安徽武王墩墓是经科学发掘的迄今规模最大、等级最高、结构最复杂的大型楚国王级墓葬。目前,它的考古工作正如火如荼。已提取漆木器、青铜器等编号文物超过千件,包含青铜礼器、生活用器、漆木器、乐器、俑等珍贵文物。其中漆木器数量、种类都是空前的。武王墩墓发掘过程中出土的漆木器,以木胎居多。
木质文物长期处于地下饱水环境,木质素和纤维素已发生降解,为避免出土后的木器失水,考古人员用去离子水对漆木器进行浸泡达到保护。除了用离子水,考古人员还首次使用了“曲面微区X射线荧光光谱仪(XRF)”,通过高精度扫描进行元素分析,发现漆器颜料中含有铜、钙、铁、砷等元素,超出了以往的研究认知。
该设备由中国科学院高能所与故宫博物院联合研发,采用了首创的曲面微区X射线荧光成像技术,可对曲面或表面不平整文物进行扫描获取高精度的表面元素信息。作为在考古现场的首次应用,武王墩考古队选用已经过初步清理的编钟编磬漆木支架,率先开展颜料元素扫描分析。如果以1毫米为精度,可以快速完成元素分布分析。如果以0.4毫米的高精度进行扫描,漆木支架顶端约70平方厘米的面积,需要2小时完成。
“将一些元素进行单独成像,或者组合起来进行成像,可以看出最初制作这件器物的时候它的构图、用材。”武王墩考古发掘项目文物保护负责人张治国介绍,支架顶端的兽面纹为黑底红漆,基于以往的研究认知,其制作工艺应为炭黑颜料打底后,再用朱砂去描绘眼耳口鼻等纹饰。
然而,通过元素扫描分析,考古专家更细致地发现,面部主体颜料含铜;脸部颜料含汞;黑眼珠两侧的眼白以及耳朵两侧,颜料含钙;而砷元素虽然含量少,却起到点缀的作用。“该设备可以解决我们肉眼识别的局限性,尤其是我们看不清楚它的制作工艺。”通过元素成像分析,文保队员可以依据这些隐藏的信息,对文物展开后续深度清理。
据该设备研制负责人、中国科学院高能所副研究员许琼介绍,基于故宫博物院的需求,经过近一年时间联合攻关,融合X射线CT技术、人工智能和先进的软件算法,最终成功研发了该设备。该设备同时具备定点微区元素分析、平面高分辨元素成像和曲面高分辨元素成像三种功能,一机顶三机,大大提高现有微区XRF设备的通用性、灵活性、准确性。
据了解,我国文物种类众多、形制多样,例如玉器、陶瓷、青铜、玺印、漆器等,它们造型复杂、工艺繁复,目前国外能够实现开放式扫描的微区X射线荧光光谱设备针对油画研究开发,仅能进行平面样品的高精度扫描,并不能完全适用我国文物。“该设备不仅能够获取文物的‘DNA’,也揭开了我国文物神秘的文化属性和复杂工艺,让‘沉默’的文物‘开口说话’。”许琼说,该设备未来还可用于材料、安全、航空等领域。