科學分析手段在三星堆遺址中的應用

摘 要：文物是歷史文化的物質載體，見證著人類社會的進步與發展，保護文物就是尊重歷史。新時代文物工作方針明確提出“保護第一”的準則，著力鞏固保護在文物工作中的根本性地位。若要更好地保護好文物，必不可少的是全面認識文物，了解文物的保存狀態和劣化情況等信息。故此，文章以四川廣漢三星堆遺址發掘40年來實施的科學分析手段作為切入點，探究科學分析手段在遺址保護中的意義。文章認為，在遺址保護中使用科學分析手段是必要的，就像醫生治病開藥前要先了解患者的身體狀況，只有充分認識才能做到對癥下藥，從而更好地保護文物。

關鍵詞：科學分析；文物保護；三星堆

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.22.030

四川廣漢三星堆遺址是中華文明發展歷程中寶貴的文化遺產，其中蘊含著豐富的歷史、藝術和科學價值。三星堆遺址作為大型遺址群和全國重點文物保護區，在案例分析上具有典型性和全面性。通過研究三星堆遺址和遺物的科學分析成果，有助于揭示文物科學分析方法的發展進程，剖析文物科學分析手段在文物研究中承擔的任務。故此，本文以三星堆遺址為主要研究對象，以時間軸為全文的主要研究線索，探究三星堆考古40年在科學分析技術和發展方面取得的成果，探究經典案例對后續文物保護工作的指導作用。

1 三星堆遺址科學分析手段

1.1 遺址環境分析

三星堆遺址環境分析中，主要針對遺址周邊的地質、氣候、水文和環境指示物進行分析。在公開資料中記載最早的遺址環境分析報告是賀曉東于1997年發表的論文《廣漢三星堆遺址環境考古調查》。受限于彼時分析設備運算能力的局限性，尚無法對大量的地質、水文和氣候數據進行分析。直至2005年，張躍輝等人發表論文《三星堆遺址環境地質現狀評估及問題防治》，其間借助更為精密的數據采集設備以及算力更高的計算設備，全面地分析了三星堆遺址區的各項環境數據，為遺址區后續的保護提出了寶貴意見。

1.1.1 磁場雷達探測

磁場探地雷達主要是利用深藏于地下的遺址、遺物及周圍環境截止介質的磁感應差異，通過釋放穩定波頻的磁場，尋找磁感應異常區域，從而尋找遺址重點區域的物理探測手段①。

1.1.2 加速器質譜碳十四年代測定

常規的碳十四測年法主要依靠探測器記錄一定時間內樣品中碳十四原子衰變的個數，由此推斷樣品的年代②。但傳統的碳十四測年所需要的樣品數量較大，加速器質譜碳十四測年法的出現解決了這一問題。與普通碳十四測年相比，由于質譜的介入，使得實驗所取樣本可減為此前的千分之一，極大地加快了實驗速度。相較此前動輒幾個月甚至一年的實驗周期，加速器質譜法可將實驗時間縮短至1小時以內。實驗誤差在理想狀態下可以縮小到18年，測定年限可延長至10萬年。

1.1.3 紅外線遙感攝影及探測

遙感探測是20世紀60年代興起的概念，一般是指在載具上裝備各式傳感器來采集地面地質、水文、人文等信息③。現今我國的遙感探測技術主要分為衛星遙感探測技術和飛行器遙感探測技術，衛星遙感探測技術在文物保護中主要應用于文物等級普查、文物保存狀態評估與管理和文物災害預警等領域，依托于遙感探測衛星的高精度和高態勢感知等優勢，在不可移動文物的管理與保護領域應用廣泛④。

在三星堆考古發掘實務中，考古學家們使用了小型直升機攜帶攝影設備和短波雷達設備，通過采集遺址各項數據，經過分析后能夠精確地反映出遺址地表形態。與此同時，利用紅外線攝影設備進一步掃描地表下的底層構造，通過建模呈現地下4米左右的遺址結構。由此可見，遙感探測技術在遺址發掘與保護過程中有利于清晰地了解遺址布局，為未來的發掘工作提供重要的地形數據依據。

1.1.4 遺址區周邊環境監測

環境監測是長期持續的工作，主要檢測遺址區附近的氣象環境、水文環境和地質環境，通過綜合整理檢測取得的各項數據，符合評定遺址區目前所處的風險等級及制定相應的遺址保護手段與措施。

氣象環境監測需日常監測遺址區內的大氣溫度、地表溫度、平均年降水量、年平均相對濕度、年平均日照時間、冰點期、風向及風速、有害顆粒物濃度、有害氣體濃度等各項氣象數據。

水文環境監測主要通過聲吶裝置和遙感探測設備，對遺址區地上地下水系的面積、流速、可溶性顆粒物等指標進行檢測。如2005年對三星堆遺址區進行的水系化學特征檢測，發現測試水樣中的可溶性陽離子含量較高，水體硬度偏硬，且水中亞硝酸鹽超標，有輕微污染的現象。結合檢測數據結果，文物主管部門迅速協同水利部門對遺址區附近水系進行凈化處理，避免深埋地下的文物遭到破壞。

地質環境監測主要使用遙感探測設備和地質運動檢測設備等，監測以遺址區為中心，向外輻射監測周邊地質礦脈的運動、磁場環境的變化，定時對地層的含水量以及支撐指數進行評估，保證遺址區的地層承載力。通過地質環境監測，能夠有效地防止由于地層沉降、地震及地址板塊運動對遺址區帶來的破壞。

綜上所述，通過對遺址區周邊環境的長期監測，能夠有效地建立遺址區保護體系，做到提前感知、提前防范，避免由于自然災害的影響對文物造成破壞。

1.1.5 土壤分析

土壤分析分為有機物分析和無機物分析。有機物分析主要探測土壤中的主要成分，測試土壤的酸堿度，并對土壤中包裹的孢子花粉、植硅石、植物果實、淀粉顆粒、脂肪酸和硅藻物等進行定性分析和定量分析。由于土壤中的水分較高，且保存環境中未發現明顯酸堿度超標，為土壤中的有機物提供了保存條件。測試將土壤放入適當的比重液中，通過離心機將其中的顆粒分離出來，再利用顯微觀察，判斷植物的屬種、數量和狀態等。通過對土壤中環境指示物的分析，可以對比古文獻初步推算本地區的古氣候和古代降雨量等數據。無機物分析主要通過磁化率測試，針對土壤中的礦物測定磁化率來輔助推斷環境變化和氣候變化。在地質學角度講，磁性礦物的轉移、沉積、轉化等變化均與氣候變化息息相關。根據學者呂厚遠等1994年發表的文章可知，磁化率隨年平均氣溫和降水量的增加而增加，故此可通過土壤中磁化率輔助推測三星堆遺址周邊氣候環境的變化進程⑤。

1.2 出土遺物分析

1.2.1 金相顯微鏡觀察

金相顯微鏡通常用于金屬質文物基體及其銹蝕的定性分析，用于觀察金屬或不透明礦物的金相組織⑥。測試前先將待測試樣固定在包埋模具中，使用不同目數的砂紙進行打磨，而后使用金相拋光機拋光，在三氯化鐵—鹽酸—酒精溶液中浸泡后再進行觀察和拍照。可以觀察到不同金屬礦物的金相結構，輔助判斷文物的鑄造工藝、金屬化合物定性等。

1.2.2 電子探針成分分析

電子探針是一套完整的能量釋放和探測接收設備，測試機釋放定量的X射線電子束轟擊待測試樣，樣品中不同元素在接收能量后會躍遷至激發態，產生不同的特征能量束。此時接收機則會吸收這些特征能量束，對照標準圖譜判定元素的種類，并通過檢測能量束攜帶能量的大小來判斷元素含量，由此可對文物進行定性分析和定量分析。

三星堆出土的青銅器中以青銅人像面部采樣為例，經電子探針測試測得成分為銅87.41%、錫4.84%、鉛7.05%、磷0.70%⑦。在對比以往同時期鑄造的青銅器成分分析數據發現，以往的成分分析中普遍發現含有微量或少量的鋅元素，但從三星堆出土的樣本來看卻未發現鋅元素，由此可初步推斷三星堆青銅器所使用的鉛礦原材料與中原地區生產的青銅器原材料來源應不同。但在其中發現了微量的磷元素，經過研究發現，磷元素被認為是銅合金良好的脫氧劑，加入適量的磷元素可以提高青銅液的流速，從而鑄造體積更大、紋飾更細致的青銅器。

1.2.3 X射線熒光光譜儀（XRF）

X射線熒光光譜儀與電子探針的測試原理基本相同，且由于元素受激發射出來的特征X射線熒光強度不同。由此可根據特征X射線熒光波長對樣品進行定性分析，根據特征X射線熒光的強度可對樣品進行定量分析⑧。

1.2.4 X射線衍射儀（XRD）

X射線衍射儀是利用X射線在晶體中產生衍射現象后，收集不同物質的特征X射線信號，經過分析處理得到物質的衍射圖譜，通過分析所得衍射圖譜，可獲得材料的成分和結構形態等信息⑨。在文物分析測試中，X射線衍射儀可用于有機物和無機物的定性或定量分析。

在對三星堆遺址出土的陶范泥芯進行X射線衍射測試時，檢測發現其中包含礦物石英、白云母、方解石等，結合偏光顯微鏡發現其中綠泥石和白云母含量較多。初步推測鑄造青銅器時，若陶范受熱溫度在800～900攝氏度時白云母會大量脫水，若繼續升溫方解石會開始分解。但在被測樣品中發現了白云母和方解石的存在，可側面證明陶范中的泥芯尚未產生陶化現象，澆鑄青銅器時青銅液的溫度應不超過950攝氏度⑩。同樣X射線衍射儀也可對有機物進行測量，如學者們通過分析古象牙X射線衍射譜圖發現，對比新鮮象牙中有機物占比35.2%，古象牙樣品中所含有機物無法觀測k。經過分析這有可能是三星堆出土象牙出土脫水后粉化嚴重的主要原因。

1.2.5 電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP）

電感耦合等離子體發射光譜儀是以電感耦合等離子體作為激發光源，通過捕捉待測物質自激發態釋放能量回到穩定基態時釋放的能量，以波譜的形式呈現這一變化過程。而后對照每種元素的標準溶液，即可對待測樣品進行定性分析和定量分析。

在使用電感耦合等離子體發射光譜儀對三星堆遺址出土遺物進行測試后，發現三星堆出土的不同器物類型合金配比不盡相同。如容器類器物的合金配比以鉛錫青銅為主，而地域特色突出的本地風格神樹、面具等器物則以鉛錫青銅為主，輔以少量的鉛青銅l。

1.2.6 硝酸銀滴定測試

在文物表面取適量的銹蝕樣品，浸泡于蒸餾水中12小時，而后使用定性濾紙過濾浸泡液使得浸泡液相對清澈。在清澈的浸泡液中緩慢滴加3～4滴硝酸銀溶液，觀察是否有白色沉淀物或絮狀物產生，由此初步判斷器物表面的銹蝕是否為有害銹蝕。若需對銹蝕中的氯離子進行定量分析，則需要將銹蝕產物浸泡于硝酸溶液，直至無氣泡產生，在混合溶液中添加碳酸鈣，使用鉻酸鉀溶液滴定，待反應結束后過濾出溶液中的不溶沉淀，干燥后稱量磚紅色沉淀重量。

1.2.7 鉛同位素測定

自然界中鉛金屬都是由四種穩定的鉛同位素組成的混合物，其中同位素鉛206－鉛208是鈾元素和釷元素衰變而成的產物，已知在地球金屬礦床中鈾元素和釷元素的濃度完全相同的概率很小m。故此，通過鉛同位素的測定，可初步判斷金屬類器物鑄造原料來源，輔助判斷彼時社會經濟文化交流的脈絡。

在三星堆出土遺物的鉛同位素測試中，考古學家們測試了一號坑、二號坑的出土器物鉛同位素比值，并且與江西新干大洋洲出土青銅器鉛同位素進行對比。最終發現三星堆出土兩坑器物鑄造年代差距不會太遠，并且他們都大量使用同一礦產地的鉛料，可知此處鉛礦已具備大規模開采能力。與新干大洋洲出土青銅器對比，發現兩地使用的鉛金屬來自同一礦區的概率較高。

1.2.8 X射線照相技術

X射線是波長很短的電磁波輻射，當文物接受照射時，由于器物內部各部分對X射線的吸收程度不同，導致反射回底片上的X射線強度也不同。由此在底片感光區域生成明暗色調不一的X射線照片。在X射線投射下可以根據灰度影響觀察文物的紋飾、裂紋等，故此X光照相技術也被稱為X光探傷技術。

2 科學分析手段在遺址保護中的意義

在遺址保護介入性工作開始前，首要任務是客觀地認識遺址周邊的環境、確定遺址區的位置、評估遺址的保存狀態等。此時需要先使用探地雷達、遙感探測、無人機航拍等科技手段，了解摸排出遺址保護區域，發現遺址主體位置。結合田野調查和環境指示物測試等手段，初步確定遺址的面積、年代、文化屬性等信息。而后，需采集遺址周邊的環境信息，了解遺址區周邊的地質、氣候、水文等環境信息，從而預測遺址區內部可能的狀態，如在發掘前遺址區內是否曾經歷地震、水淹、酸雨腐蝕、農藥腐蝕等自然因素和人為因素的破壞。其目的主要是保證遺址發掘過程中的安全，有助于判斷遺址中遺物保存狀態，便于發掘后的第一時間搶救性保護。最后通過收集足量的數據為遺址區保護等級定級提供數據支持，判斷自然災害突發概率、人為破壞可能性等，保證遺址區在發掘過程中的文物安全與工程安全。

遺址保護介入性工作開始后，在實時監測遺址區狀態的前提下，還需對發掘出的遺物做好搶救性保護。除通過遺址區環境監測數據推算遺物保存狀態外，還需對搶救出的文物進行科學分析。通常情況下需進行物相分析、成分分析和結構分析，通過全面有效的科學分析手段可以清楚地判斷遺物成分及副產物成分，有助于判斷其原料、結構、工藝等信息。可以說在遺物保護階段，精準而全面的科學分析技術是必不可少的。一方面使用科學分析技術能夠準確地了解遺物的各方面性質，有助于指導保護人員為文物制定適合的修復方案及保存環境。另一方面認識遺物的成分和結構，有助于結合過往保護方案中的處理方法，經過對比分析可進一步完善保護手段。

3 科學分析手段在遺址保護應用中的限制

3.1 分析儀器復雜

通過總結檢測遺址環境和遺物的科學分析手段基本測試原理和儀器型號，發現其中儀器的組成較為復雜，且需要大型實驗室提供環境和電力支持，無法在考古工地附近進行測試。故此，較為理想的分析儀器應在保證精度的情況下，具備一定的便攜性。

3.2 技術壁壘較高

現今常用的科學分析設備由于其原理不同，測試出的數據和結果也有較大差異。這對數據分析人員的知識儲備和學科背景要求較高，但其中部分儀器數據僅需對照數據庫即可完成。受限于目前我國沒有公開、完整的文物測試數據庫，導致文物科學分析的技術壁壘較高。

3.3 普及率較低

文物科學分析方法應用盡管在我國有超過30年的歷史，但受限于精密儀器造價昂貴、保養條件苛刻、技術壁壘高等問題，在文物保護與修復中，仍未普及，如筆者查閱了部分修復報告后發現，有約60%的修復報告提及了科學分析手段，但普遍使用的分析設備精度較低，多以物相分析為主。可見目前在實務工作中，精密的文物科學分析手段還未做到全面普及。

4 總結

通過科學分析手段對文物進行分析，是客觀上將文物的保存狀態量化，便于深度了解文物。通過分析和總結四川廣漢三星堆遺址發掘40年來的科學分析過程不難看出，科學分析方法對于遺址發掘、遺址保護、遺物保護與修復、文化溯源等工作起到了重要的作用，進一步推動了人們對于古蜀文化的認識。故此，推動建設文物科學分析體系，重點發展適用于文物保護的科學分析手段，將為后續的文物保護工作提供有力的支撐。

注釋

①賀曉東.廣漢三星堆遺址環境考古調查[J].四川文物，1997（4）：60-61.

②仇士華.碳十四斷代的加速器質譜計數方法[J].考古，1987（6）：562-567.

③黃克忠.我國文物科技保護現狀及走向[J].中國文物科學研究，2006（1）：75-79.

④劉天華，莊國京，周會珍.衛星遙感技術在不可移動文物保護中的探索研究[J].航天返回與遙感，2023，44（1）：23-30.

⑤呂厚遠，韓家懋，吳乃琴，等.中國現代土壤磁化率分析及其古氣候意義[J].中國科學（B輯化學 生命科學 地學），1994（12）：1290-1297.

⑥田興玲，周霄，高峰.無損檢測及分析技術在文物保護領域中的應用[J].無損檢測，2008（3）：178-182.

⑦曾中懋.廣漢三星堆一、二號祭祀坑出土銅器成分的分析[J].四川文物，1989（S1）：76-80.

⑧曾中懋.三星堆出土青銅器上“有害銹”的分析和研究：兼談保護問題[J].四川文物，1992（S1）：88-92.

⑨田興玲，周霄，高峰.無損檢測及分析技術在文物保護領域中的應用[J].無損檢測，2008（3）：178-182.

⑩曾中懋.三星堆出土銅器的鑄造技術[J].四川文物，1994（6）：68-69，77.

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