文物出土现场保护移动实验室在考古发掘现场应用支撑研究中分析体系的构建

1、文物出土现场保护移动实验室在考古发掘现场应用支撑研究中分析体系的构建内容摘要：本文简要介绍了文物出土现场保护移动实验室的作用和发展过程，阐述了我国首个文物出土现场保护移动实验室的研究背景和主要技术体系，重点论述了文物出土现场保护移动实验室应用支撑研究中分析体系的研究内容、设备、构建和应用研究情况。关键词：文物出土现场保护移动实验室；考古发掘现场；分析体系中图分类号：K854.3文献标识码：A文章编号：1000-4106（2013）01-0051-051前言文物出土现场保护移动实验室20世纪70年代产生于美国，主要承担中小型博物馆及发掘现场的文物测绘、保护、修复和运输工作；随后，加拿大推出了文物

2、出土现场保护移动实验室计划，推动了博物馆和考古发掘现场保护研究工作的进步；印度、墨西哥、澳大利亚等国也建立了本国的文物出土现场保护移动实验室，解决了考古发掘现场测绘和文物保护等相关问题，促进了这些国家的文物保护和研究工作的发展。近年来，欧盟推动的“Eu-ARTECH”计划，通过在欧盟下属机构设置和运行各种分析调查设备，致力于改善欧洲艺术品研究和保护中的相关设备的使用。该项目的主要目标是将尽可能多的文化遗产研究设备引导到同一个领域，使欧洲的使用者能方便地使用高性能设备，利用欧洲各国现有的先进仪器设备，为欧盟各国的文物保护项目提供技术服务。欧盟移动实验室（MOLAB）搭载的便携仪器包括中红外光纤光

3、谱仪、-拉曼光谱仪、紫外-可见荧光光纤光谱仪、可见-近红外光纤光谱仪、X射线荧光光度计、EUREKA-Mouse核磁共振仪、反射式红外扫描成像光谱仪、激光-光栅投影三维轮廓测量系统、紫外荧光成像系统和钻孔电阻测量系统等。针对不同的调查对象，将便携设备有选择地搭载在移动实验车中，完成现场的分析和监测工作，极大地推动了欧洲文物保护技术的发展和进步1-6。基于国外对文物出土现场保护移动实验室的研究探索，结合当前我国田野考古的需求，2006年10月，敦煌研究院联合中国国家博物馆、中国社会科学院考古研究所和清华大学共同申报了国家科技支撑计划课题“文物出土现场移动保护实验室研发”，经过三年时间，研发出集成

4、多种便携设备、实现多种功能组合、基本可以满足考古发掘现场信息提取和保护需求的车载平台，并进行了相关的现场应用研究，由此初步建立了我国首个针对考古发掘现场研究和保护的移动实验室。在此基础上，以敦煌研究院为主体，联合国内高校、科研院所、文物研究机构的研究团队继续开展基于移动实验室平台的应用支撑研究，通过对我国山东、山西、陕西、湖南、湖北、浙江等省的10处考古发掘现场的技术支撑和示范研究，不断优化和完善移动实验室相关技术单元，建立和完善了移动实验室的工作流程和工作模式，从技术和应用层面上实现了针对考古发掘现场的五个单元技术体系的构建，即发掘现场空间信息提取技术、发掘现场环境动态监测技术、文物出土状况

5、和评估调查分析技术、发掘现场脆弱质文物和遗迹现场提取与保护技术、考古预探测技术。应用研究证明，基于文物出土现场保护移动实验室平台构建的技术体系和应用方法，对解决我国田野考古发掘中的一些实际问题、提升考古发掘工作的科技水平、文物保护研究、揭示相关考古学问题等方面有较好的技术支撑作用。文物出土状况和病害评估技术是移动实验室整个技术体系中重要的技术单元，涉及了多种分析方法的应用，本文就该单元分析体系的构建进行详细的阐述。2文物出土现场保护移动实验室分析体系研究的主要内容考古发掘出土文物长期处于封闭的埋藏环境中，在一定的时期内，在多种因素的作用下，文物处在一种腐蚀和劣化的过程中，腐蚀和劣化的程度因文物

6、和埋藏环境的不同存在较大差异。在较长的时间范围内，埋藏环境逐步稳定，导致文物腐蚀和劣化的因素得到抑制，反应速度缓慢甚至停止，埋藏文物与引起腐蚀及劣化的因素处于脆弱的平衡之中。随着考古发掘工作的进行，埋藏环境的骤变打破了文物保存相对的平衡状态，由此造成许多文物不可逆转的损失。由于文物出土时的状态最接近埋藏中的状态，这一时刻也是新环境下劣化的初始阶段，时效性较强的分析调查对于文物出土状况和病害评估至关重要，移动实验室现场的实时分析体系可以较好地解决这一问题。长期以来，出土文物的保护研究工作多数是在文物出土很长时间后在文物库房或实验室进行的，这种习惯模式忽略了最佳研究时机，造成了大量文物信息的缺失，

7、也割裂了文物本体和埋藏环境之间的联系。文物出土现场保护移动实验室的出土文物现状和评估技术结合近年来相关的研究成果和文物保护研究的客观规律，将文物埋藏环境研究和文物本体现状、病害调查方法研究作为本技术单元的研究方向，通过两个方面的调查分析结果综合评价文物的保存状况和病害成因7。埋藏环境的现场分析包括：针对文化层土壤的分析，确定主要调查指标为土壤的含水率、酸碱度、可溶盐含量以及粒度；发掘过程中如存在水，对其酸碱度和可溶盐进行分析；空气及埋藏环境中微生物的培养和初步鉴定。埋藏环境的调查和分析不涉及文物本体，均采用现场取样、即时分析的方式进行。针对文物本体现状和病害的调查分析涵盖了文物表面形貌、元素组

8、成、物相以及文物本体的组成结构和探伤，采用的分析手段为显微分析、X荧光分析、各种光谱分析以及X光探伤调查。常规情况下均采用无损的分析方法，根据实际情况在发掘现场或移动实验室内开展相关调查和分析。出土文物现状和病害评估的分析方法是基于移动实验室平台构建的，多数相关分析紧密围绕考古现场即时进行，立足于快速分析。对于一些复杂问题和特殊需求，如有机质分析、年代测定、土壤的物相分析、稀有元素分析等，在不影响文物本体、对分析的时效性要求不高、能够获得分析样品的情况下，可在专业实验室进行延伸分析和深入研究，更好地为考古发掘提供技术支撑。3文物出土现场保护移动实验室分析体系的构建基于移动实验室平台的文物病害分

9、析体系构建为两个方面，即和文物埋藏环境相关的土壤、水、微生物的取样分析，文物本体的原位无损分析。两个方面在分析手段上虽然不同，但相互联系，共同构成了文物的出土状况和病害分析体系。3.1仪器及性能（1）埋藏环境分析仪器含水率测定采用日本KettFD-720型红外水分测定仪，量程35g；可读性0.01%；传感器精度1mg；重复性初始样品重量1g时0.2%，初始样品重量5g时0.05%；红外暗场热管（金属加热器）加热源，全自动分析模式。酸碱度测定采用雷磁PHSJ-5型pH计，仪器级别为0.001级，温度补偿。可溶盐分析采用戴安ICS-2500研究型离子色谱仪，阳离子分析条件：分析柱CS12A，淋洗液

10、20mmMSA（甲烷磺酸），淋洗液流速1.0ml/min，系统压力1320psi，抑制器电流65mA；阴离子分析条件分析柱AS14，淋洗液Na2CO3（3.5mm）/NaHCO3（1.0mm），淋洗液流速1.2ml/min，系统压力1219psi，抑制器电流24mA。粒度分析采用微纳Winner2308A型激光粒度仪，可对小于2mm直径的土壤进行分析，可进行干湿一体全量程测量，干法测量范围为1-2000m，湿法测量范围为0.05-2000m，准确性/重复性小于3%，激光波长为632.8nm。微生物鉴定采用常规的实体显微镜。（2）便携式原位无损分析仪器便携式数码显微镜为KEYENCEVHX-60

11、0K数码显微镜，配备可拆卸式镜头和长距离延长线缆，放大倍率十至五千倍。便携式X射线荧光仪为NitonXL3t型手持式荧光仪，金阳极射线管激发源，最大50kV，50A，Peltier半导体致冷高分辨率SI-PINX射线检测器，分辨率195eV，带高性能6滤光片系统。便携式拉曼光谱仪采用OceanOpticsQE65000科研性光谱仪，量子效率90%，具有较高的信噪比和快速的信号处理能力，附带的RIP-PA-SH型探头可以滤掉瑞利线。便携式近红外光谱仪采用LabSpec5000光谱仪，在50nm-2500nm的可见光和近红外光谱范围内对样品进行无损分析，秒扫描时间0.1秒的快速分析接近于实时监测。

12、便携式可见光谱分析采用荷兰AvaSpec2048FT光谱仪，该仪器配置有300线/mm光栅，可测光谱范围200-1100nm，分辨率4.3nm，对称式光学平台设计，配置光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描而不必移动光栅。X光探伤采用德国K-200型便携X射线探伤及数字扫描系统，可对不同材质文物的内部结构，腐蚀及保存状况进行调查。多光谱摄影系统和OURSTEX100FA型高性能便携式能量色散型X射线荧光分析系统8为研究团队搭建的系统。3.2分析功能的实现基于移动实验室平台的文物出土状况和病害分析涉及多种方法和设备，将这些设备和方法应用于复杂的发掘现场面临较多问题，文物出土现场保护移动

13、实验室应用支撑研究通过大量的方法研究、应用实践、方法调整和完善，逐步实现了各种分析方法的功能。首先，通过前期大量的实验室工作，全面了解各种设备，确定最佳的分析条件，在此基础上开展对样品和器物的分析，积累经验，提高复杂条件下的分析能力。通过应用研究和方法归纳，编写了各种分析设备的操作手册。其次，通过大量的应用实践，深入了解考古发掘现场对各种分析方法的需求，将多种分析方法进行集成，确定了相对合理的工作模式和分析流程（图1、图2），科学、合理地解决发掘过程中面临的问题。最后，归纳和整合分析结果和数据，全面解读各种分析方法获得的信息，揭示埋藏环境与文物保存现状和病害之间的关系，同时解释相关的考古学现象

14、和问题。3.3文物出土现场保护移动实验室分析体系的构建基于对各种分析方法、分析仪器的研究，结合不同考古发掘现场的应用实践，完成和优化了文物出土现场保护移动实验室分析工作的流程和工作模式，在此基础上初步建立了文物现状和病害评估的分析体系（图3）。4结语基于文物出土现场保护移动实验室平台、针对考古发掘现场埋藏环境和文物本体调查的分析方法，经过不断改进、优化和完善，逐步形成较为完善的分析体系，该分析体系能够为考古发掘现场相关研究和文物保护提供有力的科技支撑。通过体系构建和应用支撑研究确立的移动实验室分析体系具有以下特点：（1）该分析体系集成和优化了多种分析方法，并建立了合理的工作模式，能为文物病害评

15、估和研究、埋藏环境调查、考古现象的解释及其他研究提供强有力的科技支撑，具有较好的应用前景。（2）文物出土现场保护移动实验室构建的分析体系是个开放的体系，应根据区域差异、发掘现场的特点、相关研究的需要进行调整和架构；同时也要结合相关技术的发展，引进新的方法和手段，提升考古研究和文物保护的科技水平。（3）移动实验室平台的各种技术单元体系构建和研究在我国尚属首次，分析技术的集成和分析体系的构建也是首次，相关的技术和方法还需继续深入研究和探索。参考文献：1C.Miliani，F.Rosi，B.G.Brunetti，A.Sgamellotti.Insitunoninvasivestudyofartwor

16、ks：theMOLABmultitechniqueapproach，Acc.Chem.Res.43（2010）728-738.2C.Miliani，F.Rosi，A.Daveri，B.G.Brunetti.Reflectioninfraredspectroscopyforthenon-invasiveinsitustudyofartistspigments，App.Phys.A106（2012）295-307.3F.Rosi，A.Daveri，C.Miliani，G.Verri，P.Benedetti，F.Piqu，B.G.Brunetti，A.Sgamellotti.Non-invasive

17、identificationoforganicmaterialsinwallpaintingsbyfiberopticreflectanceinfraredspectroscopy：astatisticalmultivariateapproach，Anal.Bioanal.Chem.395（2007）2097-2106.4M.Vagnini，C.Miliani，L.Cartechini，P.Rocchi，B.G.Brunetti，A.Sgamellotti.FT-NIRspectroscopyfornon-invasiveidentificationofnaturalpolymersandre

18、sinsineaselpaintings，Anal.Bioanal.Chem.395（2009）2107-2118.5A.Gianoncelli，J.Castaing，L.Ortega，E.Dooryhe，J.Salomon，P.Walter，J.L.Hodeau，P.Bordet.Aportableinstrumentforinsitudeterminationofthechem-icalandphasecompositionsofculturalheritageobjects，X-RaySpectr.（2008）418-423.6A.Romani，C.Clementi，C.Miliani，G.Favaro，Flu