科技考古｜崔剑锋 等：天龙山石窟回归佛首科技价值认知研究

      天龙山石窟被盗佛首回归是我国政府追索历史上被盗和非法出境文物的一件大事，彰显了党和国家保护文物、弘扬传统文化的信心和决心。为了对回归佛首的历史文化价值有更明确的认识，从而更好的发掘其历史价值、提升其学术意义、为后期保护工作提供基础资料，在国家文物局的安排下，北京大学考古文博学院与中国文化遗产研究院、首都博物馆等单位合作，对佛首开展了系统的科技分析。

2.1  图像对比法

      ① 使用图像处理软件将佛首照片与1922年《天龙山石窟》中第8窟佛像图版照片进行详细对比（原书高清扫描图片由国家文物局提供）。从图像痕迹学对比的角度，试图寻找佛首和原始照片之间的异同；② 中国文化遗产研究院的学者通过激光激发指示器，检测是否有有机粘合剂的荧光效应，从而证明是否有后期修补的证据，寻找修复补配的证据。

      佛首高清照片由首都博物馆罗征研究员拍摄完成；显微观察、便携式激光指示器拍照和X射线荧光光谱仪分析由中国文化遗产研究院文物保护修复所李黎研究员团队完成。

2. 2  成分分析法

      ① 中国文化遗产研究院使用美国Thermo-Niton XL3t 950型便携式XRF，测试了在佛首不同部位的元素信息，用以判断佛首各部位元素差异；② 北京大学考古文博学院采用SEM-EDS（电子扫描显微镜）对佛首螺髻部位获得的微量疑似颜料颗粒进行观察。

3.1  图像对比

      1922年，田中俊逸和外村太治郎出版了《天龙山石窟》，留下了天龙山石窟第8窟佛像珍贵的影像资料。通过与旧照片的对比研究，能够最大程度上确认这尊佛首的真实性，并且帮助研究者认识它被盗取之后发生的变化。

3.1.1  对应特征分析

     拍摄与旧图像角度几乎相同的照片，在照片表面绘制辅助线以便于观察。根据辅助线，可以发现回归佛首整体形貌、五官位置、相对尺寸及相对比例与老照片完全相近（图1）。一些细部特征具有高度的一致性。以下几个特征也体现出了高度一致性：首先，A（A’）点黑斑（应为额头部一黑色砂砾）在额头的位置能与原图完美的对应；B（B’）处右脸颊处三角状风化痕迹形状与老照片的形状完全一致；C（C’）处耳垂和脸颊连接处有一破损痕迹，其所处位置和破损形状回归佛首和老照片所显示的形貌也一模一样。

 从这几处微痕观察，基本可以确定回归佛首就是天龙山石窟第8窟被盗掘的北面佛首。

      回归佛首与旧照片也存在一些差异。首先，可能是由于照片拍摄角度仍未与当年完全一致，或是不同相机在成像时由于焦距选择、曝光时间等不同，导致成像畸变。此外，回归佛首与原始照片有一些细节也存在差异：① 佛首顶部有一大颗粒的黑色砂砾，但旧照片无法观察到；② 同时老照片虽然为黑白照片，但是额头和右耳上廓和耳垂等处和整体颜色明显不一致，而回归佛首则通体为砂岩制品，经过图像黑白处理后仍没有明显的差别；③ 最明显的差异是回归佛首没有眼珠，但1922年照片中，双眼眼珠十分明显。

      经过仔细分析以及对佛首表面的成分检测结果，可以发现实际上佛首顶部、耳垂、额头及鼻部应有颜料残留。认真观察原始照片，发现佛首顶部实际比脸部颜色深许多，可以推断顶部原来应覆盖颜料层，而颜料层将佛首顶部的黑色砂砾给覆盖了，所以老照片上无法显示出黑色砂砾。耳部以及额头的颜色差异也应是由原先涂抹颜料而现在颜料剥落引起的。特别是佛首目前看不到眼珠，而通常来说，佛首的颜料不会因为自然风化而剥落殆尽，尤其是盗掘到日本后由私人收藏，应该更加爱护。我们认为，形成这种情况的最主要原因是人为将颜料全部打磨干净所致。推测是在当时盗掘之后，为避免被发现是出自天龙山石窟，当时即将表面颜料清除干净，改头换面才能出境。

3.2  成分分析

      中国文化遗产研究院的学者们通过现场显微观察，发现在佛首发髻有部分红色颜料残留，显微照片如图2。

      使用便携式XRF对不同部位进行分析，也可以发现佛首有几处部位的Pb（铅）含量显著偏高，主要集中于佛首顶部红色颜料残留部位，以及鼻子上部和右耳垂根部，见图3。

       使用多元分析中的主成分分析（PCA）对以上数据进行了统计分析（表1），绘制散点图，如图4。

       图4中可以看出，佛首正面除了风化处和鼻尖修补处以外，所有分析点聚在一起，而佛首背面的点和正面风化处的点聚合在一起，修补的点远离佛首。分析结果表明，佛首正面和佛首本体有一定的元素差异，而修补处显然和正面、背面都不同，使用了不同的颜料。

       为了研究正面和背面究竟有哪些元素存在差异，又做了元素散点图，选择微量元素P、Pb和Sr，见图5。

      从图5左、右中可以看出，正面和背面的P、Pb、Sr含量显著不同。特别是P和Pb。正面和背面含量显著不同，正面两种元素的含量显著偏高，表明这两种元素很可能是人为加入的。从古代的情况来看，最可能引入这两种元素的原因就是表面进行了彩绘处理。

      为进一步验证，对观察到有红色残留的3#、4#点取微量样品，在扫描电镜下进行观察（图6），并使用外接能谱进行分析，结果见表2。从分析结果观察到十分明显的氧化铅颗粒（图6中白亮点及标注1和2的区域），这说明佛首的确是使用了红色含铅颜料。

      由于一般情况下，除了铅矿石不可能有岩石含铅，因此铅最可能是人为添加，而石窟造像通常应来自彩绘颜料。由于铅的氧化物和碳酸盐可以有红、黄、白甚至黑等多种颜色，因此随着炼丹术的兴起，从东汉末期开始，含铅的颜料特别是铅丹、黄丹开始应用于佛教石窟寺的壁画、彩绘佛像当中，到了南北朝隋唐后进入鼎盛时期，铅丹由于比铁红色泽艳丽，而比朱砂的价格又相对便宜，因此被一些高规格的石窟、壁画、彩塑、陶俑等广泛应用。从1922年拍摄的照片看，当时的佛首乃至佛身都使用彩绘。虽然只检测到铅一种元素含量异常，但是由于铅可以形成彩绘所需的几乎全部色彩，因此可能佛首的不同颜色都有铅的氧化物参与。

      在做图像分析时，我们曾发现，1922年日本学者拍摄的照片，佛像正面特别是佛首仍旧残留大面积彩绘，佛头面部和三角形风化后的岩石本体色彩不同，特别是佛头顶部、额头、耳部等都可以看出使用了不同色彩的颜料。

      虽然回归佛首表面几乎看不到有颜料彩绘的痕迹，但上述分析结果表明佛首正面的Pb、P、Sr等微量元素的异常，暗示了其表面原有含铅的颜料，应该是后期被大量清理所致。

      需要指出的是，佛头表面还残留有大量的黄色粉末状物质，经过中国文化遗产研究院的学者分析，可能是黄土类物质，但由于他们只做了结构分析，而没有做元素分析，目前尚不能否定这类黄土物质也是颜料的可能性。

      经过多元统计分析佛首鼻子处无论是主要元素和微量元素，都和佛首本体的正面或者正面不同，这说明其并非原配。无论从实物观察，还是中国文化遗产研究院的学者使用激光荧光指示器观察，都可以发现鼻子经过了修补（图7）。但有意思的是，鼻尖部位也检测出了高的P和Pb的残留，这一点说明鼻子部位修补所用材料很可能也不是新的，而是使用了和佛首时代相近的中国石窟寺特别是天龙山石窟其他类似佛造像的鼻子部位作为修补材料，这样其工艺、材质才能和本身完全匹配，肉眼很难分辨差别。

3.3  佛首与佛身的成分比较结果

      为了研究佛首与佛身的同源性，我们采用便携式 XRF 分别分析了佛首和佛身的微量元素，分析元素种类包括Zr、Sr、Rb、Zn、Mn、Ti、Fe、Ca、K等9种，对于以SiO2为主要氧化物的砂岩来说这些都为微量元素，但Fe、Ca、K的含量会受到风化、雨水侵蚀等影响而发生较大变化，但其他6种微量元素被改变的几率则非常小。对于溯源研究而言，微量元素的分析具有无法改变的特性。如果分析样品的微量元素分配趋势相同、含量接近，足可说明其来源相同。

      我们赴天龙山石窟第8窟，使用便携 XRF 对佛身（图8）进行了元素分析，同时又分析了佛首不同部位的成分。其中佛身共分析5处不同部位，而佛首共额分析了6处不同部位的成分（图9），表3是此次分析结果。

      为了比较的方便，我们对佛首和佛身的微量元素求平均值，进行比较分析。图10是比较结果图。可以看出，佛身和佛首7种微量元素的分布趋势完全一致，这种情况表明二者的产地应该是相近的。再从绝对含量上评估，二者在分析误差范围内几乎完全相同。微量元素的结果表明，佛首和佛身应是同一砂岩。

      需要指出的是，佛首比佛身表面普遍检出了更高含量的Ca和S（图9）。

      根据上述分析，可以较为肯定的认为回归佛首就是从天龙山石窟被盗掘出境的第8窟北面的佛首。原因如下：

（1）图像对比可以看出，回归佛首表面特征许多细节都和1922年拍摄的北面佛首照片完全一致，包括脸部风化三角形、额头黑色砂砾、耳垂和脖子连接处的裂隙走向等。若非是原件，这么多细节特征绝不可能匹配的严丝无缝。

（2）经过成分分析、显微结构观察等科技分析，可以发现佛首正面大部分位置都有Pb、P等微量元素残留，这表明佛首正面原本覆盖颜料层，应该是后期经过了人为清理，使得无法观察到，这也大幅改变了佛首的原貌，从而使得与原始照片有很多无法对应之处。

（3）佛首鼻子是后期补配的，但是经过分析，发现鼻子的部位并没有使用新材料，而很可能使用了同一时期、同一地点的相同石材作为补配材料。

（4）佛首和第8窟北面佛身的微量元素几乎完全一致，说明佛首和佛身应来自同一岩体。