热水墓群2018血渭一号墓出土印章的科学分析与相关研究

提要：

青海都兰县热水墓群2018血渭一号墓出土印章一枚，经X射线荧光光谱分析（XRF）测定其材质为银金合金。分别经X射线成像检测、160千伏X射线显微CT和450千伏X射线工业CT分析确认了印面内容由阴刻的线形骆驼及古藏文组成，古藏文的汉语意思是“外甥阿柴王之印”。结合印章成分特征、合金颜色、史料记载等多方面因素，认为该印的属性应为“金印”。本研究为判定2018血渭一号墓墓主人身份、研究热水墓群族属性质、吐蕃时期印章制作工艺和使用制度提供了关键材料。

墓葬出土印章和随葬器物上的铭文是判定墓主人身份的关键性材料，对印章内容的识别尤为重要。古代印章多为玉质或金属材质，金属材质包括黄金、银及其合金、铜及其合金等。一些墓葬出土的银及其合金或铜及其合金的古代金属印章，由于经过长时间的地下埋藏，极易受到土壤中水分、盐类等的侵蚀而造成腐蚀矿化，并在印章表面形成锈蚀层，使得难以判断印章基体或印文的腐蚀损伤情况，影响对印文的识别。对于此类出土印章，为避免对印文造成难以挽回的损伤，故不应贸然清理印章尤其是印面锈蚀层，而是应该尽可能地采取无损的科学检测方法，分析研究其材质、保存状况和腐蚀程度，进而解析并识别印面印文内容。通过形貌观察、基体及表面的锈蚀物成分和物相检测分析，结合X射线成像检测和X射线CT技术，对印面内容进行识别，应该是科学认知此类出土遗存的合理可行的技术路线。

一、研究背景

热水墓群位于青海省海西蒙古族藏族自治州都兰县热水乡，自1982年发现以来，通过近40年的考古发掘与研究，积累了众多的学术成果，引起中外学术界和社会的关注，其墓主族属问题是学界热议的焦点之一[1]。2018血渭一号墓是热水墓群乃至青藏高原地区发现的布局最完整、结构最清晰、形制最复杂的高等级墓葬之一，是热水墓群考古研究的重要发现，为研究中国古代陵墓制度提供了重要资料。该墓主墓室棺板附近出土印章一枚，编号2018DRXM1ZD1∶178，方形，鼻钮，钮穿呈圆形，穿内残存印绶痕迹[2]。印面边长约1.8厘米，通高约1.8厘米（图一）。

该印章表面通体腐蚀，印面覆盖棕灰色锈蚀层，初步判定为银质或银合金印章。有鉴于此，为避免对印面印文造成不可逆的损害，印章出土后没有对印面锈蚀层进行清理，而是采取无损分析的手段对其材质、腐蚀状况和印面内容进行系统科学分析。分析测试实验采用微束X射线荧光光谱仪分析测定印章基体和表面锈蚀成分，使用X射线成像、160千伏X射线显微CT和450千伏X射线工业CT等技术对印面内容进行识别。

二、分析测试

（一）印章形貌观察

印章表面被棕灰色锈蚀层包裹，印面锈蚀层边缘存在裂隙且存在层状剥落的可能，印章材质和印面内容无法识别（图二）。印钮穿孔处有印绶痕迹。印绶为棕黄色、截面呈圆筒形的线状纺织品，印绶表面有红色痕迹（图三）。此外，印钮表面、印面角等多处有纺织品残留，为棕色平纹纺织物。可能与绶囊有关[3]。

（二）印章材质分析

材质成分分析使用阿美特克（Ametek）公司EDAX Orbis型微束X射线荧光光谱仪，测试条件：铑靶（Rh），测量电压40kV、电流500μA，测试模式element。

印章印面一角锈蚀层部分脱落，露出基体，基体表面颜色呈较暗的金黄色（图四）。对印章进行化学成分分析，共测试了4个点，其中点1、点2为基体表面（附着少量腐蚀产物），点3为基体表面覆盖的未完全剥落的锈蚀层，第4个测试点为印钮顶部灰白色锈蚀层。测试点1~3位置如图四所示，测试结果见表一[4]。

测试结果表明，印章基体主要成分为银和金（含微量铜）。测试点1含有少量镁、硅及微量铝，点2含有少量镁，点3主要成分为银、氯、硅、铝、镁、铅并含有微量钙、铁、金，应该是埋藏环境介质污染所致。第4个测试点主要成分为银、氯、硅、钙、铝、镁、铁、溴并含有微量铜、铅，明显属于夹杂埋藏环境土壤的锈蚀物的组成成分。

（三）印面内容分析

印面内容识别先后通过X射线成像、160千伏X射线显微CT和450千伏X射线工业CT等无损分析，最终采用450千伏X射线工业CT分析较为完整地获取了印面内容信息。

1.X射线成像检测

通过X光片上所呈现文物的X光透视像，通常可以判断相关文物的一些对应信息[5]。本研究使用YXLON. MG325型双极恒电压X射线系统搭配HD-CR 35 NDT型成像板扫描仪，对印章进行X射线成像分析，拍摄角度从印钮到印面方向正投拍摄，距离70cm、电流2mA、时间150s，在测试电压160 kV～210kV条件下分别多次成像。因为印钮部位较印面周边部位厚，印钮部分穿不透，在X光片上表现为印钮遮挡了印面中部纹饰信息，多次成像后即便印面周边纹饰隐约可见时，印面内容也难以识别（图五）。

2.160千伏X射线显微CT

X射线CT是一种重要的无损检测手段，通过采集X射线穿透样品后的衰减结果，结合重建算法，在不破坏样品的前提下对其内部结构进行成像。160千伏X射线显微CT由中国科学院高能物理研究所自主研制，采用微焦点射线源和平板探测器，适合对机械零部件、动物离体标本等小尺寸样品进行高空间分辨率成像。由于平板探测器视野较大，该设备在保障较高空间分辨率的同时还能有效兼顾成像速度，且对样品关注区的定位相对容易。首先尝试利用其对热水墓群2018血渭一号墓出土印章进行断层显微成像。成像条件如表二所示。

透视图像如图六所示。样品区域的平均计数与背景区域的平均计数之比约为0.21，说明X射线对样品有较好的穿透效果。通过设备配套的重建软件处理360个投影角下的透视图像得到印章的断层结构，重建断层图像大小为1920×1920。其中印章表面处的断层图像如图七所示。

断层图像显示，160千伏X射线显微CT扫描虽然能够有效地获得印章的总体结构，但很难呈现出印面内容的细微特征。这是因为镌刻在印面的文字或图案多被锈蚀物所填充，其密度与周围区域的密度差异较小。另一方面，平板探测器在成像过程中较易受到X射线散射效应的干扰[6]。经过散射的X射线光子不服从CT重建的光线直线传播假设，会显著影响重建图像的密度分辨率[7]，进而使得印面内容难以从印章本体中被区分开来。

3.450千伏X射线工业CT

显微CT由于采用平板探测器，成像结果受散射等因素影响较大，成像质量不佳，无法辨认印面内容。因此，考虑使用中国科学院高能物理研究所自主研发的450千伏X射线工业CT设备对印章进行再次扫描。这台450千伏X射线工业CT设备配备了线阵探测器，使用线阵探测器可以滤除大部分的散射射线，有效地降低散射伪影的影响。该设备的扫描层厚是0.13mm，最大空间分辨率可以达到125μm。由于扫描层厚远小于印面内容刻痕深度，因此选择水平放置印章对印面进行断层成像，成像断层即为印面，使得印面成像分辨率尽可能提高。这样可以预判到印文将会在不止一个断层中出现，并且由于无法保证印面与成像断层完全水平，印面内容将会在更多的层中出现。扫描成像示意图如图八所示。

成像结果如图九所示。印面内容共出现在6个断层上。从图中可以看出，由于印章摆放有一定的倾角，在6个断层图像依次包含了印面的右上部分到左下部分的信息。印面的左上部分可以看出是一只双峰骆驼图案，剩余部分的符号文字清晰可见。

为了对成像结果进行一个更好的呈现，并方便有关专家对印面符号文字进行识别，考虑对六张断层图像进行进一步处理，从中提取出一张包含所有印面信息的清晰的图片。主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）的方法可以有效地对数据进行降维。这六张断层图中包含的信息是同一个印面，采用PCA的方法可以将印面信息提取到一两个主成分分量上，其它分量将是噪声分量，从而达到有效提取印面信息，并去除噪声的目的。主成分分析的结果如图一〇所示，从上到下、从左到右分别是第一到六主成分，第一和第二主成分几乎包含了印面的全部信息。

使用包含印面信息的前两个主成分分量进行彩色映射，可以得到最终成像结果（图一一）。如图一一所示，可分辨出印面是由阴刻的双峰骆驼线条和古藏文组成，经请教有关专家识读，古藏文译成汉语是“外甥阿柴王之印”。

三、相关问题讨论

（一）“外甥阿柴王之印”的材质属性

热水墓群所在地区的土壤中阳离子以钠、钾、钙、镁为主[8]，印章基体表面成分（点1和点2）中的镁应为土壤残留物的成分，与印章合金成分无关[9]。因此，该印基体表面成分去除镁、铝、硅元素后经归一化处理，成分为含Ag 90.42％～92.84％、Au 6.35％～8.57％、Cu 0.80％～1.00％。该印章材质为银金合金，并含有微量的铜杂质。唐时期白银可以达到很高的纯度，灰吹技术被广泛应用于从铅中提取白银[10]。银中的含铅量是判定银是否经过提纯的重要依据，若银合金中的铅含量小于0.05%，这种银一般是未经灰吹法提炼的[11]。同时，微量的铜含量是自然金的重要标志[12]。结合该印章表面合金成分特征，认为该印章材料可能使用单生银矿加入自然金或者直接使用银金矿进行冶炼而成。热水墓群出土的镀金银花条中的银胎具有非常高的纯度[13]，表明吐蕃时期已掌握白银提纯技术。“外甥阿柴王之印”表面金含量为6.35％～8.57％，考虑到表面成分以腐蚀产物为主，该印基体的金元素含量应该更高。从印章裸露表面呈现的较暗金黄色（图四）可见，当时应该是按照金印规格来制作的。

公元663年，吐谷浑为吐蕃所灭；吐谷浑故地悉数被吐蕃占领，亲吐蕃的吐谷浑王族协助吐蕃政府处理民族与国家事务。为加强对吐谷浑王的笼络与控制，吐蕃以和亲形式，强化与吐谷浑王族的甥舅关系，统辖吐谷浑各部。亲吐蕃的吐谷浑王自称外甥。吐蕃赞普任命其外甥为吐谷浑小王[14]。唐天宝十一年（752年），南诏与吐蕃结盟，吐蕃于邓川册封阁罗凤为“赞普钟南国大诏” [15]，号曰“东帝”，给以金印[16]。外甥吐谷浑王身份与地位和结盟的南诏国相差不大，“外甥阿柴王之印”也应为金印。

综上所述，“外甥阿柴王之印”的材质属性应该为“金印”。

（二）吐蕃时期王印使用制度初探

就目前资料来看，吐蕃时期的印章根据印面形态至少可分为方形和圆形两大系统，图像和藏文的结合为其基本格式。官印多为方印，尺寸较大，边长3.7～5.4厘米不等，印文为阳文；私印多为圆形，尺寸较小，印文有阳文也有阴文[17]。

热水墓群2018血渭一号墓出土的“外甥阿柴王之印”为典型的吐蕃风格的印章，该印在印形与印文格式方面均与法藏敦煌古藏文卷子上的方形印戳相似，特别是与P.t.1083号卷子文末的朱色印戳风格完全相同[18]。“外甥阿柴王之印”呈方形，鼻钮，钮穿呈圆形，穿内有印绶，可能有绶囊，印面边长约1.8厘米，通高约1.8厘米，印文为阴文，是区别于现有吐蕃时期印章材料的另外一个新种类，为研究吐蕃时期印章使用制度提供了新材料。

（三）X射线CT技术在考古学中的应用展望

本研究对“外甥阿柴王之印”印面内容的成功识别，其中450千伏X射线工业CT起到了关键作用。自上世纪70年代第一台CT机问世以来，作为一种无损检测手段，被广泛应用于临床医学、生物医药、安全检查、工业检测等领域[19]。

在文物保护和考古领域，上世纪80年代，在国外X射线CT技术就已经被用于博物馆藏品的检测与分析中。科研人员利用X射线CT技术对埃及木乃伊进行的评估分析，并进行木乃伊三维重建图像[20]。此后，考虑到X射线的穿透能力，在青铜器、铁器等金属文物成像中常常使用高能工业CT设备，X射线CT技术也在文物研究方面不断发挥作用，被应用于竹木漆器、金属文物等各种文物研究中，为文物制作工艺研究、病害诊断方面提供了依据。我国应用X射线CT技术进行文物研究的工作始于本世纪初。2004年，我国学者将X射线工业CT用于汉代铁质棘轮的检查和分析中[21]。同时，在秦始皇陵园陪葬坑7号坑出土青铜水禽的保护修复过程中，学者使用X射线工业CT对严重锈蚀的青铜水禽进行了相关检查[22]。另外，河南叶县许灵公墓出土许公宁透空蟠虺纹青铜饰件的铸造技术研究中，学者为解析其透空饰件的结构，也采用了X射线工业CT检测技术[23]。2012年，南京博物院和中国科学院高能物理研究所对战国晚期陈璋壶进行了6MeV加速器射线源工业CT分析[24]，对其制作技术进行了初步探讨[25]。2017年，上海博物馆使用X射线CT技术分析了子仲姜盘，对子仲姜盘的内部复杂结构进行了精确呈现，认为X射线CT技术在古代青铜器工艺研究中具有广泛的应用前景[26]。

然而，X射线CT技术在考古发掘现场出土遗存的信息提取方面应用研究还较少，尤其对于此类遭受腐蚀破坏的表面浅刻纹饰或文字的释读识别尚未有成功的先例。出土文物经长时间地下埋藏时的腐蚀污染等影响，一般比较脆弱且表面信息破坏严重。而X射线工业CT检测手段是无损技术，能给出检测对象的二维或三维图像，关注的目标信息可以排除周围或表面附着物的遮挡、干扰等影响，图像容易识别[27]。如果在实验室考古清理前使用X射线CT技术对套箱提取的文物进行三维建模等分析，可获取套箱内包含物形貌、叠压状态、保存状态等信息，最大限度提取遗存的考古学信息，并指导后续的清理、保护修复等工作。可以预期X射线CT技术在考古出土叠压复杂遗存的预探测方面将大有作为。

四、结语

本研究采取形貌观察、X射线微束荧光光谱分析、X射线成像检测、160千伏X射线显微CT分析和450千伏X射线工业CT分析等科学测试手段，分析了印章的腐蚀状况与化学成分，最终识读出热水墓群2018血渭一号墓出土印章印文为阴刻的骆驼和古藏文，古藏文汉语为“外甥阿柴王之印”，其材质属性为“金印”。

本研究为判定2018血渭一号墓墓主人身份、研究热水墓群族属性质、吐蕃时期印章制作工艺和使用制度提供了关键材料。

应用X射线CT技术成功识别出被锈蚀物完全覆盖的热水墓群2018血渭一号墓出土印章印文，也为今后此类出土遗存的科学辨识提供了可资借鉴的成功范例。

附记：本文为国家文物局“考古中国——青海都兰热水墓群2018血渭一号墓考古”阶段性成果，中国社会科学院创新工程项目“实验室考古创新研究”（2021KGYJ022）和“出土金属文物腐蚀病害成因及其修复技术”（2017KGYJ022）、国家重点研发计划项目（2020YFC1522100）和课题（2020YFC1522104）均给予了资助。梁宏刚为本文通讯作者。本研究得到青海省文物局、青海省文物考古研究所、海西州民族博物馆、都兰县博物馆的大力支持，研究过程中得到北京科技大学陈坤龙教授和刘思然副教授、中国科学院高能物理研究所魏存峰研究员和阙介民副研究员、北京联合大学周华副教授的帮助，赵文华、杨阳等人协助做了部分分析检测工作。在此一并致谢！

向上滑动阅读注释

[1]韩建华：《都兰热水墓群考古发现、研究的回顾与反思》，《西部考古》2020年第2期。

[2]中国社会科学院考古研究所、青海省文物考古研究所：《青海都兰县热水墓群2018血渭一号墓》，《考古》2021年第8期。

[3]程义：《隋唐官印研究》，西北大学硕士学位论文，2020年，第23~25页。

[4]为便于讨论，本研究在印章材质界定上选取2%作为银合金下限的划分界限。当银器中金等合金元素含量大于2%时，则认为其为相应的银合金类型；含量小于2%的元素则视为少量或微量元素，作为杂质元素讨论。

[5]杨军昌、韩汝玢：《X光照相技术在文物及考古学研究中的应用》，《文物保护与考古科学》2001年第1期。

[6]Jeffrey H. Siewerdsen and David A. Jaffray. Conebeam computed tomography with a flat-panel imager: Magnitude and effects of x-ray scatter[J]. Medical Physics, 2001, 28 (2): 220-231.

[7]G H Glover. Compton scatter effects in CT reconstructions[J]. Medical Physics, 1982, 9(6): 860-867.

[8]北京大学考古文博学院、青海省文物考古研究所：《都兰吐蕃墓》，科学出版社，2005年，第154~156页。

[9]李秀辉、韩汝玢：《青海都兰吐蕃墓葬出土金属文物的研究》，《自然科学史研究》1992年第3期。

[10]一冰：《唐代冶银术初探》，《文物》1972年第6期。

[11]Paul T Craddock. Early Metal Mining and Production[M]. Edinburgh: Edinburgh University Press, 1995: 213.

[12]Scott D A, The deterrioration of gold alloys and some aspects of their conservation[J]. Stud Conser, 1984, 28:194

[13]李秀辉、韩汝玢：《青海都兰吐蕃墓葬出土金属文物的研究》，《自然科学史研究》1992年第3期。

[14]李文学：《吐谷浑史研究》，科学出版社，2020年，第162~178页。

[15]赵心愚：《八世纪中期南诏与吐蕃的结盟及其关系的发展——以〈南诏德化碑〉相关记载为线索》，《民族研究》2015年第3期。

[16]《旧唐书》卷一九七《列传第一四七》，中华书局，1975年，第5281页。

[17]李帅：《吐蕃印章初探》，《文物》2018年第2期。

[18]西北民族大学、法国国家图书馆、上海古籍出版社编纂：《法国国家图书馆藏敦煌藏文文献⑩》，上海古籍出版社，2009年，第307页。

[19]王增勇、汤光平、李建文、孙朝阳：《工业CT技术进展及应用》，《无损检测》2010年第7期。

[20]杜煜、朱立平、王本：《工业计算机断层扫描技术在文物保护中的应用》，《北京联合大学学报》（自然科学版）2008年第4期。

[21]马振智、张健、杨军昌：《陕西历史博物馆藏古代棘轮的工艺CT检查与分析》，《考古与文物》2004年第3期。

[22]陕西省考古研究所、德国美茵兹罗马-日耳曼中央博物馆：《秦始皇陵园陪葬坑严重锈蚀青铜水禽的保护修复》，《中国文化遗产》2004年第3期。

[23]李元芝、张方涛、谭德睿、华觉明、张明悟：《许公宁透空蟠虺纹青铜饰件——先秦失蜡法之一器例》，《中原文物》2007年第1期。

[24]魏龙、陈刚、冯向前、黎刚、刘宝东、王宝义：《现代射线技术与文物保护考古应用研究》，《敦煌研究》2018年第2期。

[25]范陶峰、万俐：《陈璋壶制作技术的初步探讨》，《铸造》2012年第10期。

[26]丁忠明、周亚、吴来明：《计算机断层扫描技术（X-CT）在子仲姜盘制作工艺研究中的应用》，《文物保护与考古科学》2017年第5期。

[27]孙灵霞、叶云长：《工业CT技术特点及应用实例》，《核电子学与探测技术》2006年第4期。

（作者：刘勇 中国社会科学院考古研究所[通讯作者]，许琼 中国科学院高能物理研究所、北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心，韩建华 中国社会科学院考古研究所[通讯作者]，李默涵 中国科学院高能物理研究所、北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心，梁宏刚 中国社会科学院考古研究所[通讯作者]，白文龙 青海省文物考古研究所；原文刊于《江汉考古》2022年第6期）

责编：韩翰 荼荼