敦煌壁畫保護研究現(xiàn)狀與主要任務

敦煌壁畫保護研究現(xiàn)狀與主要任務

彩塑已藏壁畫,多身無法屬真實敦煌石窟是由敦煌石窟保護和管理的，包括莫高窟、吉林洞穴和西土佛洞。莫高窟位于甘肅省敦煌市東南25公里的鳴沙山下?，F(xiàn)存4-14世紀11個時代的洞窟750多個,分布在南北長約1,700米的山崖上。其中保存有壁畫的洞窟492個,主要集中在南區(qū),保存壁畫45,000多平方米,彩塑像2,500多身。北區(qū)的250多個洞窟,主要是無壁畫彩塑的禪窟和工匠生活居住的洞窟。莫高窟于1961年被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位,1987年被聯(lián)合國教科文組織遺產(chǎn)委員會批準列入世界文化遺產(chǎn)清單。榆林窟位于甘肅省安西縣城南75公里的南山榆林河河谷中。現(xiàn)存洞窟42個,保存壁畫4,600多平方米,彩塑276身。榆林窟于1961年被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位。西千佛洞位于甘肅省敦煌市西南35公里的黨河河谷北岸的斷崖上,保存洞窟19個,分布在3個窟區(qū)。1-16窟,位于窟區(qū)西端,17窟居中,東窟區(qū)即南湖店有18、19兩個洞窟。這19個洞窟中保存壁畫800多平方米,彩塑34身。西千佛洞于1961年將其包括在莫高窟,被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位。一、項目的質(zhì)量和環(huán)境1.1敦煌膠結(jié)物氣候特點莫高窟位于敦煌盆地邊沿的西水溝口的洪積扇臺地上,在三危山與鳴沙山之間。臺地寬150-200米,石窟坐西向東,開鑿在臺地西側(cè)的南北長約1700米的山崖上。敦煌盆地是由石板山、阿爾金山和鷹咀山所圍限的山間斷陷盆地。以阿爾金山斷裂帶為界,敦煌盆地位于塔里木盆地的東南邊緣,與祁連山斷褶帶鄰接。莫高窟的巖體屬第四紀酒泉系礫巖,接觸式膠結(jié)。膠結(jié)物以鈣質(zhì)為主,其次為泥質(zhì)。巖性干燥、孔隙率大、松散、力學強度低。由于長期受雨水沖刷、風蝕的作用,崖頂呈斜坡狀,斜坡度為35°,坡寬約30米,覆蓋一層較厚的沙、碎石。敦煌地處河西走廊的荒漠戈壁腹地,坐標位置在北緯40°,東經(jīng)94°49’,莫高窟海拔在1320-1380米之間。由于常年受蒙古高壓的影響,具有氣候極端干旱,降水量少,氣溫變化大,日照時間長及風沙活動頻繁的沙漠氣候的特點。年平均氣溫為11℃,年平均相對濕度為23%,一年中有三個月平均氣溫低于0℃,有六個月最低氣溫低于0℃,月平均氣溫最高在8月份,25.86℃,月平均氣溫最低在1月,-22.23℃。月平均相對濕度最高在1月,34.6%,月平均相對濕度最低在8月,12.28%。一年中最高氣溫為37.65℃,最低氣溫為-15.8℃,最大相對濕度97.3%,最低相對濕度為7.88%。一年中降雨集中于7月份,占全年降雨的80%,年平均降雨量為25毫米,蒸發(fā)量為3479毫米。全年有風,一年中4月份風最多,風速大,最大風速達17.89米/秒,12月份風最少,且風速也小,最大風速為8.9米/秒。1.2段崖面高40米,積水平動、年際變化大陸性氣候特征榆林窟所在的安西地區(qū)處于河西走廊地震帶西端,近代地震活動強烈、頻繁。而榆林窟位于榆林河切割的東西兩岸崖壁上。兩岸崖壁近直立,局部有倒坡。兩崖頂因多年遭雨水沖刷、風蝕及坍塌作用呈斜坡狀。其中東崖斜坡面較大,斜坡角度為40°-45°,斜坡以下崖面呈直立狀,高約25米;西崖頂斜坡面較小,但傾角較大,直立段崖面高30米。東崖下形成一個寬約60米的洪積扇。兩崖巖體屬第四紀酒泉系礫巖,巖體以鈣泥質(zhì)混合膠結(jié),以泥質(zhì)膠結(jié)為主,巖性干燥、層理清晰、礫卵石成份復雜、粒徑多在4-15毫米之間,局部有弧石,因此巖體孔隙率大、松散、強度極低。安西地處沙漠戈壁腹地,河西走廊西端,地形復雜,植被稀少,屬典型的大陸性氣候。其氣候特征主要表現(xiàn)為:降水少、蒸發(fā)量大、日照長、晝夜溫差顯著、冬春季節(jié)不太明顯、夏季炎熱而冬季寒冷、風沙多、災害頻繁。年平均降水量為40-50毫米,降水多集中于6-8月和11-1月,最大降水量為104.5毫米,蒸發(fā)量為3402毫米。年平均氣溫為8.5℃(夏季平均氣溫為20.2℃,冬季平均氣溫為-7℃左右);極端最高氣溫39℃,最低氣溫為-18℃。平均地溫為11.1℃,相對濕度為39%。年平均風速為3.7米/秒,最大風力8級,風速達20.7米/秒,多東風,集中于春季3-5月份。25年平均沙塵暴日數(shù)為13.7天/年,最多年份為43天,最少年份為4天。凍土層為1.46米。全年無霜期為147天。二、景觀的監(jiān)測技術(shù)石窟遺址及其文物各種病害所產(chǎn)生的原因,除與上述石窟遺址的工程地質(zhì)有密切關(guān)系外,另外一個影響石窟遺址及其文物產(chǎn)生各種病害的重要因素是石窟遺址的氣象環(huán)境。因此環(huán)境監(jiān)測是石窟遺址文物保護研究最基礎(chǔ)的工作,也是石窟加固工程所采取的工藝,壁畫彩塑修復選用材料及工藝的科學依據(jù)。早在60年代初,莫高窟開展了防沙試驗,與此同時在窟頂建立了氣象觀測站,主要監(jiān)測窟區(qū)的氣溫、相對濕度、降雨量、蒸發(fā)量、日照、風速、風向和沙暴等。經(jīng)過氣象監(jiān)測,對莫高窟窟區(qū)的氣象環(huán)境做出初步評價,其特點是溫差大、降雨量少、蒸發(fā)量大、氣候干燥、風沙活動強烈,屬典型的沙漠氣候。80年代中,我院與蘭州化工研究院環(huán)境保護研究所合作,對莫高窟崖面不同層位、窟型大小不同的四個洞窟的窟內(nèi)外環(huán)境進行了監(jiān)測,也就是從60年代窟區(qū)大環(huán)境監(jiān)測轉(zhuǎn)向窟內(nèi)外小環(huán)境的監(jiān)測。監(jiān)測的內(nèi)容有,風速、風向、紫外線強度、日照度、溫度和相對濕度。這一監(jiān)測是對莫高窟洞窟小環(huán)境比較全面、系統(tǒng)的監(jiān)測,初步揭示了莫高窟不同層位(莫高窟崖體有四層洞窟)和不同大小洞窟內(nèi)溫濕度變化的特點。但是,由于受當時氣象監(jiān)測設(shè)備及其他技術(shù)條件的限止,氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)密度很小。60年代初的監(jiān)測是每10天抽測一天,而且一天測3次。80年代中期的監(jiān)測是每天連續(xù)采集數(shù)據(jù),但也只是一天測四次。這樣的監(jiān)測不能不帶有偶然性,特別是60年代初的監(jiān)測,更不能準確、科學地揭示莫高窟的風沙活動特點及其他環(huán)境因素變化的規(guī)律。90年代初,我院與東京國立文化財研究所合作,對莫高窟的上層194窟和下層53窟進行了系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測。這兩個洞窟均不開放,壁畫嚴重酥堿,但壁畫酥堿的部位和形式不一樣。194窟的壁畫從窟頂開始,向下約2米的部位嚴重酥堿,形狀似皰疹狀。而53窟從地面開始,向上約1.5米的部位嚴重酥堿,呈片狀均勻酥堿。監(jiān)測儀器:溫度測定用PT100Ω白金測溫探頭,相對濕度測定用高分子薄膜型濕度計,窟外風速測定用風車型自動風速計,窟內(nèi)風速的測定用熱線式微風速計,日照的測定用電氣式直達日照計(MS-100,英弘精機)。數(shù)據(jù)的密度是,1989年10月-1991年5月,12次/日,1991年5月-現(xiàn)在,24次/日。數(shù)據(jù)記錄在自動記錄儀(LS-30000PtV型)。每半年用便攜式計算機(PC9801note,NEC)在現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)在實驗室內(nèi)進行計算機處理,繪制解析圖。這樣的監(jiān)測對研究194窟和53窟壁畫酥堿機理提供了可靠的科學依據(jù)。80年代末,我院同時與美國蓋蒂保護研究所合作,首先在九層樓的崖頂設(shè)置了窟區(qū)環(huán)境的監(jiān)測站,監(jiān)測設(shè)備使用蓋蒂基金會提供的全自動環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(包括CR10ControlModule中央控制模塊,SM716MassStorageModule存儲模塊,HMP356溫濕度探頭,O24AMET-ONE風向傳感器,O14AMET-ONE風速儀,TE525降雨量監(jiān)測儀,2006HECO2探頭)。監(jiān)測的主要內(nèi)容是:氣溫、相對濕度、降雨量、風向、風速、日照和地表溫度。這為窟頂戈壁建立防沙障提供了科學依據(jù)。1989年10月,又與蓋蒂保護研究所合作,選三個洞窟進行環(huán)境監(jiān)測試驗。這三個洞窟是323、335和232窟。323和335窟是兩個大小、形狀幾乎相同的下層洞窟,所處的環(huán)境也基本相同,但335窟不開放,323窟開放,每年參觀人數(shù)約2萬人。232窟位于崖體的中層。這一監(jiān)測試驗主要對比觀眾和崖體上不同層位對洞窟環(huán)境的影響。后又對244、85、249、148、147幾個洞窟進行環(huán)境監(jiān)測。開始用臺灣生產(chǎn)的半自動溫濕度計錄儀,每周換一次記錄紙。后來又更換為全自動監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測內(nèi)容增加了壁畫壁面溫濕度探頭,在85窟又增加壁畫、地仗下巖體不同深度的溫濕度探頭,數(shù)據(jù)密度是4次/小時。與這種全自動監(jiān)測系統(tǒng)相配套的有窟內(nèi)無線電通訊設(shè)備和窟外的太陽能電池,所收集的環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線電通訊設(shè)備及相關(guān)程序傳入室內(nèi)的計算機內(nèi)存儲,然后進行整理、繪圖、分析。這一監(jiān)測對莫高窟不同層位的洞窟、開放與不開放洞窟的環(huán)境質(zhì)量做出了科學的評價,對研究這些洞窟的病害機理和治理提供了科學依據(jù)。1991年5月,與美國蓋蒂保護研究所合作,進行了觀眾對洞窟環(huán)境影響的監(jiān)測實驗。選莫高窟下層中型開放洞窟323窟(初唐),該窟主室的空間為143.1m3。由40名學生在窟內(nèi)滯留37分鐘,觀眾滯留時洞窟門敞開,觀眾離開洞窟后,關(guān)閉窟門,以模擬平時參觀時觀眾對洞窟環(huán)境的影響。從觀眾進入洞窟后就監(jiān)測窟內(nèi)的溫度、相對濕度、墻體溫度、二氧化碳的濃度。監(jiān)測采用最現(xiàn)代的微環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。監(jiān)測實驗得出如下結(jié)論:2.窟內(nèi)空氣溫度、相對濕度和二氧化碳濃度的半衰期分別是0.25小時,1小時和3小時,它們的比例為1:4:12。由于二氧化碳濃度的衰減幾乎完全依靠空氣交換,其半衰期長的結(jié)果表明,內(nèi)外空氣交換條件差,特別是旅游旺季,洞窟將處于長時間不得恢復的“疲勞”狀態(tài)。莫高窟的壁畫顏料是礦物顏料,如果在洞窟內(nèi)有大量二氧化碳和水汽存在,所產(chǎn)生的酸性氣體肯定會引起顏料的變色?？梢韵胂?如果在一個中等大小的洞窟里,觀眾接連不斷進入,由于洞窟中通風差,這樣二氧化碳濃度和水汽就會在洞窟內(nèi)大幅度疊加上升。這是一個值得注意和進一步研究的問題。洞窟即要保護,又要開放,這就需要對開放洞窟進行控制和科學安排。同時進行酸性氣體對各種壁畫顏料影響的研究,通過一定措施排出或吸收洞窟內(nèi)的二氧化碳,使其達不到影響壁畫顏料變色和產(chǎn)生其他病害的程度。三、建設(shè)項目的加固3.1加固和木橋廊工程莫高窟巖體屬鈣泥質(zhì)接觸式膠結(jié)礫巖,巖體松散、孔隙率大,嚴重風蝕、風化。崖面上部被風蝕、雨水沖刷形成覆蓋一層沙、碎石的斜坡。部分上層洞窟窟頂變薄,開裂入滲雨水,個別洞窟窟頂穿透漏沙、漏雨水。崖面破碎,多危巖易坍塌,對洞窟內(nèi)壁畫和彩塑破壞極為嚴重。在50年代初,選擇了早期洞窟集中且危險的窟段,采用砌建塊石支柱和擋墻支、頂、擋的工程措施。同時修建了60米長的木棧道。在局部加固試驗取得成功后,于60年代初,投巨資,對有嚴重險情的7個窟段進行了全面維修加固,依然采用混凝土、塊石砌體,對危巖進行支、頂、擋的工程措施。這種工程措施雖然改變了山體的自然風貌,使崖體變得像現(xiàn)在建筑整齊的墻體。但是,當時由于工程技術(shù)和設(shè)備條件所限,這種工程卻搶救了大批瀕危的壁畫和彩塑。應該說莫高窟的第一期加固工程是成功有效的,也是我國石窟加固工程的第一階段的代表。1999年,又對莫高窟的木橋廊區(qū)段進行了重新加固,其主要工程項目是,清理崖頂、崖面危巖,在斜坡沙、碎石覆蓋層布設(shè)小錨桿,然后進行PS噴涂加固。對木棧道進行了維修,在木構(gòu)件中加鋼件以做輔強,這樣即保持原貌,也獲得很好的加固效果。西千佛洞礫巖的膠結(jié)比莫高窟礫巖的膠結(jié)更差,礫卵石成份復雜,粒度大,巖體非常松散,強度極低。因此80年代對西千佛洞的加固,仍然采用與莫高窟相同的加固方案,以塊石砌體支、頂、擋,這對防止巖體坍塌起了很好的加固保護效果。3.2林雄的固結(jié)體裂隙灌漿材料研究莫高窟、西千佛洞的石窟加固,采用混凝土、塊石砌體,進行支、頂、擋的工程方案是代表我國第一階段的石窟加固工程。采取這樣的工程措施是兩個方面的原因;一是由于當時工程技術(shù)條件和設(shè)備所限;二是其巖體十分松散、破碎,強度極低。但是,在當時的歷史條件下,卻搶救了一大批精美壁畫和彩塑文物。70年代末和80年代初,對麥積山礫巖山體的加固采用了先進的錨固技術(shù),但對風化嚴重的崖面采用了掛鋼網(wǎng)噴射混凝土的工程方案。這種工程措施即有效的加固了麥積山的危巖,也保持了山體原有的自然風貌。但噴射的混凝土由于不透水,使山體中的滲水排不出,結(jié)果使部分洞窟內(nèi)濕度增大,甚至出水,對壁畫塑像造成破壞。目前正在研究解決山體排水的問題,這是我國石窟加固工程的第二階段,即對破碎的砂礫巖崖體進行錨固。榆林窟加固工程包括三項內(nèi)容,即崖體錨固,砂礫巖崖體裂隙灌漿和風化崖面及斜坡PS噴涂滲透加固。在榆林窟加固工程中,吸取了麥積山加固工程成功的經(jīng)驗,對開裂即將坍塌的崖體采用錨固技術(shù)進行加固。但由于榆林窟礫巖成份復雜,巖性干燥,松散,難以成孔,因此將螺紋鋼錨桿改為鋼錨索,這樣減少崖面上的布孔,但增大了每一錨索的錨固力。1993-1994年,用這種錨固技術(shù)對榆林窟東崖的12-17窟的搶險區(qū)段進行了成功、有效的加固,后來相繼完成東崖6窟以北和西崖的加固。榆林窟加固工程共完成東崖長170米、高25米及西崖長80米、高30米的崖體加固,共布設(shè)錨索355根,最長的錨索21米,最短的7.5米,錨索長短以穿過平行于崖面的裂隙為準,每根錨索平均抗拔力為75噸。整個崖體加固工程設(shè)計施工,嚴格按照Ⅷ度地震烈度要求進行。石窟加固工程中,巖體裂隙灌漿也是一項十分重要的工程措施,其主要作用是,增強崖體的整體性;防止雨水入滲到洞窟損壞壁畫和塑像;保護金屬錨桿、索防止銹蝕,以保證錨桿、索達到有效的錨固設(shè)計要求。但是,象榆林窟這樣的礫巖巖體裂隙的灌漿,在我國石窟加固工程中是一個長期以來一直沒有解決的難題。因為榆林窟礫巖的裂隙兩壁有相當厚的一層風化松散層,同時裂隙中又填充了大量無法清除的沙土、碎石。這樣的裂隙若采用像環(huán)氧樹脂等一類高分子灌漿材料進行崖體裂隙灌漿,顯然是不適宜的。因為漿液固結(jié)體和巖體的強度差別特別大,這樣兩者的內(nèi)聚力差別也很大,顯然漿材的固結(jié)體不可能和風化松散的裂隙兩壁粘聯(lián),即使暫時粘聯(lián),也會因兩種材料內(nèi)聚力差別大而產(chǎn)生剝離,即產(chǎn)生新的裂隙。針對砂礫巖的巖性特點,在八十年代初,對麥積山礫巖的裂隙進行了無機漿材PS-C的灌漿實驗研究,取得了較好的效果。PS是一種高模數(shù)的硅酸鉀,C是麥積山石窟附近的紅粘土。PS-C固結(jié)體和麥積山礫巖有大致相近的特性和強度,同時PS對砂礫巖有很好的滲透加固作用。采用PS-C漿材對砂礫巖巖體裂隙灌漿后,PS首先對裂隙兩壁的風化松散層滲透加固,這樣PS-C固結(jié)體就能和裂隙兩壁很好的粘接在一起,使灌漿密實度好,整體性強,不僅起填充裂隙的作用,也能起一定的加固粘接作用。實驗證明,PS-C結(jié)石體有明顯的收縮變形性(一般收縮7%),這樣會影響灌漿質(zhì)量和效果。加入適量膨脹劑單體硅粉,可使收縮率降為2-3%,但還不是理想的砂礫巖巖體裂隙灌漿材料。配合榆林窟加固工程,針對榆林窟的巖性特點,又對砂礫巖巖體裂隙灌漿材料PS-G,PS-Z和PS-F做了大量研究(G-硅藻土,Z-鑄石粉,F-粉煤灰)。通過大量的室內(nèi)實驗和現(xiàn)場實驗證明,PS-F漿材是適合于榆林窟風化巖體裂隙的灌漿材料。PS-F灌漿材料具有強度適宜、耐高溫、耐凍融、耐酸堿、抗崩解的優(yōu)點;其和易性、流動性好,不易產(chǎn)生離析;漿液的初凝速度以及結(jié)石體的強度可通過調(diào)配PS模數(shù)和濃度而得到控制;有很好的可灌性,結(jié)石體基本無收縮,特別是初凝時稍有膨脹,2小時后稍微收縮,總體結(jié)果基本無收縮,這一特性對孔隙率大而松散的礫巖有非常好的灌漿效果。榆林窟的灌漿效果,是采用人工地震的檢測方法(美國制Bison1580型淺層信號增強型地震儀),對東崖四個洞窟五個測試點進行了檢測。結(jié)果證明,PS-F漿液的灌漿效果理想,對兩壁嚴重風化、中間填充有大量沙土、碎石的砂礫巖巖體裂隙灌漿密實,同時漿液結(jié)石體與裂隙兩壁粘合牢固。其灌漿工藝是,先在裂隙中灌注適量PS,滲透加固風化松散的裂隙壁和固結(jié)裂隙中填充的大量沙土、碎石,然后再灌注PS-F漿液。在榆林窟加固工程中,采用PS-F漿材對東西崖寬0.02米以下的主要20條裂隙進行了灌漿,裂隙總長度558m,用漿液123m3。榆林窟的裂隙灌漿取得了很好的效果,解決了我國石窟加固工程中砂礫巖裂隙灌漿的一大難題。吸取麥積山加固工程的教訓,對風化、風蝕嚴重的崖面和斜坡沒有采用掛鋼網(wǎng)噴射混凝土的技術(shù)方案,而采用直接噴涂PS滲透加固方法。工序是:先清理危巖,再以PS:水=1:6噴涂3遍,最后以PS:水=1:3噴涂一遍。噴涂最后一遍時,在PS中摻加適量礫巖的膠結(jié)泥質(zhì),即起膠結(jié)作用,又達到做舊效果。這樣加固的巖面即有很好的抗風蝕和抗雨水沖刷的性能,也有很好的透水性,同時保持崖體原有的自然風貌,達到修舊如舊的效果。由于榆林窟礫巖十分破碎、松散、礫卵石成份復雜,成孔難度相當大,也就是說工程的難度相當大,因此,榆林窟加固工程的成功,解決了我國石窟加固工程中的三大難題,即破碎、松散礫巖巖體錨固;嚴重風化砂礫巖巖體裂隙灌漿;嚴重風化、風蝕砂礫巖崖面加固。榆林窟加固工程的成功,是我國砂礫石窟加固的一個范例,標志我國的石窟加固技術(shù)進入成熟的第三階段。四、壁畫中鉛丹顏料的變色問題千百年來,敦煌石窟壁畫由于受所處環(huán)境諸因素的影響,以及壁畫的制作材料及結(jié)構(gòu),壁面所依附巖體的礦物組成及水文環(huán)境等因素的影響,使壁畫產(chǎn)生了各種類型的病害。最典型的病害如壁畫顏料的變色、褪色;壁畫顏料層的龜裂、起甲;壁畫地仗層酥堿、粉化;地仗層空鼓、脫落;顏料層霉變、污染;以及過去的香火和洞窟居住人造成的對壁畫的煙熏等。這些病害對壁畫損壞最嚴重的,且最難治理的是壁畫顏料的變色、褪色和壁畫地仗酥堿、起甲剝離。4.1.1壁畫顏料變色、褪色經(jīng)過對莫高窟壁畫顏料的現(xiàn)場調(diào)查和分析測試證明,紅色顏料是敦煌壁畫顏料中最容易變色的一種顏料。莫高窟壁畫的紅色顏料主要有三種,即朱砂、土紅(又稱鐵紅)和鉛丹。將這三種紅色顏料制做壁畫試樣,置于不同的濕度條件下,進行模擬光照變色實驗,結(jié)果表明:土紅是最穩(wěn)定的一種紅色顏料,不論是高濕度(RH90%)條件下,還是特別干燥(RH0%-RH48%)的條件下,照度1500lux的熒光光源照射96天后,幾乎看不出任何變化。在分光譜圖中,土紅以照射96天后的譜線和未照射試樣的譜線幾乎重疊在一起。從它的化學特性也可以預料到這一點。過去對莫高窟壁畫顏料的分析研究和調(diào)查結(jié)果也是這樣。但是,摻加在顏料中的膠結(jié)材料經(jīng)千百年已經(jīng)老化而失去膠結(jié)性,顏料粉化掉落,顏色變淺。畫面完全干燥后,色調(diào)也會變淺。膠結(jié)材料老化變色也會影響土紅色調(diào)的變化。但所有這些變化中土紅的化學成分并沒有發(fā)生變化,也就是沒有產(chǎn)生變色。長時間的光照會使朱砂顏色變暗,原因是朱砂經(jīng)光照后,部分紅色的朱砂結(jié)晶發(fā)生變化,生成黑色黑辰砂的結(jié)晶。過去一些學者的研究和我們這次試驗的結(jié)論是一致的,但變色比較緩慢。過去的一些研究結(jié)果認為,當有白色顏料和膠結(jié)材料存在時會加速朱砂變色。我們從試驗中看出,朱砂的光照變暗幾乎不受濕度變化的影響。在莫高窟壁畫中,朱砂的變暗也是明顯的,但比起鉛丹來輕微得多。我們試驗得出的結(jié)論是鉛丹在高濕度(RH90%)下,熒光照射變暗速度非常快,這是紅色的鉛丹氧化變成棕黑色二氧化鉛的原因。在干燥(RH0%-RH48%)條件下,鉛丹對光是穩(wěn)定的。進一步實驗表明,在堿性地仗的條件下,當相對濕度達RH70%時,鉛丹就會產(chǎn)生明顯的變色。不超過這個濕度時,鉛丹相對穩(wěn)定。莫高窟壁畫中鉛丹顏料的變色非常嚴重,但是,對洞窟溫濕度進行調(diào)查表明,絕大多數(shù)洞窟的相對濕度長期在30%左右,有些洞窟有時早晨上升到70%左右,但時間很短。一般洞窟的照度最小幾lux,最大數(shù)百lux,這些條件使鉛丹繼續(xù)變色的影響是非常小的。通過這個試驗可以認為,莫高窟壁畫中的鉛丹顏料,在造窟當初的一段時間內(nèi)就已變色。那時窟內(nèi)濕度較大,主要受山體和地下水的影響。又因為洞窟一般開挖較深,窟中空氣不流通,新開挖的洞窟短時間內(nèi)一定很潮濕。另外,礫巖崖面凹凸不平,制作壁畫地仗時要在崖面上敷約5cm厚的泥層,這又是洞窟小環(huán)境潮濕的因素之一。據(jù)記載,窟前大泉河的水量當年也較現(xiàn)在大得多,洞窟周圍小環(huán)境濕度也較后來大,此段時間壁畫地仗較潮濕,加之,大部分的壁畫地仗上涂刷石灰做白粉層,這樣,壁畫地仗呈堿性。在高濕度、堿性條件下,鉛丹在壁畫繪制好后,很快已變色。以后隨著洞窟小環(huán)境變得干燥,變色的速度大大減緩。這就說明高濕度是鉛丹變色的關(guān)鍵因素,光對鉛丹的變色影響非常小,以很深、很暗的洞窟中,鉛丹嚴重變色也可證明這一點。另外,在潮濕環(huán)境中霉菌繁衍代謝過程中所產(chǎn)生的過氧化氧也可使鉛丹氧化變色。分析證明,敦煌壁畫的顏料為礦物顏料,其褪色的原因有以下幾種,一是由于礦物顏料風化、或失去結(jié)晶水,其彩度和亮度降低;二是摻加在礦物顏料中的有機膠結(jié)材料老化,失去膠結(jié)作用,畫面粉化,顏料微粒掉落、密度降低,影響顏料色彩變淺,漸漸褪色。因此說敦煌壁畫顏料褪色是一種物理變化過程。4.1.2壁畫酥堿、起甲壁畫酥堿、起甲是敦煌壁畫中最嚴重,對壁畫危害最大,也是最難治理的病害。往往壁畫酥堿和起甲是同時發(fā)生,由于地仗酥堿,壁畫粉層、或顏料層與地仗失去粘連作用,使顏料層、或顏料同粉層一起起甲剝離。壁畫起甲除和地仗層酥堿有關(guān)外,還與摻加在顏料層中的有機膠結(jié)劑有關(guān)。莫高窟部分洞窟的壁畫雖然起甲,但地仗并沒有酥堿,這是由于摻加在顏料中的有機膠結(jié)劑過多,顏料層和粉層強度差別大,使顏料層收縮、龜裂、起甲,或者顏料層中有機膠結(jié)劑已老化,與地仗失去膠結(jié)作用,使畫面起甲。如果壁畫只是畫面起甲,地仗不酥堿,這種起甲壁畫的修復我們已經(jīng)解決。60年代修復的這種壁畫,現(xiàn)在仍然穩(wěn)定。但是,酥堿壁畫,主要受地仗和巖體中可溶鹽和水的作用而產(chǎn)生,治理非常困難,已修過的壁畫,過不了幾年,又開始酥堿。近幾年,通過對莫高窟一些洞窟典型酥堿病害的研究,對其酥堿機理有了較深的認識。只有在這樣的基礎(chǔ)上,才能找到壁畫酥堿病害治理的措施和修復材料,以及修復工藝。90年代初,我院與東京國立文化財研究所合作,對莫高窟194窟和53窟的壁畫進行保護研究。53窟位于莫高窟南區(qū)中段的下層的大型洞窟,始建于中唐,五代重修。洞窟四周壁畫下部呈大片狀均勻酥堿。194窟位于莫高窟南區(qū)最上層的小型洞窟,始建于中唐,晚唐重修。洞窟內(nèi)的壁畫上部呈皰疹狀酥堿。首先對兩個洞窟的環(huán)境進行系統(tǒng)、全面的監(jiān)測,在此基礎(chǔ)上研究酥堿機理,其結(jié)論是:壁畫發(fā)生酥堿病害的主要原因是巖體、地仗中的可溶鹽遇水后溶解、移動,最后在洞窟壁畫地仗內(nèi)部富積,并隨洞窟小環(huán)境溫濕度頻繁變化,可溶鹽反復溶解膨脹—結(jié)晶收縮—再溶解-再結(jié)晶。這樣,頻繁循環(huán)活動的過程破壞壁畫的結(jié)構(gòu),最終導致酥堿病害的發(fā)生、發(fā)展,其表現(xiàn)形式和病變程度因不同地區(qū)或不同洞窟而異。水是壁畫產(chǎn)生酥堿病害的關(guān)鍵因素,也是最活躍的因素。防治酥堿病害,首先要控制、治理水。造成莫高窟洞窟壁畫酥堿的可溶鹽是NaCl、Na2SO4,但不同地區(qū)這兩種可溶鹽含量不同,因此,造成壁畫酥堿的形式也不同。如Na2SO4主要作用于壁畫地仗層,NaCl對地仗層的作用較小,但它可直接作用于顏料層,破壞顏料層。這一點在上層小型洞窟中表現(xiàn)尤為突出。由于洞窟的大小,在崖體上不同的位置,洞窟內(nèi)小環(huán)境等的差異,以及巖體和地仗層中可溶鹽的種類、含量不同,造成以上兩種不同的壁畫酥堿。壁畫不同形式的酥堿又造成壁畫大面積脫落,顏料層龜裂、起甲、粉化等幾種形式的病害。(1)壁畫大面積脫落,主要原因是鹽結(jié)晶于洞窟圍巖表層與地仗下層之間,破壞地仗層與巖體表面粘接結(jié)構(gòu)及強度。同時,由于鹽對地仗層的侵蝕,加上水分蒸發(fā)后引起的“干縮”應力,致使地仗層開裂(包括地震因素),在自身重力作用下脫離巖體表層而墜毀,這是影響石窟壁畫保存的嚴重病害之一。莫高窟許多頂部及四壁都發(fā)生了各種病變,它作用的直接結(jié)果使壁畫的地仗層連同顏料層一起剝離巖面,使巖體裸露,因此也是今后治理、防范的重點。(2)地仗層酥堿,由于可溶鹽比較均勻分布于地仗層中,并且這些鹽始終處于溶解、結(jié)晶、再溶解、再結(jié)晶的變化之中,破壞了地仗層內(nèi)部構(gòu)造,造成地仗層同顏料層一起酥松、粉化、脫落。地仗酥堿,使顏料層、或顏料層和粉層與地仗失去粘接作用,使顏料層、或顏料層和粉層一起起甲剝離。(3)顏料層空鼓,在上述地仗層酥堿病害中,由于局部病變的迅速發(fā)展,局部地仗泥粉化、脫落而造成顏料層懸空。(4)壁畫皰疹狀,這是可溶鹽結(jié)晶于顏料層及地仗表層之間,由于結(jié)晶度較好,晶形成長完整,晶形較大。小顆粒結(jié)晶鹽有的將顏料層鼓起,有的將顏料層頂起剝離,形似一顆顆的泡疹。壁畫酥堿是由于巖體中和地仗層中可溶鹽,在環(huán)境中水的作用下產(chǎn)生的,因此要根治酥堿病害,首先要治理環(huán)境中的水。研究查找水的來源,通過一定的工程措施,如裂隙灌漿、帷幕灌漿、做防滲墻、溝,窟頂做防滲層等工程措施,防止水的入滲。適當改善洞窟通風,洞窟放置吸濕劑等。只有把水害治理了,酥堿壁畫的修復是容易解決的。4.3.1敦煌壁畫修復材料篩選從60年代末,我們初選聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇做為敦煌壁畫的修復材料。30多年來,用這種材料修復起甲、酥堿壁畫3000多平方米。所修復的起甲壁畫至今效果良好,但是,凡地仗酥堿的壁畫,有的修復后不久又開始酥堿,有的過了10年、20年、或最近也開始酥堿。90年代初,我們對聚醋酸乙烯乳液和聚乙醇修復敦煌起甲壁畫的效果進行了實驗研究論證。因為有人對聚醋酸乙烯乳液修復敦煌壁畫的效果提出了疑問,但是他們卻忽略了敦煌特殊干燥的環(huán)境條件。因此模擬實驗研究的壁畫試塊應近似敦煌壁畫的實際,也就是地仗材料、膠結(jié)劑和顏料以及結(jié)構(gòu)必須相近。強化老化的環(huán)境條件也應接近洞窟的實際環(huán)境,在這種條件下,選幾種目前公認為好的壁畫修復材料進行對比,其結(jié)果才能真正說明問題。以莫高窟窟前河床澄板土做壁畫試塊,將各種礦物顏料分別與動物膠調(diào)制,繪制壁畫試塊,然后進行老化實驗。(1)熱氧化老化以下圖環(huán)境條件老化1150小時。(2)紫外線照射老化以紫外線強度為300uw/cm2的紫外線,距試66cm的距離,照射老化1000小時。對老化試樣和原始試樣進行分析測試,得出如下結(jié)論。(1)在敦煌特殊干燥的環(huán)境中,聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇是敦煌起甲壁畫較理想的修復材料。實驗充分證明,壁畫加固材料的老化跟其本身的耐老化性能有很大的關(guān)系,而更重要的是取決于材料老化的環(huán)境條件,即壁畫所處的環(huán)境。聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇混合的加固材料,目前在通常自然環(huán)境中并不是優(yōu)良的加固材料,特別在濕度較大的環(huán)境中,其性能就更差。但是在敦煌特別干燥的環(huán)境中,聚醋酸乙烯乳液和聚乙烯醇的耐熱氧化老化和耐紫外線老化性能都較強。在孔隙較大的壁畫上,其水溶液滲透性也比較好。多年來敦煌石窟壁畫修復加固的實際效果證明,聚醋酸乙烯乳液是一種較理想的加固材料。(2)Panaloid是目前文物保護界應用較普遍的一種性能很好的壁畫加固材料,特別在濕度較高的環(huán)境中,它的耐老化性能優(yōu)于聚醋酸乙烯乳液,并且滲透性也好。莫高窟在五年前也做了加固壁畫的現(xiàn)場試驗,對它的加固效果正在進一步地觀察和研究。但是,經(jīng)熱氧化和紫外線老化后,明顯地老化,并且強度降低較大。在進行風化砂巖的加固試驗中,出現(xiàn)了相同情況。加固試樣在溫濕度80℃,RH15%→4℃,RH95%的條件下,以2小時周期變化,老化1400周期后抗壓強度下降較大。這兩個試驗是對Panaloid加固材料在特定環(huán)境條件下,初步老化試驗的結(jié)果,對敦煌壁畫的修復效果須做進一步的實驗研究。4.3.2壁畫修復近四十年來,主要進行了大面積脫落、起甲和酥堿壁畫的修復。其中大面積脫落和起甲壁畫的修復取得了很好的保護效果,使兩種壁畫病害得到有效治理,搶救了一大批瀕危的壁畫(修復大面積脫落、起甲和酥堿壁畫約3000m2),但是,壁畫酥堿病害還沒有得到有效治理,過去修過的酥堿壁畫,現(xiàn)在又相繼開始酥堿。壁畫酥堿是由壁畫地仗中的可溶鹽隨著洞窟中溫濕度頻繁變化,反復溶解膨脹—結(jié)晶收縮。如果不從根本上控制洞窟的環(huán)境條件,即控制可溶鹽的活動,壁畫酥堿病害是無法治愈的。以下介紹起甲壁畫和大面積脫落壁畫修復。(1)起甲壁畫修復修復起甲壁畫的工藝,大致可分為五個步驟A、清除起甲壁畫表面塵土用吸塵器或皮老虎將壁畫表面吹吸干凈,然后用洗耳球?qū)⑵鸺浊似鹨院笠约傲严吨g的塵土吸干凈。對大片撬起,不易用吸耳球的部位,先將撬起邊沿用乳液注射固定貼回,然后用洗耳球?qū)?nèi)部塵土吹干凈。這一工序必須細心,不能在起甲部位遺留塵土,如有塵土,注射后顏料層不能與地仗吻合,用棉球拍壓時很容易將顏料層帶下,而且加固若干年后壁畫仍然起甲。B、注射粘合劑敦煌起甲壁畫修復,多年來一直采用2.5%-3%聚醋酸乙烯乳液,近年來也用丙烯酸乳液。注射粘合劑的部位,一般在壁畫起甲裂口處,但遇到起甲面積比較大時,只靠裂口處注射粘合劑達不到全部滲透起甲壁畫的目的。這時,就需在適當部位新刺針眼,注射粘合劑。注射粘合劑過程中,一方面粘合劑不要流在壁畫表面,另一方面,謹防起甲壁畫脫落。如果遇到壁畫脫落,一定想辦法將它回貼原處。每一部位(約10cm2)注射粘合劑2-3遍。待粘合劑水分被地仗層吸收后,用竹、木或不銹鋼刀,將起甲壁畫壓貼回地仗層。酥堿部位修復時,用醫(yī)用注射針(針管后面接裝吸乳球)將2.5%的乳液注入地仗層,讓其向地仗層滲透。酥堿部位修復工序完成后,再用3%乳液修復起甲顏料層,注射時針頭不能停在表層,應貼進撬起部位的底部。如鼓有小泡,應在不重要部位將針頭直接刺入內(nèi)部注射。一般最少注射兩次才可達到粘接目的。C、用棉球排壓起甲壁畫已注射過粘合劑的壁畫,就要用棉球壓平。棉球是用質(zhì)地細的白綢包脫脂棉綁扎而成,直徑一般以5cm左右為宜。用紗布或粗布紋的布,在排壓過程中,會在壁畫上留下紋印。用塑料布,因不透氣,又太光滑,容易把顏料層吸下來。在排壓壁畫時,要注意棉球的起落方向,最好是從壁畫未裂口處向裂口處輕輕滾動,這樣能將起甲內(nèi)的空氣排出,不會出現(xiàn)氣泡,另一方面,壁畫也不會被壓出皺褶。D、加固后的壁畫表面再噴涂粘合劑這一工序有兩種作用:其一,對壁畫表面修復加固,特別是壁畫未起甲部分。其二,檢查起甲壁畫有無未注射粘合劑的遺漏處,因有些起甲壁畫雖已脫離地仗層,但未起翹,所以,從外表不易發(fā)現(xiàn)。表面噴涂粘合劑后,這種畫面很快出現(xiàn)鼓泡。若發(fā)現(xiàn)這種情況,再按以上B工序進行修復加固。噴涂工具,我們采用的小型空氣壓縮機,噴涂壓力一般是1.5～2個大氣壓。在噴涂過程中只要距離、方向、速度合適,噴涂效果是比較理想的。它的優(yōu)點是工作效率高、噴涂均勻、操作方便等。E、滾壓壁畫表面,當噴涂粘合劑的壁畫表面達到70%的干燥程度后,將白綢(與包棉球材料相同)鋪在壁畫上,用軟膠滾滾壓。滾壓時用力均勻,以防壁畫上出現(xiàn)滾痕或?qū)㈩伭险吃诎拙I上。干燥度不能超過80%,以免粉層干燥而滾壓時脫落。(2)大面積脫落的壁畫修復對大面積脫落壁畫的修復,因病害情況不同,所采用的方法也不相同。如對壁畫邊沿脫離崖壁的修復,采用15%的聚醋醋乙烯乳液與粘土、麥草調(diào)制成泥,填塞到空鼓壁畫的邊沿,將壁畫貼緊,干后再在草泥面上抹一層摻有麻刀的石灰泥(內(nèi)摻少量澄板土使灰層與壁畫色調(diào)一致)。另一種大面積空鼓,但是壁畫四周未脫離崖壁。對這種空鼓壁畫,我們采用粘貼與錨固相結(jié)合的修復辦法,如空鼓面積在一平方米左右,只采用灌漿粘貼。灌漿粘貼工藝如下:A、鉆注漿孔在壁畫的次要部位,從下到上鉆0.5-1.0cm的注漿孔數(shù)個,孔內(nèi)埋入20cm長的膠管,以做注漿。B、支頂壁板按照修復壁畫面積,制作托壁畫的壁板,同時在壁板上留有穿膠管的孔。壁板用棉花和光滑柔性的紙襯面,然后牢固地支頂?shù)奖诋嬌?以防灌漿時滑動。C、注漿用人力壓漿器將漿液由下而上壓入空鼓壁畫內(nèi)部,,當注漿孔之上的孔中流出漿液時,立即將膠管臨時堵塞。再從之上的孔中依次注漿。D、回貼回貼壁畫時,將堵塞的膠管適當放開數(shù)根,以便多余的漿液從膠管溢出,然后用螺桿或千斤頂壓回貼。E、拆除壁板壁畫干燥后,拆除壁板,切割注漿管,然后用與壁畫地仗相同的材料修復注漿孔,使修復后的壁畫與原貌相近。F、若空鼓面積較大,我們采用粘貼和錨固相結(jié)合的方法。為了使修復后的壁畫更加牢固,我們就在壁畫的適當位置,選擇錨固點,在錨固點的崖面上鑿孔,灌漿,埋錨桿。崖孔深30cm,錨桿是ф12鋼筋,長30cm。錨桿頭上按裝厚0.5cm,寬5cm、長25cm的十字形鋼板,將錨桿用水泥砂漿固定,而后再灌漿回貼壁畫(方法同前)。然后用螺帽將十字形鋼板固定在錨桿上,直至使空鼓壁畫貼緊為止。最后將十字形鋼板遮檔的壁畫,照原樣復原在鋼板上。今后,考慮用有機玻璃作十字形固定壁畫,這樣既能起到錨固的作用,又能透過有機玻璃看到壁畫原貌。錨固大面積脫落壁畫的缺點是:(1)在壁畫上打孔(2)十字鋼板遮擋壁畫。但是,施工快,可以做為一種臨時性的搶救方法。如果用灌漿將空鼓壁畫回貼牢固后,也可取下十字鋼板。五、嘴唇保護研究項目從七十年末以來,我院已經(jīng)完成或正在進行的國家科學技術(shù)部、國家自然科學基金委、文化部、國家文物局、甘肅省科委、甘肅省文物局等部門立項的文物保護科研究項目約四十多項,項目內(nèi)容包括:5.1納米環(huán)境的保護與研究敦煌莫高窟崖體和附加構(gòu)筑物抗震穩(wěn)定性研究,莫高窟周邊環(huán)境演變研究,莫高窟地震防災文物保護研究,莫高窟、榆林窟水害研究,莫高窟周邊風沙運動規(guī)律研究,砂礫巖體風化、風蝕機理研究。莫高窟、榆林窟窟區(qū)大環(huán)境、洞窟小環(huán)境的監(jiān)測,莫高窟窟區(qū)環(huán)境、洞窟小環(huán)境質(zhì)量評價,影響壁畫保護的環(huán)境因素及環(huán)境質(zhì)量評價,觀眾對洞窟環(huán)境影響實驗分析。5.2巖體裂隙位移監(jiān)測砂礫巖崖體錨固,砂礫巖石窟巖體裂隙灌漿,砂礫巖崖體防風化、風蝕加固,土遺址加固,薄頂洞窟窟頂加固,敦煌花磚加固,重層甬道整體搬遷,巖體裂隙位移監(jiān)測。莫高窟崖頂風沙危害研究,莫高窟頂風沙運動規(guī)律監(jiān)測研究,莫高窟頂尼綸網(wǎng)柵欄防沙試驗研究,生物固沙試驗以及化學固沙試驗等。5.3關(guān)于敦煌壁畫加固研究5.3.1壁畫顏料分析,壁畫顏料色度監(jiān)測,壁畫顏料中膠結(jié)材料定性分析。5.3.2壁畫各種病害分析測試及機理研究,包括壁畫酥堿、起甲、空鼓、大面積脫落、霉變,煙熏壁畫、壁畫顏料變色、褪色。5.3.3修復材料對壁畫顏料的影響,以及敦煌壁畫中膠結(jié)材料老化研究。參與以上研究工作的單位有,蘭州化工研究院環(huán)境保護研究所,蘭州大學化學系、地質(zhì)系、材料系、生物系和蘭州大學分析測試中心,中國文物研究所、化工部蘭州涂料研究所等單位。以上項目,獲國家及省部級科技進步獎的有7項,其中“敦煌莫高窟起甲壁畫修復技術(shù)”獲文化部1985～1986年度文化科技成果一等獎;“應用PS-加固風化砂巖石雕的研究”獲1988年度文化部科技成果二等獎,又獲1995年國家科技進步二等獎;“砂礫巖石窟巖體裂隙灌漿研究”獲1995年度國家文物局文物保護科技進步二等獎,又獲1997年度國家發(fā)明四等獎;“古代土建筑遺址的保護加固研究”獲1999年度國家文物局文物保護科技進步二等獎;“一種硅酸鹽加固用灌漿材料”1996年獲國家發(fā)明專利。六、促進了敦煌文物事業(yè)的發(fā)展從80年代初開始,在敦煌石窟文物的保護中,我院積極開展了國內(nèi)外的合作研究,這樣引進先進的文物保護技術(shù)與設(shè)備,培養(yǎng)了一大批文物保護科技人材,大大促進了敦煌文物保護事業(yè)的發(fā)展。6.1敦煌壁畫計算機存貯與管理系統(tǒng)的研究1979～1981年,我院與化工部蘭州涂料系合作,進行了“敦煌莫高窟壁畫、泥塑用彩色顏料的剖析研究”科研項目。本研究利用X射線衍射和X射線熒光分析法,對敦煌莫高窟十一個朝代的44個洞窟中的紅、蘭、綠、白及棕黑等293個顏料試樣進行了分析。這是首次利用先進的分析手段,對莫高窟各個不同時代的壁畫、彩塑顏料的全面、系統(tǒng)的分析?；旧细闱辶四呖吒鱾€時代的紅、蘭、綠、白及棕黑顏料的種類,這對敦煌壁畫、彩塑的保護奠定了基礎(chǔ)。1986～1990年,我院與蘭州化工研究院環(huán)境保護研究所合作,完成了“莫高窟環(huán)境質(zhì)量評價及文物保護措施的研究”和“敦煌莫高窟大氣環(huán)境質(zhì)量及壁畫保護”(包括敦煌石窟文物紫外線的監(jiān)測和防護)課題的研究。經(jīng)過環(huán)境監(jiān)測與大量在洞窟內(nèi)和窟前大氣采樣分析測試,以及模擬實驗,第一次較科學、系統(tǒng)的對莫高窟洞窟環(huán)境和窟區(qū)大環(huán)境做出了質(zhì)量評價,同時也監(jiān)測了紫外線對壁畫顏料的影響,并提出了防護措施。1990～1993年,我院與蘭州大學地質(zhì)系合作,完成了“敦煌莫高窟崖體及附加構(gòu)筑物抗震穩(wěn)定性研究”。1992～1994同時與國家地震局蘭州地震研究所合作,進行了“敦煌莫高窟地震防災文物保護研究”,這兩個課題在無先例可循的情況下,經(jīng)過大量的現(xiàn)場調(diào)查及現(xiàn)場測試,以及大量現(xiàn)場取樣和室內(nèi)試驗工作,獲得了豐富翔實的資料,給出了洞窟所在地層的結(jié)構(gòu)特征.巖石的物理力學性質(zhì),以及加固工程構(gòu)筑物的運行狀況。在此基礎(chǔ)上,采用三種地震列度,八種荷載組合及有限元法計算了崖體及附加構(gòu)筑物抗震穩(wěn)定性,并進行了綜合性評價,同時還對抗震穩(wěn)定性差的區(qū)段的加固提出了有價值的建議,這對莫高窟的加固及文物保護具有十分重要的意義。1993～1995年,我院與中科院蘭州冰川凍土研究所合作,完成了甘肅省“八、五”重大攻關(guān)項目,“敦煌壁畫的計算機存貯與管理系統(tǒng)的研究”。采用近景攝影測量技術(shù)獲取高質(zhì)量、高精度的攝影反轉(zhuǎn)片,以數(shù)字掃描方法得到壁畫的數(shù)字圖象,經(jīng)過幾何糾正和色彩還原等圖象處理,得到高保真度的數(shù)字圖象。同時輔助以各類文字說明和相關(guān)的文物檔案資料,建立敦煌壁畫高保真圖象信息系統(tǒng)。這樣使精美、珍貴的敦煌壁畫資料得到高保真的、永久的保存,為敦煌文物的保護研究、考古研究、藝術(shù)研究提供精美翔實的資料。1996～2000年,我院與中科院蘭州冰川凍土研究所、長春精密光學機械研究所、北京計算機研究所合作,正進行國家“九、五”重點科技攻關(guān)項目《瀕危珍貴文物信息的計算機存貯與再現(xiàn)系統(tǒng)》和《曙光天演PowerPC工作站在文物保護中的應用》。本課題是在已完成的“敦煌壁畫的計算機存貯與管理系統(tǒng)研究”課題的基礎(chǔ)上,進一步提高近景攝影測量、幾何糾正和色彩還原等方面的精度,并制做一批洞窟,為建立圖像處理站打好基礎(chǔ),逐步實施對敦煌壁畫的計算機存貯與管理。1996～2001年,我院與淅江大學人工智能研究所合作,進行國家自然科學基金委的《多媒體與智能技術(shù)集成及藝術(shù)復原》項目。本研究課題的目的是建立敦煌石窟虛擬漫游系統(tǒng),為敦煌學(包括考古、文獻、藝術(shù)等)研究和旅游服務。6.2壁畫修復和地實踐1989～2002年,我院與美國Getty(蓋蒂)保護研究所合作,完成了和正在進行如下合作保護研究工作:6.2.1莫高窟窟區(qū)環(huán)境監(jiān)測及環(huán)境質(zhì)量評價6.2.2莫高窟洞窟環(huán)境監(jiān)測及其質(zhì)量評價6.2.3莫高窟周邊風沙運動規(guī)律監(jiān)測及流沙治理研究(包括機械防沙——防沙障,生物治沙、化學固沙)6.2.4莫高窟壁畫顏料色度監(jiān)測6.2.5巖體裂隙位移監(jiān)測6.2.6莫高窟第85窟壁畫保護修復莫高窟第85窟是莫高南區(qū)中段下層的大型洞窟,窟內(nèi)壁畫地仗嚴重酥堿,顏料層起甲,尤其西壁、北壁西側(cè)和南壁西側(cè)特別嚴重。該窟起甲壁畫在25年前進行過修復,但修復不久壁畫地仗又開始酥堿,顏料層也隨之起甲。85窟的壁畫酥堿、起甲病害發(fā)展非常快,是莫高窟壁畫嚴重酥堿、起甲的典型代表,因此我院與美國Getty保護研究所合作、研究保護85窟的酥堿起甲壁畫,這對解決敦煌酥堿壁畫難題具有重要指導意義。85窟壁畫保護修復,以文化價值(歷史、藝術(shù)、文學)——環(huán)境監(jiān)測——保存現(xiàn)狀調(diào)查(文字、照片、繪圖)——病害分析研究(包括顏料色度監(jiān)測,顏料、酥堿地仗及巖壁分析測試,降塵監(jiān)測)——修復實施方案制訂(包括適當?shù)墓こ檀胧?、修復材料及工藝實?——修復實施及總結(jié)等程序進行。6.2.71990～2002年,我院與日本東京國立文化財研究所合作,開展對莫高窟194窟和53窟壁畫的保護研究。53窟位于莫高窟南區(qū)中段的下層大型洞窟,洞窟四周壁畫從地面到1.5米高處嚴重酥堿,特點是大片狀均勻酥堿。194窟位于莫高窟南區(qū)最上層的小型洞窟,南北西壁壁畫離地面2米以上部位和四披壁畫嚴重酥堿,呈皰疹狀。這兩種酥堿壁畫治理非常困難,因此,194窟和53窟壁畫修復和85窟壁畫修復具有同樣重要的意義。其工作程序為:歷史、藝術(shù)價值評估——環(huán)境監(jiān)測——保存現(xiàn)狀調(diào)查(文字記錄、照片、計算機圖像處理、測繪)——病害分析研究(包括顏料色度監(jiān)測,顏料、地仗、膠結(jié)物、巖體等分析測試,窟內(nèi)蒸發(fā)量測試、降塵監(jiān)測等)——修復實施方案制定(修復材料及工藝篩選實驗)——修復實施及總結(jié)等程序進行。七、壁畫、雕塑的保存管理我院的文物檔案包括:石窟檔案、工程檔案和保護科技檔案。從七十年初開始,我院著手進行建立石窟檔案。每一個洞窟專設(shè)一個案卷,內(nèi)容包括洞窟原建時代、重建時代、石窟型制、窟內(nèi)壁畫和塑像內(nèi)容(含文字和照片記錄)。針對壁畫、塑像的保存現(xiàn)狀,每年正常檢查兩次洞窟,記錄病害狀況。若遇大風雨或地震,立即檢查壁畫塑像狀況,記入檔案。九十年代初,對十多個代表性洞窟的壁畫和塑像制作資料性的錄像帶。目前進行國家“九、五”重大攻關(guān)項目《敦煌壁畫的計算機存貯與管理系統(tǒng)》的研究,應用現(xiàn)代近景測量技術(shù)和計算機技術(shù),建立一套完整的、先進的、可操作的壁畫計算機存貯管理系統(tǒng),對敦煌壁畫數(shù)字化進行高精度(包括顏色和幾何圖形)、永久性保存。正編制莫高窟保護檔案的計算機管理系統(tǒng),包括:(1)石窟檔案(2)工程檔案(3)保護科學檔案(4)照片管理(5)數(shù)據(jù)維護。八、任務8.1崖體及水害因素工程地質(zhì)環(huán)境是石窟遺址文物保護的基礎(chǔ),經(jīng)過大量的現(xiàn)場調(diào)查,并結(jié)合室內(nèi)的試驗研究、評價。洞窟所處巖體的穩(wěn)定性,是石窟實施加固方案和進行施工設(shè)計的科學依據(jù)。如果崖體不穩(wěn)定,若遇到地震等災害,洞窟就有被毀的可能,這就談不到壁畫、塑像等文物的保護,因此,崖體的穩(wěn)定,是石窟文物保存的根本。另外,工程地質(zhì)與環(huán)境諸因素是壁畫、塑像產(chǎn)生各種病害的主要影響因素,特別是水害。不論是我國南方的石窟,還是西北絲綢之路上、處于干燥沙漠覆地的石窟,水都是對石窟文物危害最大、且難以治理的病害根源,如壁畫酥堿,水是最主要的影響因素。因此,敦煌石窟的保護,今后對石窟工程地質(zhì)的調(diào)查研究和環(huán)境的進一步監(jiān)測分析(包括洞窟、窟區(qū)小環(huán)境及周邊大環(huán)境)是敦煌石窟保護工作的重點。8.2化學固沙與沙體系的綜合治沙試驗研究風沙和荒漠化日益對敦煌石窟保護構(gòu)成越來越嚴重的威脅。近十多年來通過機械(防沙障)治沙、生物固沙和化學固沙的綜合治沙試驗研究,已經(jīng)取得明顯成效。今后,一方面繼續(xù)開展本區(qū)風沙運動規(guī)律及其防治試驗的進一步研究,另一方面對研究成果抓緊實施,盡快建立一個由工程、生物、化學固沙相結(jié)合,阻、固、輸、導為一體的綜合防護體系,從根本上消除風沙活動對莫高窟的危害。8.3上分層開采,未充分利用雨水莫高窟的巖體正遭受日趨嚴重的風化、風蝕和雨蝕,結(jié)果使上層洞窟窟頂變薄,加之雨水沖刷,巖體上部產(chǎn)生裂隙和危巖,這是洞窟不穩(wěn)定的重要因素。一旦遇大雨,總有部分上層洞窟入滲雨水,對石窟內(nèi)壁畫和塑像造成很大破壞。因此,巖體防風化、風蝕、雨蝕和薄頂洞窟窟頂加固,應盡快實施。8.4敦煌壁畫研究的基礎(chǔ)資料敦煌壁畫顏料及地仗材料數(shù)據(jù)庫是壁畫、彩塑保護研究的基礎(chǔ)資料,也對敦煌壁畫藝術(shù)研究具有重要意義。此項工作已著手進行,今后應加大力度和投