關帝廟大殿壁畫制作材料與工藝分析

王 吉

（大同市遼金文化藝術博物院，山西大同 037000）

大同關帝廟坐落在鼓樓東街，當地人俗稱大廟，國家重點文物保護單位。依據建筑技法和特色，判斷為元代建筑遺物。據清《大同府志》記載，該建筑在明景泰、嘉靖、隆慶、萬歷年間修繕，并有修繕碑記。清康熙、乾隆時均有增建和修葺。

關帝廟大殿內布置有13幅壁畫，壁畫分布如圖1所示。大殿壁畫內容保存完整，總面積約93 m2，具有極高的文物價值。在20 世紀70 年代曾對壁畫進行了揭取并修復。由于歷史搬遷、保存環境長期影響，現在的壁畫出現可移動支撐體松動，地仗層酥堿脫落，壁畫顏料層起甲、粉化，畫面裂隙等多種病害，威脅著壁畫的長期保存與展示。加之因壁畫揭取的需要，曾使用木龍骨、環氧樹脂、玻璃纖維布等材料對壁畫地仗層進行了加固，隨著時間的推移，壁畫木龍骨變形加劇，關帝廟壁畫病害存在日益惡化的趨勢，亟需搶救性保護修復。

圖1 關帝廟壁畫分布圖

1 大殿壁畫保存現狀

關帝廟壁畫受歷史修復干預、當地氣候環境等諸多因素的長期影響，存在較為嚴重的木龍骨支撐體變形，壁畫地仗層裂隙、空鼓（圖2），顏料層脫落（圖3）、龜裂、起甲、水漬、粉化、鹽霜等多種病害。經歷史修復后的木龍骨支撐體由于不同程度的彎曲變形，導致畫面拼合部分出現明顯的裂隙（圖2），部分裂隙的不斷加大導致局部壁畫逐漸與地仗層分離，造成空鼓，嚴重影響壁畫安全[1]。

圖2 大殿西壁壁畫空鼓裂隙現象

圖3 中龕北壁壁畫人物臉部顏料層脫落

2 壁畫制作材料分析

2.1 壁畫材料化學實驗

為了解關帝廟壁畫制作材料和工藝，研究壁畫病害原因，為壁畫病害治理提供依據，分別對關帝廟壁畫的地仗層、顏料層進行了取樣分析[2]。

（1）材料取樣

課題組對關帝廟壁畫顏料、地仗層材料進行了取樣分析工作。共采集樣品43個。樣品編號及采樣位置（表1所示），部分取樣照片見圖4。

表1 關帝廟壁畫取樣記錄

圖4 《桃園結義》人物袖口藍色顏料取樣位置

（2）分析儀器及樣品制備

本次化學實驗采用了顯微共聚焦激光拉曼光譜儀、掃描電鏡—能譜儀分析（SEM-EDX）、金相顯微鏡（Ρhase Microscope）和X射線衍射儀（XRD）分析儀器及樣品制備。

2.2 材料分析

（1）激光拉曼光譜儀分析

拉曼光譜儀對全部壁畫顏料樣品進行了分析[3]，部分拉曼光譜圖見圖5～7，結果見表2。

表2 關帝廟壁畫顏料樣品激光拉曼光譜儀結果

圖5 朱砂的拉曼光譜圖（樣品編號：2）

圖6 鉛丹的拉曼光譜圖（樣品編號：9）

圖7 炭黑的拉曼光譜圖（樣品編號：41）

（2）掃描電鏡—能譜儀分析

依據激光拉曼光譜分析結果，選擇具有代表性的壁畫樣品進行了掃描電鏡及其能譜分析。測試結果具體含量如圖8、圖9 所示。分析結果見表3。通過掃描電子顯微鏡能譜分析，結合拉曼光譜分析，可以進一步確定顏料的化學成分。

圖8 8號樣品掃描電鏡-能譜儀分析結果

圖9 34號樣品掃描電鏡-能譜儀分析結果

（3）X射線衍射儀分析

采用XRD 對樣品化學成分進行了分析，部分樣品具體情況如表4所示。

表4 X射線衍射儀結果

3 壁畫制作工藝分析

依據現場調查，結合上述顏料層剖面顯微分析結果（圖10）和工藝研究方法[4-5]，可以判斷關帝廟壁畫的結構主要是歷史揭取后分塊單獨加固后組拼而成，采用木龍骨支撐體+環氧樹脂玻璃纖維布的技術。因此。關帝廟壁畫結構主要為支撐體（磚墻、木龍骨、環氧樹脂玻璃纖維布），新補塑地仗層（過渡層）、原地仗層（粗泥層、細泥層）、粉層、顏料層（圖11）。

圖10 關帝廟壁畫結構

圖11 東龕與中龕北壁壁畫木龍骨地仗層、支撐體

3.1 壁畫支撐體

經現場調查，現存關帝廟壁畫制作工藝有三種方法：第一類是揭取后獨立成幅的木龍骨+環氧樹脂纖維布結構（如大殿東壁的單幅主題壁畫）；第二類是揭取后木龍骨分塊加固壁畫和實體墻壁畫結合的壁畫（如中龕壁畫）；第三類是揭取后采取木龍骨支撐體分塊加固后組拼上墻的壁畫。

3.2 壁畫地仗層

壁畫的地仗層下與支撐體粘接，上又是顏料層的載體，地仗層的性質是決定壁畫能否長期保存的關鍵因素之一。泥土地仗層中使用的植物纖維主要有谷物的秸稈、粗麻等，在靠近顏料層時常用細麻、棉花等細纖維。

關帝廟壁畫地仗層分為原地仗層和新補地仗層（過渡層），原地仗層里主要摻有麥秸（草拌泥）和棉花，新補地仗層里主要是毛發。采用XRD 對地仗層樣品進行了分析，結果見表5。分析結果顯示，地仗層的主要成分基本相同，均為石英、方解石等。

表5 關帝廟壁畫地仗層的X射線衍射儀結果

東龕東墻下落架壁畫原地仗層里摻有麥秸，厚度約0.8 cm，新補地仗層里有毛發，厚度約1.0 cm。東龕北壁壁畫原地仗層厚度0.7 cm，新補地仗層、環氧樹脂支撐體、原地仗層到顏料層總厚度約為1.3 cm，原地仗層偏淺土紅色，內含棉花。西龕北壁原地仗層為麥草泥，下部地仗層為棉花泥層。西龕西壁環氧樹脂、新補塑地仗層、原地仗層（粗泥層、細泥層）、粉層、顏料層總厚度約1.1 cm，原地仗層極薄，幾乎全是新補，新補地仗層呈白色、含有毛發。中龕原地仗層厚度約0.7 cm，含麻刀，新補地仗層里含有毛發，環氧樹脂纖維布厚度0.7 cm。大殿西壁《二龍戲珠》壁畫原地仗層含有麥秸，直接施以土紅底色（圖12）。

圖12 大殿西壁《二龍戲珠》草拌泥地仗層

3.3 壁畫顏料

顏料層是壁畫的精華，是壁畫保護修復的關鍵所在。為研究關帝廟壁畫繪畫所用顏料的礦物和化學成分，分別對紅、藍、綠、黑、白等顏色的壁畫顏料進行了取樣，并對壁畫顏料樣品進行了顯微共聚焦激光拉曼光譜分析、X 射線衍射分析，以及掃描電鏡—能譜儀分析。共取壁畫顏料樣品43 個，分析結果分別見表6。

表6 關帝廟壁畫顏料樣品分析結果

由壁畫顏料剖面顯微分析結果可知，藍色顏料顆粒較大，顏料層一般較厚，其厚度均在100 μm 左右；紅色顏料層多數厚度較薄，一般在10～30 μm 之間；綠色顏料層厚度一般在50 μm左右。

3.4 顏料中的膠結材料

結合現場調研分析和顏料膠結材料檢測方法，得知壁畫中所使用的膠結材料種類主要有動物膠、植物膠、蛋清等天然的膠結材料[6]。分析古代繪畫或壁畫中膠結材料的成分，面臨的困難較多，首先是受試驗樣品量極少的限制；其次，壁畫歷經千百年的自然環境侵蝕和膠結材料的老化，為分析工作帶來了極大的難度。因此在國內，壁畫顏料中膠結材料的分析一直滯后于對顏料和其他壁畫制作材料的分析研究，有關這方面的報道也較少。近年，應用反相高效液相色譜法對石窟壁畫顏料中的膠結材料進行了分析，并通過比較兩種膠結材料的氨基酸組成比來確定膠結材料的種類，顏料樣品所含膠結材料與牛皮膠的類似率值大多數在0.9 以上，而與其他幾種膠結材料的類似率值相對較低，可以排除使用其他幾種膠結材料的可能性。

4 結論

（1）關帝廟壁畫受歷史修復干預、當地氣候環境等諸多因素的長期影響，局部壁畫存在較為嚴重的木龍骨支撐體變形，壁畫地仗層裂隙、空鼓，顏料層脫落、龜裂、起甲、水漬、粉化、鹽霜等多種病害，嚴重影響壁畫安全。

（2）現有關帝廟壁畫結構主要由支撐體（磚墻、木龍骨、環氧樹脂玻璃纖維布）、新補塑地仗層（過渡層）、原地仗層（粗泥層、細泥層）、粉層、顏料層組成。總厚度分別為1.1 cm（西龕西壁壁畫）和1.3 cm（東龕北壁壁畫）。

（3）壁畫支撐體制作工藝有三種方法：揭取后獨立成幅的木龍骨+環氧樹脂纖維布結構、揭取后木龍骨分塊加固壁畫和實體墻壁畫結合的壁畫、揭取后采取木龍骨支撐體分塊加固后組拼上墻。

（4）新補地仗層里主要是毛發，厚度分別為0.7 cm（中龕壁畫）和1.0 cm（東龕東墻下落架壁畫）。原地仗層里主要摻有麥秸和棉花，厚度不等，主要有極薄（西龕西壁壁畫）、0.7 cm（東龕北壁壁畫和中龕壁畫）和0.8 cm（東龕東墻下落架壁畫）三種。

（5）顏料層顏色共分紅、藍、綠、黑、白等8 種顏色，由壁畫顏料剖面顯微分析結果可知，藍色顏料顆粒較大，顏料層一般較厚，其厚度均在100 μm 左右；紅色顏料層多數厚度較薄，一般在10～30 μm 之間；綠色顏料層厚度一般在50 μm左右。

（6）壁畫中所使用的膠結材料與牛皮膠的類似率值大多數在0.9 以上，而與其他幾種膠結材料的類似率值相對較低，可以排除使用其他幾種膠結材料的可能性。