天梯山石窟壁画病害及其修复
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[摘要]天梯山石窟是我国早期石窟艺术的代表，具有很高的历史文化价值和艺术价值。对天梯山搬迁壁画病害及其成因进行科学分析，对其部分进行实验修复，可以为后期大规模的修复提供可靠的技术支撑和理论保障。
[关键词]天梯山石窟;壁画修复;文物保护
[中图分类号]G264.3 [文献标识码]A [文章编号]1005-3115（2015）18-0060-04
天梯山石窟，又称凉州石窟，创建于东晋十六国时期的北凉，距今已有1600年的历史。后经北魏、北周、隋、唐、西夏、元、明等朝代开窟或重修，现存洞窟18窟。天梯山石窟是我国早期石窟艺术的代表，具有很高的历史文化价值和艺术价值，在学界有“石窟鼻祖、石窟源头”之称。
1958年，天梯山石窟所处地兴修黄羊河水库。为了保护石窟文物，1959年经甘肃省人民政府批准，由敦煌文物研究所（敦煌研究院的前身）和甘肃省博物馆对天梯山石窟的壁画彩塑进行搬迁，保存于甘肃省博物馆。2005年，在国家文物局和甘肃省人民政府的高度重视下，天梯山石窟的壁画彩塑除少部分由甘肃省博物馆保存，其余绝大多数运回武威，现存放于武威市西夏博物馆库房。由于该批文物搬迁时损坏严重，不利于长期保存，亟需保护修复。2013年初，敦煌研究院对该批壁画塑像进行了病害现状调查，根据病害调查结果编制了《甘肃武威天梯山搬迁壁画彩塑保护修复方案》。
2014年8月，敦煌研究院派遣十余名修复人员，在天梯山石窟管理处专业技术人员的积极参与下，对部分壁画进行了试验修复。
一、壁画的病害
（一）病害种类
经现场勘察分析，确定了天梯山石窟搬迁壁画的主要病害有以下几种：
颜料层起甲：壁画的底色层或颜料层发生龟裂，进而呈鳞片状卷翘（见图1）。
颜料层脱落：颜料层脱离白粉层。
粉化：壁画结构中任何一个或多个结构层内部内聚力丧失。
烟熏：因炊烟、取暖的烟火或香火将壁画熏污（见图2）。
边沿加固：用适当的材料加固暴露的壁画边缘。
裂缝：因地震、卸荷、不均匀沉降等因素的影响，使支撑体失稳，致使壁画地仗开裂或错位、相互叠压;或因为壁画地仗层自身的变化而产生缝隙、错位、相互叠压的现象。
划痕：外力刻划使壁画画面受到损害。
霉变：指在阴暗、潮湿环境下微生物霉菌在壁画上繁殖而形成霉斑的现象。
点状脱落：底色层脱离地仗层或颜料层脱离底色层呈点状（直径不大于2毫米）脱落的现象。
酥碱：盐害的一种。壁画地仗中的可溶盐，随环境湿度变化而溶解、结晶，所产生的膨胀、收缩反复作用，使壁画地仗结构破坏变得酥软、粉化。
盐霜：盐分在壁画表面富集形成的结晶，俗称“白霜”。
重层壁画：在同一位置上不同时期分别绘制的二层及二层以上的壁画。包括颜料层重层和带地仗壁画的重层。
（二）病害分析
颜料层龟裂起甲：起甲面积较大，分布在画面中部及人物的衣服和面部，而且起甲严重程度不同，这与制作材料和工艺有关。
颜料层脱落：部分壁画脱落是因年代久远胶结材料老化导致，另外因装箱搬运过程中碰撞、摩擦所致。
白粉层脱落：主要集中在壁画边缘、裂隙边缘，部分壁画的白粉层大面积脱落是人为凿挖所致。
烟熏：大多壁画和彩塑的表面在佛事活动中被烟熏黑。
裂缝：有的壁画是因石膏补强后应力变化或揭取时断裂，其中大部分壁画被大的裂隙贯穿于整个画面，纵横交错的裂隙及细小的裂缝数不胜数。部分壁画因交错裂隙而松动，有脱离整幅壁画的趋势，有的甚至直接断裂成数块。
划痕：分布面积不大，但对壁画破坏较为严重，部分划痕可能产生的原因是历史残留、揭取时产生、搬运过程中摩擦所致。
酥碱壁画：大多酥碱壁画是在搬迁的过程中对洞窟进行清理时挖出来的，因长期被掩埋在潮湿的积土和乱石中。尽管在搬迁时对颜料层进行过加固和石膏包裹，但壁画仍然酥软，大块地仗酥碱脱落。
覆盖：大面积壁画残块被灰尘不同程度所覆盖;部分上层壁画脱落遗留草泥地仗覆盖下层画面;石膏加固时壁画表面的周边一同被覆盖。
二、壁画制作工艺与材料研究
在天梯山石窟迁回壁画残块观察、取样分析研究的基础上，认为壁画制作工艺大体上分为三种，第一种：粗泥层（纤维为麦杆）―细泥层（厚约6毫米、纤维为麻）―白粉层―颜料层;第二种：粗泥层（纤维为麦杆）―白粉层―颜料层;第三种是粗泥层（纤维为麦杆）―细泥层（纤维为麻，厚约6毫米）―类似麻纸―白粉层―颜料层。所取土样X衍射分析结果表明粗泥层和细泥层的组成基本相同，都含有钾长石、钠长石、绢云母、方解石、石英、绿泥石等;根据对所取颜料样品的X衍射结果来看，第一种和第二种制作工艺所取的颜料中大部分含有生石膏，白色颜料的分析结果也大多数为生石膏，所以白粉层为生石膏制作而成;第三种制作工艺的颜料中都含有方解石，这主要是因为白粉层为方解石制作而成的（见图3）。
从以上对壁画制作工艺和制作材料分析研究的基础上，总的来说，壁画病害形成的原因与制作材料和工艺都有一定的关系，地仗颗分结果表明地仗级配不良，颗粒大小不均匀，颗粒间隙大等造成地仗的抗破坏能力弱等特点。扫描电镜的结果表明，许多的氯化钠都分布在土样颗粒的孔隙之间，这样对地仗的破坏性比较大;虽然离子色谱分析的结果表明，地仗含盐量不是很高，但是根据颗分与扫描电镜的结果来看，由于颗粒比较细腻，孔隙较大，盐分都分布在孔隙之间，这样可溶盐对地仗的破坏性也就不可忽视。从X衍射的结果来看，绝大多数的颜料为矿物质颜料，极个别未检测出的，可以借助别的分析仪器进行检测，有待进一步实验证明。
三、保护修复
（一）保护修复原则
在修复过程中遵守国家《文物保护法》、《文物保护法实施条例》、《中国文物古迹保护准则》、《文物保护工程管理办法》等法律法规，按照“修旧如旧，不改变文物原状”和最小介入、最大兼容的原则，以病害现状和特点为依据，对同一处壁画多种病害并存的情况，根据不同病害的表现特征和严重程度，选择适宜的保护程序，依病害轻重程度分步实施。
（二） 修复材料
1. 颜料层起甲、颜料层粉化、颜料层酥碱修复加固材料
针对武威天梯山壁画残块的病害特征，筛选出传统绘画粘结材料明胶（动物蛋白型），作为修复颜料层起甲、粉化、酥碱病害的材料。这种材料具有无色无味、无毒无腐蚀、无眩光、透明度高、透气性好、粘结强度适中和兼容性好的特点，并且具备可再修复的条件。
2.地仗层酥碱、地仗补强修复加固材料
根据地仗分析结果得出地仗中粉土的含量约为58%，沙的含量约为36%，麦草6%。选用文物保护专用材料ZB―SE―3A改性丙烯酸乳液（添加助渗剂）和 ZB―SE―1有机硅改性丙烯酸乳液（添加助渗剂）作为地仗层酥碱和地仗补强修复加固材料。
改性后的有机硅丙烯酸乳液除具有丙烯酸乳液的一般特点外，乳液的耐候性得到了明显提高，耐高低温性能较好，很好地解决了丙烯酸乳液成膜后易出现的低温变脆、高温发粘现象。此外，硅丙乳液在抗沾污性、耐水性、透气性等方面也较前者有较大幅度的提高。
3.烟熏壁画清除材料
烟熏壁画是过去在佛事活动中窟内烧香、煮饭和取暖时使用木材等燃料，由于未充分燃烧的燃料中部分有机物沉降在壁画表面，形成一层黑色的膜状物。针对烟熏层油膜状物的特征，经过大量实验研究，确定了烟熏层清除材料：十二烷基苯磺酸，脂肪醇聚氧乙烯醚，三聚酸钠，羟甲基纤维素，去离子水。
此次修复试验采用目前国内外对馆藏壁画修复即重新制作支撑体并和壁画粘结的方法。根据不同病害种类以及不同的病害程度进行分类修复。现将具有代表性和典型病害壁画修复做详细举例，其余的壁画按修复工艺的方法进行修复。
以现状调查编号为wwtts―0214壁画修复为例。
（ 1） 除尘
用洗耳球小心将颜料翘起处背后的尘土和细沙吹干净，然后用软毛笔将壁画表面的尘土清除干净，不能在起甲、龟裂部位遗留尘土，否则会影响颜料层与地仗层的粘结效果，同时也会污染壁画表面。
（2）注射粘结剂
用注射器将配制好的0.5%的明胶溶液从裂缝处开始注射滴渗，再沿起甲裂口处注射到起甲壁画背部使之与地仗粘合，整体渗透一遍后，再用1%明胶溶液按刚才的顺序重复注射滴渗多遍（注射滴渗次数根据颜料的起甲严重程度决定，一般两至四遍即可）（见图4）。
（3）回贴颜料层
注射加固后，待粘结材料的水分被地仗吸收时，用垫有棉纸的木质修复刀轻轻压平裂口处，使裂缝闭合，再用木质修复刀均匀地按压其他部位（壁画表面有裂缝时，先压裂缝处，将裂缝处压平使之闭合后再压底色层和颜料层），使起甲翘起的部位表面平整。
（4）滚压
颜料层回贴到原地仗位置后，用纺绸包裹药棉制成的棉球滚压，滚压的方向应从颜料层未裂口处向开裂处轻轻滚压，这样能将起甲内的空气排出，不会产生气泡，另一方面，壁画也不会被压出皱褶。
（5）表面封护
用1%羟基甲基纤维素把棉纸均匀刷在壁画表面，防止后续的工作对颜料层造成损坏。
（6）切除石膏包
用牙（骨）科电动砂轮、切割锯和手锯等将壁画四周的石膏包小心剔除，切除石膏时应注意小块分层去除不可伤及颜料层，用带有保护层的木板翻转壁画，用相同的方法剔除壁画底部的石膏。
（7）剪薄地仗
用切割锯在壁画地仗划小菱形格状，然后用修复刀将菱形格上的土轻轻刮去，遇到地仗酥碱的地方，先用1.5%（w/w）的有机硅改性丙烯酸乳液渗透加固后，再轻轻去除，将地仗剪薄至1厘米左右，用洗耳球清除地仗上的浮土。
（8） 地仗补强
用1.5%（w/w）的有机硅改性丙烯酸乳液：1.5%（w/w）改性丙烯酸乳液=1：1的混合液，对地仗进行渗透加固4～5遍。干燥后把用切割锯把地仗划成很浅的菱形格，将用30%（w/w）改性丙烯酸乳液浸泡的无纺布接缝带紧密贴在上面，以增加壁画地仗的整体强度。
（9） 制作支撑体
裁剪蜂窝铝板和软木。蜂窝铝板和软木的边沿应大于壁画四周5厘米左右，用粗砂纸将蜂窝铝板一面打磨使其粗糙，在糙面刷一层环氧树脂胶（环氧树脂和聚酰胺树脂比例为1：1;丙酮作为稀释剂）贴软木压重物使其干燥;用相同的方法再贴一层碳素纤维布，在碳素纤维布上涂一层较稀的环氧树脂胶;干燥后刷两遍较厚的15% paralboid B-72丙酮溶液（间隔3小时）。
支撑体由航空级蜂窝状铝板（提供支撑增加壁画强度）、软木和碳素纤维布（软木夹在蜂窝状铝板和碳素纤维布中间，可减少因材料强度不同而产生的应力变形，实现应力层间过渡和缓冲）组成。
ParalboidB-72丙酮溶液干燥后形成的膜在支撑体与壁画之间起隔离作用，将来对壁画进行再次修复时，对隔离层注射丙酮溶液，溶解paralboid B-72，可实现支撑体与壁画的分离。在壁画四周的支撑体表面填补泥层并做成斑驳脱落的效果，使整块壁画协调美观。
（10）粘结壁画
在壁画地仗的无纺布接缝带上点状堆积聚醋酸乙烯原液（间隔3厘米左右），把支撑体移至上面（四周各留5厘米左右）使其与壁画地仗粘结。
（11） 填补泥层
在支撑体表面壁画的四周，为了使泥层更牢固地粘接于支撑体表面涂刷的隔离层上，用铁质修复刀刮上一层约3毫米厚的胶泥（按一定比例将已脱盐处理过的粘土、细沙和麻纤维用1%有机硅改性丙烯酸乳液和改性丙烯酸乳液混合液调制而成的泥），随后再在胶泥层上用未加胶的泥（按一定比例配制将已脱盐处理过的粘土、细沙、麻纤维和纯净水调和成的）少量多次进行填贴，填贴的高度到细泥层即可，并作成斑驳的效果，使表面有自然脱落的质感。
（12）清除棉纸
用蒸馏水轻刷棉纸表面，揭取棉纸，并用蘸有蒸馏水的棉棒清除壁画表面的纤维素。并对壁画颜料层进行必要的修复。
（13）封护支撑体
将掺有一定比例的粘土（脱盐处理）和粗沙粒，用1%有机硅丙烯酸乳液和1%改性丙烯酸乳液混合液调制的泥浆刷在支撑体四周边沿并成糙面，使支撑体和壁画浑然泥质的效果。
（三） 壁画修复基本工艺
此次壁画修复基本工艺按照《甘肃武威天梯山搬迁壁画彩塑保护修复方案》中壁画修复工艺进行修复，即“清洁画面―颜料层修复―封护―石膏支撑体去除―地仗减薄―地仗补强―制作支撑体―粘贴壁画―制作新地仗―支撑体边缘封护”等步骤进行修复。
1.烟熏壁画的修复
步骤修复方法同wwtts―0214修复方法，除尘后需要对烟熏层进行清除。烟熏层修复方法如下：
清除壁画表面灰尘――用软羊毛笔将一定比例配制的清除材料刷在烟熏层表面――用医用棉棒轻轻拭去――再刷清除液于烟熏表面――医用棉棒多次擦拭――用棉棒蘸去离子水拭去残留的清除材料――较低浓度的明胶对颜料层进行补胶。
此次修复使用的烟熏层清除材料，是由非离子表面活性剂、软化剂、浸润剂和抗沉淀增溶剂组成的无色透明半流动状胶体，其最大特点是：只浸润不渗透，改变了以往对烟熏壁画“清洗”状况（见图5）。这种材料在使用时只溶解烟熏中的有机物，胶体包裹碳颗粒一并拉出。
2.断裂壁画拼接的修复
除尘注射粘结剂回贴颜料层滚压表面封护切除石膏包剪薄地仗断裂、错位壁画拼接地仗补强制作支撑体粘结壁画填补泥层清除棉纸地仗修补封护支撑体全色（用皮胶调制的矿物颜料的对裂缝处进行全色）。其中断裂、错位壁画拼接的方法如下：
用手术刀把断面剔成“∧”型，用3%（w/w）的改性丙烯酸乳液对各断面滴渗加固。将每两块断裂的壁画摆放对好位置，用1.5%（w/w）改性丙烯酸乳液：1.5%（w/w）有机硅丙烯酸乳液=1：1混合乳液调制的稀泥小心填入裂缝，对各残块进行拼接，拼接的顺序是先小块壁画拼接后整体拼接。待整块壁画拼接后，用混合乳液调制的泥少量多次填入裂缝，使壁画表面平整，填入泥的高度应低于颜料层。
3.白灰覆盖的修复
壁画表面被白灰覆盖，因此在除尘的时候先必须将覆盖壁画的白灰层清除。方法是用温水或50%酒精溶液软化覆盖壁画的白灰层，然后用小竹刀将白灰层一点一点剔除。清除后其余方法同wwtts―0214。
4.泥渍覆盖的修复
壁画表面被泥渍覆盖，因泥渍表面曾被鹿皮胶加固过，较难去除。修复方法与wwtts―0214的修复方法基本相同，所不同的是在除尘的时候先必须将壁画的泥渍清除。方法是用温水或75%的酒精浸润软化污染壁画的泥渍，然后用棉签将泥渍一点一点蘸除。
四、 保护修复难点
（一）壁画表面烟熏层的清除
壁画表面烟熏层形成一层黑色的油膜状物。这层油膜状物牢牢地包裹颜料层，并渗透在颜料层每个颜料颗粒间隙中，简单的机械去除方法显然是不可行的。本次壁画修复根据壁画表面不同的烟熏程度选用不同浓度的清除液进行清除。
在烟熏层清除的过程中，应严格把握烟熏层清除 “度” 的问题，避免过度清除造成壁画颜料层的损伤。值得注意的是，对于已经渗到颜料层中的碳颗粒不做过分清除。
（二）表面封护层的去除
天梯山石窟搬迁壁画时，在搬迁现场对揭取下来的壁画涂刷了一层鹿皮胶。由于当时工作条件所限，加之又是冬季，壁画表面的尘土和细沙等来不及清除就被封护在里面。所以在对壁画颜料层进行修复前首先对封护加固层进行清除。壁画表面封护层经过多次试验，得出有效的去除方法为：用40度左右去离子水涂在表面―软毛刷清除―软毛笔清除―棉棒擦拭。对于较顽固的可用75%乙醇滴渗，待软化后按上述方法清除。
（三）壁画表面以及背部石膏层的去除
揭取壁画是为了便于搬迁，所有壁画背部及边缘做了石膏加固处理，对于一些中间部分残缺的壁画，加固时用石膏填充其残缺部位。致使所有壁画背部以及壁画边缘处颜料层被石膏层厚厚的包裹着。切除石膏前，为了防止壁画边缘处颜料层受损，选用牙科锯、或手术刀对壁画表面边缘处石膏层进行去除。在切除背部石膏时，发现石膏加固层中放置了铁丝、木头、碳素网、麻等加筋材料，极大地增加了石膏层去除的难度。切割锯切除时应避免震动壁画，对于难去除的石膏层应分多次去除。
（四）壁画表面泥渍和污染物去除
壁画揭去下来时未清除表面泥渍和污染物直接被一层鹿皮胶封护，这给泥渍和污染物的去除带来难度。经现场试验研究，用温水软化覆盖壁画的鹿皮胶及泥层，然后用小竹刀将带胶的泥层一点一点剔除。对于胶难去除的采用75%的酒精浸润后，再用棉签将其一点一点蘸除。方法是：用温水或75%酒精溶液浸润―小薄竹片刀剔―硬毛刷清除―软毛刷清除―软毛笔清除―洗耳球清除（见图6）。
此次修复实验用ZB―SH―3A改性丙烯酸乳液和ZB―SH―1有机硅改性丙烯酸乳液这两种材料，在研制时根据壁画修复的要求都添加了助渗剂，提高了在泥质地仗中的渗透性。这两种材料混合使用，克服了单一材料的某些缺陷，更具有稳定性和耐候性，近几年广泛用于壁画的保护修复。使用航空级蜂窝状铝板作后背并加软木和碳素纤维布，这是一种新型轻质的壁画支撑体材料，可避免因材料强度不同而产生的应力变形，实现力的层间过渡和缓冲。目前国际上如日本、法国、中亚诸国和中国对馆藏壁画的保护修复采用了此项修复技术。
此次修复实验在《甘肃武威天梯山石窟搬迁壁画彩塑保护修复方案》基础上，对于病害严重的壁画修复进行针对性实验，有效地去除壁画表面污渍，成功地清除壁画烟熏层等，攻克了具有挑战性难题，并不断完善严重病害壁画的修复方法，总结出一系列基本成熟的修复理论和方法，对天梯山搬迁壁画的保护修复奠定了坚实的基础，为后期大规模的修复提供可靠的技术支撑和理论保障。