庙底沟遗址出土仰韶文化彩陶的科学研究

摘要：彩陶文化作为新石器时期的重大发明， 改变了远古先民的审美方式， 而著名的仰韶文化以其彩陶的优美造型、绚丽色彩和丰富的纹饰揭示了原始的艺术特征， 承载了史前时期重要的社会文化信息。而利用现代光谱分析技术准确、 无损和微损的特点， 可以为文物保护的研究提供更科学的技术支撑。研究应用相位辅助光学三维扫描、多光谱成像、X射线荧光、激光拉曼光谱分析技术， 对河南省陕县庙底沟遗址出土的新石器时代晚期仰韶文化彩陶碗进行面、点相结合的综合分析， 获得了较为完整的文物物理和化学信息。利用三维扫描技术所构建的彩陶碗数字化模型对样品进行了几何尺寸的非接触测量和虚拟修复， 利用多光谱成像技术所获得的灰度图像对样品表面化学特征相似区域进行了区分， 结合X射线荧光和激光拉曼光谱分析技术对彩陶残片的分析结果， 确定了所分析彩陶样品的主要化学成分特征和颜料物相组成。综合研究结果， 提出了建立彩陶文物多源信息数字化模型的构想， 为这类文物的数字化保护和展示提供了基础科学信息。

关键词：彩陶；三维扫描；多光谱成像；激光拉曼光谱；文物保护

引言

仰韶文化是黄河中游地区一支重要的新石器时代晚期文化， 是中国田野考古最早发现和确认的新石器时代文化， 在中国考古学研究中具有相当重要的地位， 它以陕西、 河南、 山西为中心， 影响远至甘肃、 青海、 湖北、 河北和内蒙古边缘地区[1]。河南陕县庙底沟遗址是仰韶文化的一个典型遗址， 庙底沟遗址内包括仰韶文化遗存(仰韶文化庙底沟类型)和仰韶文化向龙山文化过渡时期的遗存(庙底沟二期文化)。庙底沟仰韶文化遗址， 面积约24万m2， 出土陶器等文化遗物十分丰富， 彩陶曲腹盆、 双唇口尖底瓶、 鼓腹罐、 釜、 灶为代表的陶器群具有明显特征， 是仰韶文化繁荣时期的代表遗址[2]。庙底沟遗址的发现， 为研究仰韶文化与龙山文化的年代早晚及源流关系提供了重要的实物例证。鉴于仰韶文化广泛的分布范围、 丰富的内涵和明显的区域特征， 学术界甚至提出仰韶文化群， 将半坡、 庙底沟和西王村文化称为三个前后相续的典型仰韶文化， 代表了仰韶文化早、 中、 晚三个发展阶段， 分别距今6700～5900年、 5900～5300年、 5300～4800年。整个仰韶文化最显著的文化特征是彩陶， 一度有“彩陶文化”之称[1]。仰韶文化等彩陶文化， 以黄土高原为基础， 本质上是“黄土的儿女”所创造的一种旱作农业文化。在“丝绸之路”之前， 彩陶是早期中西文化交流的重要载体， 韩建业指出“彩陶之路”是早期中西文化交流的首要通道， 是以彩陶为代表的早期中国文化以陕甘地区为根基自东向西拓展传播之路， 也包括顺此通道西方文化的反向渗透， 对中西方文明的形成和发展都产生过重要影响[3]。

加强对彩陶的研究， 有助于探讨早期中西文化交流， 以往通过传统对彩陶的图案纹饰[4-6]、 纹饰分期[7]、 文化内涵、 艺术风格、 分布范围[8-9]、 文化传播[7]、 制作工艺[10]、 量化研究[11]等， 但科技分析相对较少， 主要涉及彩陶的颜料种类、 胎体形貌和物相等[12-14]， 多偏重于微观特征， 且仰韶文化彩陶的科技研究更少。本工作拟采用相位辅助光学三维扫描、 多光谱成像、 X射线荧光和激光拉曼光谱分析技术， 以庙底沟仰韶文化彩陶为例， 对其进行多角度分析， 探索建立彩陶文物多源信息数字化模型， 为这类文物的数字化保护和展示提供了基础科学信息。

1 实验部分1.1 样品

研究采用的样品出土于河南省三门峡市陕县庙底沟遗址， 时代为新石器时代晚期的仰韶文化(公元前3900年—公元前2780年)， 样品包括3件较为完整的彩陶碗和6件器物残片， 均由河南省文物考古研究院提供。样品信息如表1所示, 部分样品的照片如图1所示。

1.2 仪器及实验方法

实验中用到的器材有相位辅助光学三维数字化仪、 自主搭建的多光谱成像系统、 X射线荧光光谱仪、 共焦激光拉曼光谱仪。

表1 庙底沟遗址出土仰韶文化彩陶样品信息表

(1)相位辅助光学三维数字化仪

三维成像系统与建模系统硬件结构由：投影发生器、 相机、 投影采集同步控制组成。硬件系统参数：单色CCD相机(PointGrayGrasshopper 50S5M， 相机接口 IEEE 1394B, 分辨率2 448×2 048)， 镜头(Fijinon 5M 12 mm)， DLP原理投影仪(LG HX300G-JE， 分辨率1 024×768)、 基于FPGA的同步控制系统、 可控式旋转载物台等。可对10～50 cm的物体三维成像与建模， 成像精度0.1 mm， 时间小于45 s。

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