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通过利用光学显微镜、扫描电镜及能谱、X射线衍射和激光拉曼光谱分析法,对吐鲁番大桃儿沟、小桃儿沟及雅尔湖石窟壁画残存试样进行分析研究,了解了三个石窟壁画的剖面结构、所含植物和颜料成分等。壁画表面有大量微裂纹,颜料颗粒不均,草泥层含有大量麦茎秆及少量麦子,部分石窟粉底层下还有棉纤维和苎麻纤维,白色颜料主要为石膏,黑色颜料为炭黑,红色颜料有铁红和铅丹,青蓝色颜料为石绿和绿盐的混合矿物,土黄色颜料则是由石英、钠长石与石膏、白垩混合而成。小桃儿沟第5窟发现含铅颜料变色现象。