1、文物形态结构研究 主要内容 文物的形态分析 文物形象观察 文物的微观结构分析技术一、文物的形态分析 考古工作是通过研究文物来研究古代社会历史的。面对杂乱无章的各种器物，必须先对它有外形上的认识，然后进行分类，然后找出它们的联系与区别，这就需要从器物的外形入手进行类型学的分析，即所谓的形态分析。随着科学技术的发展，对事物形态的描述和分析要求越来越精确，需要以定量化的研究代替定性分析。定量考古的发展 早在上世纪中叶, 夏鼐先生就注意到定量研究比单纯的定性分析更加精确和深刻, 并希望将统计分析应用到考古, 特别是器形学的研究中来。 在中国的考古类型学研究实践中,已有很多学者认识到了加强定量研究的重要
2、性，并且自觉或不自觉地在研究中运用了数学方法。如高明先生对东周时期的铜壶进行的类型学研究,林沄先生对东北系铜剑进行的类型学研究等。剑身演变的主要线索 刃长和刃部最大宽度之比研究历史 这些研究由于其采用的数学方法以计算器物某些部位的比例或数值为主,并按一定的数值的大小进行排序,所以需要计算的数据量不是很大,通过手工操作即可以完成。 面对复杂的器物，常有多个因素需要考虑，例如器物的几何尺寸、所以须进行复杂的运算，借助于多元统计分析法可解决此类问题。陶豆的研究 中国考古学类型学研究最早使用多元统计分析进行定量研究的实例，当属1987年，陈铁梅和何弩利用用主成份分析方法对河南二里头二期至人民公园期的陶
3、豆进行的分类。 滕铭予对山西省侯马乔村墓地1963一1995年间的发掘的罐和盆进行了多元统计分析。第一步获取原始数据a.口径b.最大径c.底径d.通高e.领腹分界点高f.最大径高第二步 原始测量数据分析和整理 如果直接用测量所得数据进行分析,大小不同的器物会因测量数据出现较大的差值而成为决定分类的主要因素,其结果不仅形态上的差异可能会被忽略,而且在形态上也缺乏可比性叫。但是若选择各部位测量所得原始数据间能够说明问题的比值进行分析,则可以避免这种偏差。 例如同一类型的罐，但大小不同。参考比值 1.领长/通高,可以表示领的长短; 2.最大径高/领腹分界点高,可以表示腹部最大径突出的位置,若比值小于
4、0.5为垂腹,位于0.5左右为中腹,大于0.5则形成肩部; 3.最大径/领腹分界点高,可以表示腹部形态是近瘦长还是近方形,亦或是近扁方; 4.口径/最大径,是以最大径作为比较基点来表示口的大小; 5.底径/最大径,可以表示下腹部的收分; 6.最大径/通高,可以表示整体的形状领腹第三步 计算器物间的距离 将每一件器物看成是一个个体,每一个体的性质是由所观测的多个数值所表现的,这样也可以把每一个体看成是在多维空间中的一个点,而个体间的相似程度则可以通过点与点之间的距离关系来表述,距离越近,距离系数越小,二者的相似程度越高,反之二者的相似程度越低。距离系数有多种,目前运用最多的是欧氏平方距离系数。第
5、四步 聚类分析 聚类分析法，聚类分析的基本思想是首先将每一个个体看成是一类,在定义个体间的距离和类间距离的基础上,选择距离最小的两类将其合并成一个新类,再按类间距离的定义计算新的类与其他类的距离,再将距离最近的类合并,如此继续,直到所有的个体合并成一类为止。二、文物形象观察 在文物的研究中，传统的研究方法通常是使用肉眼观察文物，或者借助于放大镜、显微镜观察文物的各项外表信息。随着考古技术的不断发展和文物研究方法的不断改进，越来越多的现代工业手段被引入文物研究中的观察环节，使得我们可以透过表面形态观察文物的内部信息，为文物研究和文物修复、保护提供肉眼无法看清的内部信息。 研究方法 一、X射线照相
6、技术 二、中子射线照相技术 三、红外成像技术X射线照相（1895年）技术及其应用 X射线发现于十九世纪末，1895年11月8日，德国物理学家伦琴发现了一种穿透力极强的新射线，并定名为X射线，它打开了一扇通向身体内部“宫殿”的窗户，当时被用于医学方面。李鸿章在他的环球访问中有幸在德国拍摄了X光片，亲眼看到了留在左眼脸颊下的子弹，也因此成为中国拍X光片的第一人。X射线照相技术与文物艺术品 始于本世纪二、三十年代。主要是通过观察文物内部的形态，反映其相关的结构特征、古代及近现代修复痕迹等，为器物真伪的辨别和古代工艺、技术的研究提供依据。 早期的研究主要用于纸质文物艺术品，如绘画、油画、邮票等的真伪鉴
7、定等研究。随着技术的进步，X光管发射功率的提高，X射线照相技术开始用于博物馆不同材质藏品的分析检测，例如青铜器、陶器等。上海博物馆等文博单位与相关大学开始于20世纪70年代将这一技术应用于文物研究。现今，由于此技术的无损性、直观性被很多文博单位所青睐。X光照相技术原理 X射线在穿透物质时因吸收和散射作用而强度减弱。在X射线穿透过程中，因被检物原子序数、密度、厚度的差异，会导致穿透后的射线能量有所不同，在记录材料（如底片）上会有直观的反应，这就成为判定内部信息的依据。T I透 I入 I入 I透 T 通常，X光在波长范围为0.01100，两边分别与紫外线及射线相重叠，其中，10.05或更短，称为硬
8、X光，波长大于0.5则称为软X光。 硬X光能量比较大，穿透能力比较强，多用于金属文物、大型石雕刻等的研究； 软X光能量比较小，穿透能力弱（因被物体强烈吸收），但能更多的表现内部信息的细部，一般主要用于陶瓷器、漆木器、古字画、薄壁金属文物、玉器、及小件石刻的分析研究。 输出工作电压10kV30kV30kV85kV100kV250kV260kV1000kV文物材质水彩字画、油画、邮票等陶器、玉器、瓷器、漆木器青铜器、铁器、石雕刻、大型陶俑大型青铜器、大型铁器、石雕刻X光设备 X光机最基本的单元分为X光发光管、高压发生器、影像增强器或者平板探测器，然后还要有一套控制及图像采集与处理软件。 便携式X光
9、设备1. 文物有关的历史艺术信息的揭示被土锈完全覆盖的西周青铜簋底部X光局部照片 基本矿化的7世纪错银铁器（左）及其X光片（右） 表面被锈蚀物覆盖的青铜碗（左）及其光片（右） 大唐汝南公主墓志铭并序中的印章 残留印章局部放大 唐代印章的 X 光影像装裱线不完整印章中国画猫头部X光影像胡须眼睫毛脸部及颈部2.提供文物制作的工艺技术信息 西周时期铜盉及铜盉盖部的X光照片 三个泥支钉器物鋬部与本体连接处的X光片及线描示意图 战国曲折雷纹鼎战国 曲折雷纹鼎X光照片1.商周青铜器的主要铸造方法是范铸法, 为了稳定和支撑内、 外范, 控制器物壁厚, 往往会引入垫片以满足这一需要。此鼎身上使用的小垫片数量较
10、多。2.鼎足及鼎耳中呈高黑度影像, 并存在泥芯支钉孔。可判断耳、 足是空心的,铸造时采用了下泥芯整体浇注的方法,体现了当时高超的铸造工艺水平。“垫片”是与铜器的壁厚基本相等的铜片，是名符其实地“垫”在内、外范之间用的，而且全部用于青铜范铸工艺之中。 3. 从整张X 光底片上, 可清晰地看到一条沿着鼎腿向上的白线, 这是陶范铸造时留下的分范线。曲折雷纹鼎X光局部放大对X光底片也可作数字扫描,利用图像技术处理在一定的清晰度范围下放大观察, 来判别更为细小的内部信息。如图a 处为垫片产生的影像, b 处是铜器局部腐蚀引起的影像。春秋早期铁刃铜内戈 X 光图片标注1 处是铁刃嵌铸于青铜内中联接情况:铁
11、上存在两条细裂纹并已有严重腐蚀; 不规则形状的铁部分可以防止铁刃脱落, 其尾部还有一个冷隔孔。标注2的比较明亮整体部分, 是外观可见的青铜部分。标注3 处是深度腐蚀的铁刃部分, 铁基体已基本腐蚀殆尽, 从X 光底片上已很难看到影像。该戈经进一步检验证明是人工冶铁。汉代陶俑正面（左）及侧面（右）的X光片 汉代彩俑的正面X光片，显示出陶俑头部和身体中空；右为彩俑的侧面X光照片，中间发现一条沿垂直方向的裂隙，这些信息由于表面彩绘而不可直接观察到。由彩俑X光片提供的信息判断，俑应为前后两部分别模制，之后粘接在一起，修整后入窑烧制，再打底施彩 。3反映文物的保存情况 陕西城固出土商代铜罍残片 被土锈所覆
12、盖的玉档铁剑及其X光片：显示了铁剑的锈蚀 （5mm）陕西长安县博物馆地汉代玉档铁剑西周青铜盘此盘经过修复处理, 使得许多信息被覆盖, 但在X 光底片影像上可以展现得一目了然。其中,1 ）铸造垫片;2） 明亮线条是修复时使用的铅锡焊料;3 ）仍存在的部分裂纹;4 ）铸造的铭文; 5 ）青铜基体局部成片腐蚀而形成的分界线影像。4.文物真伪鉴定 父丁盘的侧面照片 根据它的纹饰、造型春秋时期根据铭文8个钟鼎文商代特征真 假？ 顶部 底部 铭文 X光照片 龙虎有鋬戈刃矛銎qiong毛公鼎真伪（499字铭文）共五段：其一，此时局势不宁；其二，宣王命毛公治理邦家内外；其三，给毛公予宣示王命之专权，着重申明未
13、经毛公同意之命令，毛公可预示臣工不予奉行；其四，告诫勉励之词；其五，赏赐与对扬。是研究西周晚年政治史的重要史料。 通高53.8厘米，口径47.9厘米陈介祺叶恭绰 通过X射线透视技术考察了相当数量的商周青铜器，发现凡是陶范铸造的古铜器，在不同时代，其垫片的分布或数量有其特色。而商周之后的仿制铜器，在X射线透视图中则无垫片痕迹，却出现商周铜器透视照片上未见的类似细砂沉积于水底的图像。据此，作者对学术界在真伪问题上有争议的毛公鼎，作了x射线透视检查，发现毛公鼎中不仅有垫片，且其分布位置与西周中晚期至春秋早期三足鼎腹底垫片配置方式相同，其他特征亦与商周器相似，为毛公鼎确系西周所铸重器，作了无可争议的证
14、明。 在70年代，上海博物馆成功的将这一技术运用在王羲之上虞帖的真伪鉴别上。上虞帖最早被定为赝品。1975年，经谢稚柳鉴定，又经上海博物馆科学实验室用软X光透拍，显现出南唐内府的收藏印“内合同印”朱印和“集贤院御书印”墨印，于是断定此上虞帖为唐摹本 。二、中子射线照相技术 中子无损检测技术是在X射线照相技术发展前来的，其原理与X射线基本相同。 1948年Kallmann开始了中子射线照相技术的研究，当时主要运用热中子作为激发源。1975年，Hilling,O.H首先将这种技术运用于文物研究中，通过对一件中国早期青铜礼器拍片研究发现，青铜礼器的一个足中有泥范心存在。 通过对印度的一尊大约800A
15、.D的佛像研究发现，在佛像中存在有不同金属针和胶结物。 P.Jtt,和S.Sturman运用这种技术发现在埃及青铜猎鹰雕像的内部有骨头存在。 原理及与X照相法的比较 1）中子射线照相法（NR）的激发源用的是热中子，而X射线照相法用的是X射线。 2）中子射线照相法可穿透的是较厚的物质，而X射线照相法正相反，主要以穿透较薄的物质为主。 3）在对金属、有机物、陶瓷器进行检测时，X射线照相法所需要的检测源的能量是不同的，因此，无法在同一张光片上观察到不同种类的物质，而中子射线照相法解决了这一问题，不同质地的物质均可在一张光片上显现。 4）中子照相技术在显现被锈蚀覆盖的纹饰方面不如X射线照相法清楚。 仪
16、器设备 由中子光束发生器，检测器，CCD摄像系统，数据收集器几部分组成。 1.出土千年青铜器中的佛箴言 2.Kenbyo发掘出土的青铜瓶 三 红外成像技术 红外成像技术于30年代就已经运用于古代文物和艺术品的鉴别。 但由于红外摄影操作比较复杂，在实际应用中，难以推广。随着科学技术的发展，人们发现红外技术与电视摄像结合在一起的红外成像技术，比红外摄影要方便得多，因此受到文物工作者的重视。国外应用红外成像技术来检测油画及艺术品，以研究画家创作技法的演变及隐藏于覆盖层下的损坏、剥落或修复情况信息的获取。 我国在70年代，上海新跃仪器厂和上海博物馆合作，应用这一技术对受污损的宋代绢画卧猫进行了观察,受
17、污损的部分能清晰地在荧光屏上显示出来. 红外摄像的原理 红外线在自然界到处都有。凡温度高于0K的所有物体，都能发射红外线，其波长在0.761000um。红外的特点是人眼看不到，但具有被物质反射、折射和吸收的特性。1.被墨水沾污的图片的复现右上的花瓣和左下的蝴蝶被墨水沾污绘春风蝴蝶图卷2.炭化的出土简牍字迹的识读 炭化的出土汉代简牍字迹的识读 尹湾汉墓简牍 大庸汉简3、邮票的真假鉴别 假真三、文物的微观结构分析技术宏观结构显微结构亚微观结构微观结构肉眼光学显微镜普通扫描电子显微镜 （一）、光学显微镜 （二）、电子显微镜1、扫描电子显微镜2、透射电子显微镜 3.扫描透射电子显微镜1、实体显微镜2、
18、偏光显微镜3、金相显微镜（一）、光学显微镜1、实体显微镜：主要用来检查肉眼不能清晰确认或观察的显微特征。体视显微镜是分析鉴定和保护文物工作最常用的分析工具之一。由物镜、目镜、镜筒、载物台和一个附加的照明灯等部分构成，可通过旋转物镜调节放大倍数。体视显微镜的放大倍数一般为14-40倍不等，一些较好的显微镜还配有照相系统，可获得被观察物体的显微放大照片。主要用于各种文物材料（陶瓷、青铜、玉器、纺织品、漆木器）表面形态的观察。 邢窑定窑巩窑北方白瓷一般用于观察透明薄片的显微组构和细节，并能鉴别透明矿物的种类。2、偏光显微镜主要是由光学、照相和照明三部分组合而成，光学系统由一个双筒目镜、可装四个不同放
19、大倍数透镜的物镜组、偏光镜、聚光镜及载物台组成，照明系统则由一个光源和光路系统组成，光路系统是将光源发出的光反射到载物台的样品上，透过样品传到由目镜和物镜组成的透镜系统，偏光显微镜的放大倍数一般为40一400倍不等。主要用于陶瓷胎釉中未熔晶屑、析晶层、中间层的相貌观察、壁画颜料的物相鉴定等。现代马铃薯的淀粉粒3. 金相显微镜金相显微镜的构造与偏光显微镜相似，所不同的是金相显微镜增加了入射光附件，可通过垂直的入射光束照到样品表面，观察样品的微观形态。金相显微镜主要用于研究古代金属的加工工艺、冶炼铸造工艺等考古学问题。北票喇嘛洞铁锸M20:4 过共晶白口铁北票喇嘛洞铁锛M170:6黑心韧性铸铁二、
20、电子显微镜 扫描电子显微镜（SEM） 以较高的分辨率（3.5nm）和很大的景深清晰地显示粗糙样品的表面形貌，并以多种方式给出微区成份等信息，用来观察断口表面微观形态，分析研究断裂的原因和机理，以及其它方面的应用。 主要研究古陶瓷的表面形状、晶粒大小及相互结合的状况以及内气孔的形状分布，玻璃化程度并进而推断烧结温度；研究金属文物的微观结构和金属文物腐蚀的原因；还可以为古代植物、石器工具、兽骨头和牙齿、古代衣物提供详细的立体图像等等。 透射电子显微镜（TEM） 是一种高分辨率、高放大倍数的显微镜，是材料科学研究的重要手段，能提供极微细材料的组织结构、晶体结构和化学成分等方面的信息。透射电镜的分辨率
21、为0.10.2nm，放大倍数为几万几十万倍。由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50100nm）。其制备过程与石蜡切片相似，但要求极严格。透射电子显微镜在文物分析中的应用主要是在文物材质分析以及保护材料与文物间的反应考察等。 扫描透射电子显微镜 扫描透射电子显微镜(scanning transmission electron microscopy，STEM)既有透射电子显微镜又有扫描电子显微镜的显微镜。象SEM一样，STEM用电子束在样品的表面扫描，但又象TEM，通过电子穿透样品成像。STEM能够获得TEM所不能获得的一些关于样品的特殊信息。STEM技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比TEM和SEM都要复杂。 考试题目 1. 简述碳14测年原理。 2. 简述碳、氮稳定同位素分析人类饮食结构的原理。
