青銅文物研究中CT成像的幾個作用

萬 俐

(南京博物院，江蘇南京 210016)

0 引 言

古代青銅文物用現代科學分析儀器檢測：探傷一般采用X射線；合金成分采用X射線熒光光譜；觀察銅器表面銹蝕采用X射線衍射；銅器斷面銹蝕層的物相采用激光拉曼光譜；銅基體的組織構成采用金相分析；銅器表面形貌采用超景深三維數碼顯微系統進行觀察。這些方法為文物保護修復的前期工作和古代鑄造工藝的研究積累了資料，但如何比較深入、細致、全面地發現古人在青銅器上留下銅體結構與制作的信息，并鑒別有爭議的青銅器真假和檢測文物現在的保存狀態，還需進一步做計算機斷層掃描(CT)成像檢測。

1 陳璋圓壺

1982年2月，江蘇省淮安市盱眙縣穆店公社南窯莊出土了陳璋圓壺等珍貴文物38件，《人民日報》《光明日報》和《新華日報》先后發表了相關新聞報道。考古、歷史與金文專家從1982年底開始，在《文物》《東南文化》和《考古》等期刊上發表了多篇關于戰國陳璋圓壺的研究文章。文章描述“銅壺制作精美絕倫、造型獨特、系由器身和外套合成，器身為侈口、束頸、弧肩、收腹、平底”“外套由肩腹兩組立體形鏤空的銅絲網套、肩腹之間的一圈橫箍和鏤空花紋底的圈足座組成，外露的器身頸部和圈足座緣”“肩腹部的銅絲網套系由蜷曲起伏的長龍和梅花釘交錯套扣而成”“肩腹之間的一圈橫箍上飾錯金的斜方格云紋飾，相間飾有獸面銜環和立獸形豎環耳各四個獸”[1-3]。根據以上資料，后來的研究文章將陳璋圓壺(圖1)的形貌描述為“銅壺通高24 cm，口徑12.8 cm，腹徑22.2 cm，圈足徑13.8 cm，重量為5 590 g。全器造型由七部分、19個構件組成”[4-5]。為了研究陳璋圓壺19個構件的裝配等問題，在原中國傳統工藝研究會會長譚德睿研究員等人的支持與幫助下，南京博物院于2011年成立了課題組(由南京博物院牽頭，中國傳統工藝研究會和中國科學院自然科學史研究所等單位組成)，并在北京和寧波做了CT檢測。

圖1 陳璋圓壺Fig.1 Chen Zhang round pot

1.1 構件

課題組解讀CT成像圖后，得出了陳璋圓壺的尺寸與構件的數據：其通高239 mm，口徑128.5 mm，底座直徑139 mm；全器由26個構件組成，包括壺口、壺膽、上鏤空網絡、下鏤空網絡、四段箍帶、四立獸、四鋪首、四 “⊕”支架，四個銜環、一圈足和一篦子等數據。同時依據CT圖像，建立了陳璋圓壺各構件模型的分散示意圖(圖2)。

圖2 陳璋圓壺26個構件的示意圖Fig.2 Schematic diagram of 26 components of the Chen Zhang round pot

1.2 裝配

分析CT圖像發現，為了達到以上各構件的穩定與裝配時的精確，古代制作者在設計時運用了鑄接方法，同時使用雙層燕尾型的榫卯鑄接、篦子和“⊕”支架定位的新技術。例如壺頸、上鏤空網絡和壺膽三個鑄造部分連接的先后步驟推測如下：將壺頸和壺膽的鑄件，在做好錯金和錯銀后，放入上鏤空網絡澆鑄的陶范中，當澆鑄鏤空網絡時，壺頸、壺膽連接為一個整體(圖3和圖4)。

圖3 壺頸、上網絡和壺膽的CT圖像Fig.3 CT images of the neck， upper network and bladder

圖4 推測復原的壺頸、上網絡和壺膽連接處模型Fig.4 Schematic model of the connection mode among the neck， upper network and bladder

另外，以下情況還需做模擬實驗以進一步證明：底部圈足與下網絡、篦子的組合，是否用了篦子作定位；鋪首與上、下鏤空網絡、四個箍帶和四個鋪首的連接裝配，是否分別將預鑄好的四個銅合金“⊕”支架置于凸榫處，再用低熔點鉛錫合金通過鑄接方式將其連接固定。

2 吳王僚劍

2008年12月，無錫博物院征集到一把青銅劍(圖5)。該劍通長41 cm，最寬處2.7 cm，莖長9.5 cm。扁莖無格，無首，莖、身相連處為斜折肩。除莖與兩刃外，劍兩面通身飾有斜“王”字形暗紋，兩縱近脊處有銘文12字。有的青銅鑒定專家對此劍的真偽有疑議，尤其對“此劍的銘文問題，是鑄銘還是刻銘”[6]。為了科學地認定劍的真偽與銘文的制作工藝等問題，在上海博物館的支持下，2020年10月在該館文物保護科技中心做了X-CT等分析。

圖5 吳王僚青銅劍Fig.5 Bronze sword of Liao (king of Wu)

2.1 X-CT等分析

從該劍的X-CT成像圖(圖6和圖7)及其表面狀況可以看出：1)劍身的“王”字紋部位個別有起翹現象(這里需區分凸起是銹蝕原因，而非制作工藝原因)；2)劍刃處有大量橫向細裂紋，且該區域部分形成銹蝕坑；3)莖處沒有完整的金屬基體。根據這三個現象基本可以得到一個準確的認知，吳王僚劍是一件真品。其理由如下：根據青銅器腐蝕的剖面結構(最下層的是文物銅的基體，然后依次是氧化亞銅、堿式氯化銅或氧化銅)，可以推測劍中的腐蝕層為氧化亞銅或堿式氯化銅，在潮濕的環境下不斷地生成新的粉狀銹(堿式氯化銅)。新的腐蝕物粉狀銹會膨脹，并不斷地造成劍體表面開裂和凸起的現象。凸起“王”字紋周圍的富錫層下的粉狀銹是時代的特征，不可能在近百年內生成。

圖6 吳王僚劍X-CT截面圖Fig.6 X-CT section of the sword of Liao (king of Wu)

圖7 吳王僚劍銘文處X-CT三維截面圖Fig.7 X-CT 3D section of the inscription division of the sword of Liao (king of Wu)

關于劍的銘文是鑄銘還是刻銘，通過對CT和顯微及3D合成照片的觀察進行字口痕跡分析，結果如下：

1) 劍銘清晰，深度約0.25 mm；

2) 字體纖細、線條整體均勻、轉折處多用圓筆，字口凹槽平整光潔，兩壁略直地呈“U”字形；

3) 凹槽內的氧化層和劍表完全一致。

通過以上三點認知，可以得出吳王僚劍的12個銘文為非刻制的結論。

2.2 修復技術路線

吳王僚劍在修復前的狀態為：粉狀銹、礦化，柄粘接，劍身多處修補，多處空鼓。其中空鼓有六處位于銘文上，有24處位于“王”字暗紋上。由于空鼓部位已經嚴重礦化并失去銅性，如對其進行過度人工干預將極可能導致脆弱的表層脫落，造成銘文與暗紋等重要特征缺失的二次傷害。為此，調整修復技術路線，即將原清洗、去銹、補配、作色，改為加固、緩蝕保護和封護的修復技術路線。其加固材料選用質量分數2%～3%的丙烯酸樹脂(B72)丙酮溶液，加固方法采用針管注射器，對脆弱的空鼓和起翹周邊孔隙處，注射或滴注滲透填充加固，確保在修復過程中不傷及文物，達到固結粉狀銹，提高銹層與富錫層的連接強度，符合最小干預、延緩壽命、不改變文物原狀的原則。

3 春秋青銅盤

隨著現代科技的發展與仿古技術的提高，采用傳統的青銅器修復技術，可以將殘碎的青銅器修復完整，也可以根據出版的青銅器書籍上的圖錄制作仿制品，達到以假亂真的效果。為此，如何鑒別完整器是否有修復的痕跡，如何精準保護腐蝕嚴重的青銅器，這些都需要根據CT等圖像進行操作(如修復或者修正修復技術路線等)。

3.1 文物現狀

春秋龍紋青銅盤(圖8)，于2012年由私人藏家捐贈于無錫博物院。其通高18.6 cm，直徑44 cm，重4 640 g，銘文“唯王八月丁亥齊大宰歸父盤”。為了驗證盤是否為完整器，2020年10月，無錫博物院委托上海博物館文物保護科技中心，采用德國YXLON公司Y.CT Modular型X-CT設備做了檢測分析。

圖8 春秋龍紋青銅盤Fig.8 Bronze plate of the Spring and Autumn Period

3.2 檢測結果

根據圖9～圖12的CT成像，可以看出青銅盤有三個現象：

1) 盤底及盤身有大量修補，多數應為原器殘片，局部少量用其他銅片補缺(圖9和圖10)；

圖9 盤的側面CT圖像Fig.9 Lateral CT image of the plate

圖10 盤底的CT圖像Fig.10 CT image of the plate bottom

2) 雙耳均為后期修補，圖11顯示耳與器身連接的兩側由扁圓柱形金屬固定于器身上，該圓柱形金屬中心引出一個金屬條，深入耳泥芯，從而形成加固連接。

圖11 盤耳修補結構Fig.11 Repair structures of the plate ears

3) 盤三足也都為后期修補，其中一足有一金屬針插在足泥芯中，一側與盤底相接，并且還可見足與盤底連接處有兩處金屬塊存在，應是起到連接作用(圖12)。

圖12 前足X-CT截面圖Fig.12 X-CT section of the forefoot

4 結 論

綜上所述，在文化遺產保護與探索青銅時代發明創造的研究工作中，CT成像圖主要有以下三個作用：

1) CT圖像不僅能準確地顯示青銅器內部組織結構的狀態，還能測量構件的尺寸大小，從而揭示古代青銅時代的科技和社會文明進步的信息，在“讓文物活起來、會說話、樹立文化自信”方面起著重要的作用。

2) CT可運用于青銅器的辨偽，這使得在眾多鑒定方法中，又多了一種高效的手段。通過其CT成像圖可以：辨別鑄造工藝，判斷青銅器的真假；辨別青銅器是否經過修復，對判斷修復工藝等有著非常好的效果。

3) 在珍貴文物的保護修復實施過程中，要根據文物現在的保存狀態與病害特征來擬定文物修復方案，CT圖像是最有參考價值的，而且它對所采取的最小干預的技術路線有著關鍵的作用。

致 謝：以上分析工作得到了上海博物館等單位的大力支持與幫助，在此表示衷心的感謝！