腹上，為強(qiáng)化結(jié)合，出戟根部套在卣腹壁突出的接榫上(圖10)。

圖8 弗利爾美術(shù)館藏四出戟卣30.26[10]285Fig.8 You (Freer Collection 30.26)

圖9 出戟卣蓋及其X射線成像[11]Fig.9 Cover and its radiograph (Freer Collection 30.26)

圖10 出戟卣長戟及其X射線成像[11]Fig.10 Appendage and its radiograph (Freer Collection 30.26)

圖11 出戟卣長戟銷孔[11]Fig.11 Hard solder securing the appendages to the side of the vessel was applied in a neat ribbon around the join (Freer Collection 30.26)

青銅器造型不規(guī)則、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度變化大，X射線成像技術(shù)雖然革命性地揭示出很多前所未知的情況，但仍然由于某些重要部位受遮擋阻隔而使其應(yīng)用和效果被大大制約(如無法解析鼎47.20足與腹的關(guān)系，也不能清楚展示卣30.26長戟接榫、銷釘和“綁帶“的關(guān)系等)。

3 X射線CT掃描

基于X射線成像技術(shù)發(fā)展出的計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)技術(shù)在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)，于70年代發(fā)展成熟。大功率的工業(yè)CT裝置在80年代誕生，并隨即被應(yīng)用于考古樣品和館藏文物的分析[18-19]，如千葉國立歷史民俗博物館將其用于檢測泉屋博古館收藏的瓠壺[20]。90年代，圣路易斯藝術(shù)博物館(Saint Louis Art Museum)采用設(shè)在辛辛那提的通用電器航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢中心(GE Aircraft Engines Quality Technology Center in Cincinnati)的工業(yè)CT分析了五件館藏青銅容器。其中一件春秋早中期龍耳方座簋(編號：223：1950，傳出自山東臨沂)，侈口失蓋，束頸鼓腹置于體量過大的方座上，腹與座滿布環(huán)帶紋，腹中向兩側(cè)伸出一對曲作S形龍耳，龍面向外側(cè)，轉(zhuǎn)彎處附有一圓雕獸飾，長尾回卷(圖12)。龍耳根有一個(gè)大約3 mm見方的凹坑，在附獸尾上也有一個(gè)，Hargrove以為是排氣孔(圖13)，并指出龍耳披縫清楚，系對開分型，但龍頭頂部和兩側(cè)則另設(shè)范。根據(jù)CT結(jié)果，確知龍耳曾嚴(yán)重殘破，使用了不少膠和镴修復(fù)，另一耳局部后配。CT圖像表現(xiàn)出龍耳中空，腹部伸出榫頭插入耳根中，耳根的一對穿孔，從一側(cè)澆注熔融的金屬，流入后包裹榫頭，并從相對的一側(cè)和足根溢出(圖14～圖16)，以焊接龍耳至簋腹[21]131-133，148-153，171-172。如此直觀的結(jié)構(gòu)，是X射線成像無法提供的，體現(xiàn)了CT技術(shù)的優(yōu)勢。

圖12 龍耳方座簋223：1950[21]32Fig.12 Gui (Saint Louis Collection 223：1950)

圖13 龍耳根孔洞[21]32Fig.13 Holes on an ear (Saint Louis Collection 223：1950)

圖14 金屬從孔洞溢出[21]32Fig.14 Hole as the exit for molten metal (Saint Louis Collection 223：1950)

圖15 龍耳與簋腹結(jié)合的CT圖[21]32Fig.15 CT image showing the combination of the body and ears (Saint Louis Collection 223：1950)

圖16 龍耳鑄焊的CT圖[21]32Fig.16 CT image showing cast-on and soldering of an ear (Saint Louis Collection 223：1950)

進(jìn)入新千年，工業(yè)CT在古器物檢測上的應(yīng)用日益廣泛，世界上重要博物館紛紛組建了CT實(shí)驗(yàn)室。以日本為例，兩個(gè)國立文化財(cái)研究所(京文硏與奈文硏)和四個(gè)國立博物館(東京、奈良、京都和九州)都先后組建了CT實(shí)驗(yàn)室。從2007年開始，在九州國立博物館開始批量檢測泉屋博古館(Sen-oku Hakukokan Museum)收藏的中國青銅器。

這一檢測持續(xù)了數(shù)年，提供了一大批十分獨(dú)到且重要的信息，122件器物的掃描結(jié)果已經(jīng)發(fā)表。在鑄接方面，兩件商晚期青銅觥頗為突出。一件是虎鸮觥(藏品號：彝232)，其腹后端設(shè)C形鳥獸鋬，雙翅在觥腹(圖17)。外觀難以確定鋬是否分鑄，但CT圖清晰地表現(xiàn)出鋬不僅分鑄，而且為了鑄接牢固，觥腹設(shè)兩個(gè)半環(huán)形接榫，鑄接鋬的青銅穿過半環(huán)與之結(jié)合(圖18)，自然較普通的接榫結(jié)合牢固。另一件象紋觥(藏品號：彝94)后端設(shè)一更大的獸形鋬，鋬下另附兩圓雕爬獸(圖19)。CT圖表現(xiàn)出鋬分鑄，但與虎鸮觥不同，腹與鋬的結(jié)合點(diǎn)，上面設(shè)半環(huán)，下面的設(shè)突榫，后鑄鋬的青銅包裹半環(huán)和突榫并完成銷(鏈)接和榫接(圖20)[8]264-273，[22]。就婦好墓青銅容器而言，絕大多數(shù)鋬的鑄接都是榫接式[23]，此二觥的環(huán)形接榫當(dāng)然十分特別，應(yīng)該是某組鑄工的偏好或特點(diǎn)，而兩件觥的不一致，則體現(xiàn)了不同鑄工的不同手法。

圖17 泉屋虎鸮觥[22]90Fig.17 Owl-shaped Gong (Sen-oku Hakukokan collection)

圖18 虎鸮觥鋬鑄接結(jié)構(gòu)CT圖[8]Fig.18 CT image of the cast-on method for the handle of the Gong (Sen-oku Hakukokan collection)

圖19 泉屋象紋觥[22]91Fig.19 Elephant-patterned Gong (Sen-oku Hakukokan collection)

圖20 象紋觥鋬鑄接結(jié)構(gòu)CT圖[8]Fig.20 CT image of the cast-on method for the handle of the Gong (Sen-oku Hakukokan collection)

上海博物館在國際上久負(fù)盛名，20世紀(jì)末即籌劃建設(shè)CT實(shí)驗(yàn)室。在建設(shè)期間，丁忠明等分析山東新泰周家莊齊墓出土的復(fù)合劍，揭示出一種獨(dú)特的鑄鑲低錫青銅條工藝(圖21)[24]，獲得了前所未知的鑄接現(xiàn)象。

圖21 姬劍鑄鑲紅銅斷面CT圖[24]Fig.21 CT image of the cross section of a bronze sword

上海博物館CT實(shí)驗(yàn)室于2015年建成，軟硬件系統(tǒng)和員工配備俱佳，很快產(chǎn)出了一批高水平的檢測結(jié)果。對館藏春秋早期子仲姜盤(圖22)的分析，不僅揭示出虎形附足的鑄接，而且發(fā)現(xiàn)在足內(nèi)側(cè)設(shè)置了四個(gè)均布的豎直金屬欄，鑄接時(shí)青銅流過金屬欄空隙進(jìn)入虎體的空腔，并包裹金屬欄，使之連接牢固(圖23)。對盤內(nèi)可在柱頭旋轉(zhuǎn)的圓雕動(dòng)物，CT分析更能發(fā)揮優(yōu)勢，清楚地揭示出柱和動(dòng)物的結(jié)構(gòu)及其間隙配合方式(圖24)，這兩點(diǎn)都是古代青銅器結(jié)構(gòu)上新的重要發(fā)現(xiàn)[25]。

圖22 子仲姜盤(周亞先生惠供)Fig.22 Zi Zhong Jiang Pan

圖23 子仲姜盤虎形附足CT圖[25]Fig.23 CT images of the tiger-shaped legs of Zi Zhong Jiang Pan

圖24 子仲姜盤中心鳥CT圖[25]Fig.24 CT images of the bird of Zi Zhong Jiang Pan

對皿方罍的掃描分析，不僅發(fā)現(xiàn)芯撐有定位和撐持的不同功能，就雙耳的鑄接，在上面的結(jié)合點(diǎn)，耳根中設(shè)有一立柱(圖25)，其作用和泉屋觥的半環(huán)接榫相若，目的是使之鑄接牢固。類似的現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在此器下腹的一只耳，也出現(xiàn)在春秋中期晉公盤雙耳根部(圖26)。至于山西靈石旌介商墓出土的驘簋，CT分析確認(rèn)雙耳鑄焊，為早期焊接找到了確切證據(jù)[26-28]。

圖25 皿方罍雙耳鑄接結(jié)構(gòu)CT圖[26]Fig.25 Cast-on method for two handles of Min Fanglei

圖26 晉公盤雙耳鑄接CT圖(丁忠明先生惠供)Fig.26 Cast-on method for two handles of Jin Gong Pan

4 結(jié) 語

科學(xué)技術(shù)史昭示，19世紀(jì)末到20世紀(jì)初的科學(xué)革命，提出了許多新的硏究方向和問題，極大地推動(dòng)了學(xué)科的交差和范式(paradigm)的轉(zhuǎn)變。關(guān)涉技術(shù)史、考古學(xué)和藝術(shù)史等諸多學(xué)科的古代青銅技術(shù)被給予關(guān)注，中國古代青銅技術(shù)亦不例外。不斷的考察和分析，使青銅鑄接工藝逐步凸顯，為認(rèn)識(shí)這一工藝，蓋滕斯等于20世紀(jì)60年代在弗利爾美術(shù)館剖切器物，獲得了許多新認(rèn)識(shí)。

這一時(shí)期大功率X射線裝備的成熟，被敏銳的蓋滕斯用于檢測中國青銅器，無損分析不僅直觀表現(xiàn)鑄接，而且獲得了更多的新發(fā)現(xiàn)。X射線成像技術(shù)的普及使其逐步成為古物的常規(guī)檢測手段，也是辨?zhèn)卫鳌５糯魑锝Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，一些關(guān)鍵部位往往被遮擋而影響成像。

孕育于X射線成像的CT技術(shù)在70年代成熟，大功率的工業(yè)CT裝置在80年代剛出現(xiàn)，即被用于檢測考古樣品和館藏文物，包括中國青銅器，實(shí)現(xiàn)了青銅器結(jié)構(gòu)無損檢測的又一飛躍。龍耳方座簋雙耳鑄焊的確定，即是一個(gè)新的重要發(fā)現(xiàn)。進(jìn)入新千年，對泉屋博古館藏青銅器的大批量檢測，獲得的信息量十分龐大，就青銅鑄接而論，半環(huán)接榫即是很有價(jià)值的新發(fā)現(xiàn)。

上海博物館密切跟蹤學(xué)術(shù)潮流，早就動(dòng)議組建CT實(shí)驗(yàn)室。丁忠明等即對新泰周家莊出土復(fù)合劍的分析，發(fā)現(xiàn)了前所未知的鑄鑲低錫青銅現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室建成后迅即對一批重要的青銅器(如子仲姜盤、皿方罍、晉公盤和驘簋等)進(jìn)行了檢測，不僅發(fā)現(xiàn)了更多鑄接現(xiàn)象，也揭示出不少復(fù)雜的鑄焊工藝，至于修復(fù)、墊片等工藝，具有質(zhì)的突破和認(rèn)識(shí)。

從X射線照射到CT所給出的青銅器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖像，對認(rèn)識(shí)青銅器鑄接和其他方面都有躍升性的推進(jìn)，但后者對前者并非完全的替代關(guān)系。相對于CT的模擬成像，X射線照射成像更為直接，清晰度和分辨率均較高，對表現(xiàn)墊片、縮松或裂紋等更直觀，但其應(yīng)用受限于器形也很突出。

實(shí)際上，CT成像也受到器形特別是厚度的影響，經(jīng)常出現(xiàn)大面積噪點(diǎn)而無法成像，或者成像模糊。前揭坂本五郎舊藏的四出戟卣，造型和工藝尚有疑問，寄望CT技術(shù)解決懸疑。2020年在奈良文化財(cái)研究所舉辦的亞洲鑄造實(shí)驗(yàn)考古學(xué)會(huì)議中，承丹羽崇史研究員周到安排，筆者在會(huì)議期間造訪奈良國立博物館，鳥越俊行博士出示了對該卣的掃描結(jié)果，因器壁很厚，掃描圖像頗為模糊，塊壘依然在胸。相信隨著掃描技術(shù)和成像算法的發(fā)展，厚壁青銅器的掃描結(jié)果會(huì)有若X射線照片一樣清晰。

簡要回顧對中國青銅器鑄接的認(rèn)知?dú)v史，問題的提出基于關(guān)注其制作工藝和對器物的細(xì)致考察，為深入理解該工藝，蓋滕斯等不惜剖切器物。日趨成熟的大功率X射線裝置，給了他無損分析的機(jī)會(huì)。工業(yè)CT的成熟為圣路易斯藝術(shù)博物館提供了條件，突破了X射線成像的局限，成為領(lǐng)先的檢測手段。日本和我國都急起直追，在青銅器上均有眾多的發(fā)現(xiàn)，提出了更多的新問題。

分析這段五六十年的歷程，不難發(fā)現(xiàn)美歐學(xué)者和機(jī)構(gòu)在進(jìn)行著原創(chuàng)性的探索。中華文明源遠(yuǎn)流長，文物極盛，更需要?jiǎng)?chuàng)新性的理論、方法和裝置，將其內(nèi)涵發(fā)揚(yáng)光大，很多課題亟待科學(xué)技術(shù)的突破。