曇石山遺址出土骨質文物儲存的現狀及建議論文
曇石山遺址出土骨質文物儲存的現狀及建議論文
骨質文物作為考古發掘出土文物中的重要型別，是研究人類和自然界發展歷史的重要實物依據，在人類學、歷史學、考古學和民族學等學術研究中起著重要作用，具有極高的研究價值。然而，對於骨質文物的保護目前國內外還沒有一種較為成熟安全的方法，也尚未找出一種能夠起到長久保護效果的合適材料，骨質文物的保護現狀令人堪憂。曇石山遺址尚儲存有 1996 年第八次考古發掘出土的 18 座墓葬，其中近 10 座墓葬中的人骨遺骸和一具殉狗遺骸儲存尚好。這在氣候潮溼、土壤偏酸性的我國南方地區實屬少見。因而作為考古遺蹟現象留待現場展示。這些骨骼遺骸出土至今已經過去了十多年，期間也經過多次保護處理，但由於一直都是就地原貌展示，如此長時間地暴露在空氣中，加上當地氣候潮溼，土壤偏酸性，各種病害、黴菌滋生，致使一些骨骼密度不斷降低，質地和外觀已大不如前。為了有效並最大限度地持久保護這些骨質文物，2007 年，隨著曇石山遺址博物館遺址廳 （ 即骨質文物所在現場 ） 的改建，我們在制定遺址本體保護總體方案中，尤其對骨質文物的保護也進行新一輪的試驗，效果較前期保護則是進了一大步。
一、骨質文物的儲存現狀分析
1. 主要病害
因久埋於地下，長期受地下水、泥土等侵害腐蝕，加上這些骨骸自發掘出土至今一直都是就地露天展示，隨著空氣汙染、微生物侵害、鹽分的溶解和結晶等各種外界不利因素的影響，近年來，曇石山遺址出土的人類及動物骨骼遺骸等骨質文物相繼出現了不同種類和不同程度的病害。其中，主要存在骨骼斷裂或原有裂隙加寬、風化、酥解、黴變等病害現象，有些骨骼僅剩下外表皮，有些雖然仍保持有完整的外形，但骨骼內部的有機質成分已流失殆盡，只剩下疏鬆多孔的無機鹽，質地已十分脆弱，甚至已瀕臨泥化疏解狀態。
經現場勘察確認，曇石山遺址現存人骨遺骸19 具（含 1 座夫妻合葬墓）及殉狗 1 具，其中儲存較好的有 9 具（含 1 具狗骨）、殘缺較多的 6 具、嚴重風化的 2 具、幾乎完全泥化的 3 具。這些骨質疏鬆、黴變、風化等病害的存在對遺址內骨質文物的長期儲存構成了嚴重威脅，將直接導致文物歷史資訊的破壞和丟失，亟待進行搶險性保護處理。
2. 骨骼成分分析
骨骼一般是由無機成分和有機成分構成，無機成分主要是磷酸鈣，其次是一些碳酸鹽和氟化物，而有機成分則主要是一些蛋白質和油脂類物質。
其中，磷酸鈣作為骨體的主要成分，組成了極其複雜的骨質結構，具有很好的抗裂、抗壓和抗折效能。透過對曇石山遺址現場提取到的兩段儲存相對較好的人骨微量骨樣進行 X- 射線衍射（XRD）分析 , 其骨體分析產物均為無機羥基磷灰石且骨體內無有機質膠原。再透過 X- 熒光分析儀對兩段骨樣進行元素分析，同時將其與新鮮豬骨骨樣進行對比分析，由此可初步判斷出曇石山遺址出土骨質文物骨體內有機質成分的組成及儲存現狀，從而為後續的進一步保護提供科學資料。從骨樣的骨質組成元素分析（XRF）結果來看，一方面，曇石山遺址出土骨質文物骨體內的有機質元素含量均較低；另一方面，N 元素的含量一般近似代表有機物質的含量，元素分析結果顯示兩段骨體與新鮮豬骨體的 N 元素含量分別為 1.338%、1.289%和 3.665%,差值高達 70% 以上，因 N 元素在骨質文物中一般是以氨基酸的形式存在於有機物質中，這表明，曇石山遺址出土的骨質文物在經歷了長期風化之後，目前其骨體內的有機物質幾乎已流失殆盡。
3. 病害發生的原因
一般而言，骨質文物因受自身的組成和性質、埋藏條件、外部環境溫溼度、水分、微環境酸鹼性、土壤可溶性鹽、風蝕、空氣汙染、黴菌、降塵、震動、動植物等因素影響，都可能導致各種病害的產生，引起骨質降解和腐蝕破壞。就曇石山遺址出土骨質文物而言，因其自 1996 年發掘出土至今，已現場露天展示十多年，期間雖有過幾次保護經歷，但基本都是簡單和臨時性的區域性處理，效果也都不甚理想。而在此過程中這些骨質文物的儲存環境也經歷了較大變化，因其儲存微環境的前後變化最終導致了骨質文物本體病害的發生。經綜合研究分析，這其中最主要的原因有地下水的作用、溫溼度的變化、微生物的'破壞以及土壤成分的影響等。
二、現場保護試驗方法
由於曇石山遺址出土的人體及動物骨骼遺骸在地下埋藏時間太久，整體風化十分嚴重，保護難度極大，所以根據文物保護準則，基於對這些骨質文物的組成成分和導致其腐蝕破壞原因充分了解的前提下，並參考國內外同類文物的保護方法，經過多次保護性試驗研究，最終確定和篩選出了相對較為適合於曇石山遺址出土骨質文物現場保護的基本工藝流程。具體如下：
1. 表面清洗處理
首先用塑膠薄片或軟毛刷等工具清理骨骼表面和側面的泥土，用軟毛刷清除骨骼表面的浮塵，然後再以小功率吸塵器吸出位於骨骼之間空隙及裂縫內的塵土，最後則用棉球或毛筆、小棉籤等蘸少量的去離子水，最大程度地將骨骼表面的雜質及髒物擦拭乾淨，同時要注意操作中應避免損傷脆弱構件。
2. 消毒及防黴殺菌初步清理完骨骼表面的灰塵之後，再用酒精或丙酮溶液去除遺留在骨骼上的頑固汙跡或黴斑。
接下來，採用高溫蒸汽法進行防黴殺菌，然後再噴灑防黴殺菌劑。這時，要注意根據遺址內不同骨骼個體的骨質特點和儲存狀況，選用不同濃度的水溶性、環保並可降解型防黴殺菌劑或溶劑型防黴殺菌劑。
3. 脫水定型
對部分潮溼的文物骨體進行脫水處理，目的是使骨骼不再崩裂、翹曲變形或酥解。具體操作方法是，先用 95% 的乙醇溶液清洗骨體表面至無氣泡產生後，接著用無水乙醇進行清洗，使其進行醇水替換，最後再用丙酮溶液進行清洗，替換出乙醇後，將脫水好的骨骼現場靜置進行自然乾燥處理。
4. 風化加固
整個骨質文物保護修復工藝流程中最重要的一環就是風化加固。長期以來，各種天然和合成的有機高分子材料經常被用於骨質文物的加固保護，而究竟採取何種加固材料要根據實際情況而定，但都必須遵循以下一些原則：不影響文物的外觀；儘可能不發生化學反應；材料固化後具有適當的硬度、良好的耐老化性和可逆性；材料本身既可以消除影響文物壽命的病變，又能防止或延緩各種有害因素對文物的損害等。目前，可用於骨質文物加固保護的材料主要有：天然樹脂、硝基清漆、聚乙二醇、丙烯酸樹脂及其乳液、丙烯酸膠體的分散體系、纖維素醚、聚醋酸乙烯酯及其乳液、聚乙烯醇縮丁醛、有機矽、雜化複合材料等。
其中，天然樹脂和硝基清漆雖乾燥快、堅硬耐磨，但由於附著力、耐酸鹼效能較低，加固效能不好、本身帶有顏色等原因，很早已不再使用。聚乙二醇則易在高溼環境下表面聚集而粘附灰塵不宜作為加固材料。丙烯酸類加固劑常溫乾燥、附著力強、透明性好，但部分老化後會產生酸性基團，促進骨質文物腐蝕，且在紫外光下易老化。纖維素醚雖有好的耐老化性，但其耐水性很差。聚醋酸乙烯酯在耐老化性、可逆性和耐水性方面不足。
聚乙烯醇縮丁醛耐老化性較差，用於現場臨時加固效果尚可，但易產生白色薄膜，且滲透性差。有機矽材料對骨質文物進行保溼、隔氧、防黴變封存，效果良好，基本可以實現臨時保護的目的，但封存幾年後，會出現不同程度的顏色變化，同時材料內部會有其它物質滲出，且材料價格昂貴、保護費用較高。
曇石山遺址出土的人類及動物骨骼有些僅剩外表皮，有些雖然還保持有完整的外形，但質地已十分脆弱，甚至已瀕臨泥化狀態；並且由於這些骨骼遺骸出土後長期暴露在空氣中，隨著外界環境中不利因素的影響，有些已出現區域性斷裂或原有裂隙加寬、黴變、酥粉、剝落等不同種類和不同程度的病害現象。為此，我們專門選取了編號為 M105 墓葬中的一段人骨做現場試驗，採用滲透效果較好的三種保護液，即有機矽改性矽丙乳 液 BYG1008、 有 機 矽 氟 BYB1001 及 有 機 氟BYJ1003 保護液來做骨骼加固保護實驗。
（1）試驗方法及操作步驟
①清潔表面
先將選定骨骼的試驗點分為三個區域，在劃分的區域內分別用棉籤將骨骼表面清掃乾淨，去除表面浮塵及髒物。
②骨骼加固
由於骨骼都有外表皮，滲透難度較高，所以採用低濃度 3% 的 BYG1008、3% 的 BYB1001 及 3%的 BYJ1003 多次加固骨骼，每次用棉籤塗刷 3 ~ 4遍，待骨骼表面不再吸收為準，共塗刷 3 次。
③養護塗刷完加固劑後要保養 24 小時，待加固劑完全反應，且自然乾燥後再觀察其色差、加固強度及防水效果。
（2）試驗結論
①採用以上三種保護液對骨體進行加固保護時，各加固劑的滲透效能均較好。
②待不同保護液加固後的骨體自然乾燥後，經 觀 察 分 析 可 以 看 出： 有 機 矽 改 性 矽 丙 乳 液BYG1008 和有機矽氟 BYB1001 加固過的骨骼表面無色差，無玄光，而有機氟 BYJ1003 保護液加固過的骨骼表面則出現明顯發白，且稍有亮光。
同時，在外觀和質感上，有機矽改性矽丙乳液加固過的骨骼無明顯變化，而有機矽氟加固過的骨骼則略有降低。
因此，根據現場骨骼加固保護試驗結果，最後選用有機矽改性矽丙乳液加固劑 BYG1008 對曇石山遺址內的骨質文物進行滴注滲透加固。加固劑的施工濃度由低至高，同時，在施工過程中密切觀察骨骼表面的色澤、硬度等實時變化情況，並隨時調整加固劑的濃度及滴注速度，以達到充分滲透的目的。具體操作方法為：先在骨體表面滴注加固劑，操作完成後，再透過裂縫向骨體內部的空腔灌注加固劑，以此增加骨骼的整體強度。
最後，再將骨骼表面殘留的多餘加固劑用無水乙醇清洗乾淨，並用多層保鮮膜包裹在骨體表面，使加固劑在骨體內部充分作用，防止水分散失，養護 48 小時。
5. 殘損修復
在曇石山遺址現場，因部分骨質文物已發生嚴重損壞或殘缺，對於這部分骨質文物的保護應首先進行殘損修復和加固處理，恢復其原本面貌。
加固處理後，要根據骨骼的斷裂、殘缺程度進行粘接、修補，補配的部位原則上不進行著色處理。
在修復材料的選取上，透過對丙烯酸樹脂 + 羥基磷酸鈣、聚氨酯 + 骨粉、環氧樹脂 + 骨粉三種預選材料的綜合性能（強度、色差、耐鹽性、耐鹼性、抗凍融效能）進行比較試驗，結果表明丙烯酸樹脂 + 羥基磷酸鈣的修復效果良好。所以，最後決定採用“丙烯酸樹脂 + 羥基磷酸鈣”的複合修補材料對曇石山遺址出土骨質文物進行殘損修復。
6. 固位粘接
對遺址區部分較為分散的骨質文物，為使其能夠保持原有的形狀和位置，避免移位或構件損失，故採用可逆性的粘接修補材料對其進行固位粘接。
其中，粘接材料的主要成分包括遺址內原始土壤的粉碎顆粒、熟石灰、糯米粉以及碳酸鈉等。同時，為提高粘接效能，粘接前要預先進行乾粉預混，待現場加水後高速攪拌調配。在進行固位粘接施工時，要先潤溼鬆動骨質文物的待粘接表面，然後將粘接所用的修復砂漿塗覆至潤溼表面，再稍用力按壓即可，且粘接後養護時間不少於 24 小時。
7. 防黴處理及表面封護
待上述保護修復工藝流程全部完成後，再對骨體表面噴灑防黴殺菌劑，進行全面殺菌消毒。
由於骨骼暴露在自然環境中，經過保護修復和殺菌消毒後，外界的各種黴菌、風化等病害因素仍舊不可避免的繼續存在，因此，為提高骨質文物的抗風化能力，就需要對其表面進行封護處理，以防止各種病害再次侵蝕。在封護材料的選擇上，透過對 B72（丙烯酸甲酯 - 甲基丙烯酸乙酯共聚物）、有機矽氟封護材料和微晶蠟封護材料等三種預選封護材料的綜合性能（疏水效能、色差、耐鹽性、耐鹼性、抗凍融效能）比較試驗，結果表明有機矽氟封護材料整體抗風化效能良好。所以，根據現場試驗研究結果，最後決定採用有機矽氟作為曇石山遺址出土骨質文物的表面封護材料，並以刷塗工藝進行施工。對加固修復過的骨質文物最後塗刷有機矽氟封護材料保護劑，前後共需塗刷兩邊，待第一遍幹後再塗刷第二遍，以此提高骨質文物的整體抗風化能力，防止各種病害再次侵蝕。
三、小結與建議
經過一系列的前期對比試驗，結果表明有機矽改性矽丙乳液 BYG1008 作為加固劑材料、丙烯酸樹脂 + 羥基磷酸鈣作為修復材料、有機矽氟作為封護材料等基本適用於福建曇石山遺址出土人骨及動物骨骼遺骸的現場保護，保護效果相對較好，但進行加固保護時需根據每件骨質文物的具體風化程度適當控制保護液的濃度大小，以保證其充分滲透。雖然骨骼加固保護的目的在於降低其表面風化，增加骨質的強度，但對於強度的增加不是越大越好，若單純為了增加強度而採取加大加固劑濃度或多次加固只會使富集加固劑的表層與內部之間產生明顯的介面，從而導致新的病害，所以對骨質文物進行風化加固保護時應密切關注加固劑溶液的滲透深度，並避免表面結殼。
再透過近兩年來的現場保護研究，結果證明對曇石山遺址出土的人類及動物骨骼遺骸進行加固保護，可採用低濃度 3% 的 BYG1008 有機矽改性矽丙乳液材料，該加固材料既能使骨骼本體得到加固保護，又能最大程度地保證骨骼外觀的原真性，但建議加固時應注意適當調整保護液的濃度，若骨骼風化程度嚴重，骨質疏鬆多孔，可適當提高加固劑濃度至 5%,以增強加固效果；若骨質緊密，有完整的外表皮，可適當降低加固劑濃度（3% 左右），並採用低濃度多次塗刷或注射等方式，使加固劑充分滲透，達到良好的滲透效果，以避免表面結殼，同時，由於骨骼的現場封存保護只能從表層滲透加固，所以，在加固保護過程中必須充分考慮並結合現場空氣溫溼度、加固劑的聚合度、濃度、骨質文物本身的糟朽程度、保護液的滲透深度等多種因素，綜合考慮，科學保護，儘量做到深層加固而不是表面加固。