新疆康家石門子巖畫病害調查及保護措施

鄭云峰，諶文武，張景科

（1.西部災害與環境力學教育部重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州大學土木工程與力學學院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

新疆康家石門子巖畫位于東經 86°19′20″,北緯43°51′，在昌吉州呼圖壁縣西南75 km的天山中。經紅山口沿雀兒溝南行，過伊爾尕勒薩依即抵達海撥1500多米的巖畫處。巖畫位于距地面10 m高的陡峭山腰上，平整的巖面約220 m2，雕刻著300余人，大者有2.04 m，小的有0.19 m。巖畫東西長約14 m，高約9 m，雕刻巖畫的面積達120 m2。這樣的文化遺存，在歐洲、美洲及亞洲其他地方都沒有,可以說是世界唯一的[1-2]。

石門子巖畫是三千年前天山北麓早期土著牧民祈求生殖繁衍、氏族興旺的祭祀圣地，是先民們崇拜、信仰、生活和娛樂活動的真實寫照，是原始人雕刻技術和造型藝術成就的反映，內涵極為豐富，具有較高的學術價值。表現了原始社會后期的生殖崇拜，被稱為“天下第一巖畫”[3]。

1 巖畫的主要病害狀況

康家石門子巖畫屬于單斜砂礫巖山體巖雕石刻，雖然部分圖像仍然保存較好，但經過3000多年歷史的變遷，在地質因素與自然環境因素（光照、大氣降水、溫度、濕度等）作用下，巖畫產生了各種病害。

1.1 巖畫病害現場勘查

（1）差異風化。整個山體分層明顯，砂巖與砂礫巖交互分布，由于兩種巖體的抗風化能力不同，產生了凹凸不平的山崖體。

（2）沖溝發育。山崖面上發育寬窄、長度各異的沖溝，且較寬較深，而巖畫就位于兩個比較大的沖溝中間，這樣對巖畫和周圍的巖體穩定性產生較大影響。

（3）裂隙的發育。整個巖畫區有很多條裂隙，其中有幾條比較大的貫通性卸荷裂隙位于巖畫中心，對巖畫的整體穩定性產生致命性的影響，有可能使巖畫表面巖體產生剝落。

（4）雨水沖刷。大氣降水匯集后沖蝕巖畫表面，使其變為褐紅色、褐色，色彩暗淡。

（5）巖畫區位于砂巖與砂礫巖交錯成層狀分布地段，有面狀、條狀各異的蜂窩狀孔洞在砂礫巖層分布。

（6）巖畫中出現巖塊片狀剝落的現象，掉塊多集中于裂隙密集的地方。

（7）牛羊糞便的堆積對巖畫下方產生污染。

（8）人為的破壞。由于早期人們對巖畫的認識不足，巖畫周圍巖面有很多后來人的亂刻亂花現象。具體病害如圖1所示。

圖1 巖畫山體與巖畫病害Fig.1 The cliff and diseases in the rock paintings area.

1.2 多道瞬態面波勘測法病害調查

利用面波法對巖畫區進行了重點的探測。由于本次勘探要求深度不大，需要反映淺部較高頻信息，而且位于巖畫區，故選用38 Hz的檢波器，采樣點數512個，震源方式采用2.5磅錘激振。為避免丟失瑞利波某一頻段的信息，采用全通檔濾波方式；為增強激發信號，提高信噪比，大錘激振采用3次疊加。最終處理選用能量強、干擾小、信噪比高的記錄作為測點的面波數據。

從圖2中可以看到：

（1）探測的深度約為2 m，較好地反映地層特征。

圖2 面橫波波速構造圖Fig.4 The structural map of transverse wave velocity.

（2）波速從上往下依次增大，反映地層的連續反映低層得連續性相對較好。

（3）從表面往內部2 m范圍內波速出現波動，出現紅色條帶狀波速較低區域，此處可能含有軟弱夾層或者裂隙。

2 病因分析

2.1 雨水沖刷

康家石門子巖畫立壁巖體主要由侏羅紀砂礫巖和砂巖交錯地層組成。臨空的巖畫都集中于內凹的立壁上，大氣降水不可能直接擊打畫面，主要通過沖溝、裂隙滲漏侵蝕畫面。這些垂直于地面的沖溝和裂隙發育的很成熟，大小不一、形態各異，巖畫正好位于兩條主要沖溝中間。巖畫的正上方還有很多雨水降落下來時形成的橫向沖蝕溝槽，很容易流下來影響巖畫。

在紅色砂礫巖層中有不少石灰巖礫石和碳酸鈣膠結物，被水溶解后常形成一些溶溝和溶洞，這些溝槽的形成一方面加重了雨水沖刷巖畫的可能，另一方面造成了局部巖體的不穩定。雨水通過沖溝、溝槽向下流淌，然后經過各個裂隙形成連通，這樣很容易侵蝕巖畫。

常溫、常壓下大氣中的二氧化碳、水、碳酸鹽礦物的相互作用產生化學侵蝕，水對可溶性鹽產生溶蝕，帶有溶蝕產物的水隨著水氣蒸發產生CaCO3沉淀析出，久之便形成灰白色或者黑色斑痕。

巖畫表面的膠結物在太陽光照射、干燥天氣或者寒冷的條件下，熱脹冷縮開裂起翹并脫落。在各種風化營力的作用下，巖石也出現不同程度的片狀剝落現象。

2.2 風化作用

在巖畫立壁中的水是微生物風化作用必不可少的介質環境，有了充足的水源微生物就能進行酸解、堿解、絡解和還原作用。微生物風化作用會使巖石潮解酥軟，另外巖體斷裂構造發育形成的節理經交切組合形成分離體，分離體在風化、重力和水的作用下生成掉塊。這就是為什么我們著重注意的地方在裂隙附近，因為裂隙能夠導水并存水[4-6]。

2.3 卸荷裂隙

大量的裂隙形成卸荷裂隙，這些裂隙有很多就是長期巖體構造作用形成，還有很多掉塊造成巖體壓力的重分布也會造成一些軟弱帶的巖體開裂，形成新的裂隙。同時水分也為裂隙提供了良好的發育條件。裂隙增大會使畫像連體分離更為嚴重。

3 巖畫的防護與加固措施

經過我們的勘查分析以及地震情況調查，目前整個山體處于穩定狀態，巖畫區整體穩定性還好，不過不進行巖畫整體區域及破裂區的加固措施，巖畫的邊坡穩定性及巖畫的保存現狀都將受到很大的影響。

3.1 前期加固措施及其成效

國家、自治區和呼圖壁縣人民政府對康家石門子巖畫的保護工作十分重視，1999年國家有關部門將此巖畫區列入國家計劃維修項目五年儲備庫，使康家石門子巖畫得以有效保護，并建立了保護站，對巖畫進行全方位管理保護。

具體的保護措施為：一方面修建了巖畫區的圍欄，防治人和家畜的隨意進入。另一方面就是防雨水的沖刷和裂隙的治理。防水方面主要是開鑿排水溝，將雨水引排到巖畫兩側繞開巖畫（圖3），裂隙處理首先對水銹性污染進行科學清理，然后再進行封堵（圖4）。這些措施都在一定程度上加固了巖畫，緩解了巖畫的破壞，但是，未能從根本上解決這些巖畫所面臨的問題，需要對其進行針對性的、更進一步的保護。

圖3 巖畫上方的排水溝槽Fig.3 The drainage ditch on top of paintings.

圖4 巖畫區的裂隙的封堵Fig.4 Sealing fissures on rock painting area.

3.2 國內外巖畫保護經驗

國際社會對古跡的保護與修復的內容是有嚴格界定的。保護是指管理一個地區以保持其文化意義的全部過程，包括維護、保存、修復、重建及改建等方面的內容，但一般來說更偏重于古跡的維護、保存和保養等管理方面的工作；而修復、重建及改建則屬于工程修繕的范疇。各國文物保護管理的一條重要經驗是加強對古跡的日常維護和保養。對此，《中華人民共和國文物保護法》和國際文物保護憲章都做了相關規定[7]。

我國所謂的“巖畫”，實際上可分為“巖刻”和“巖畫”兩類。巖刻是指用不同工具刻劃或磨刻巖石表面來表現形象的巖石藝術；巖畫是指用礦物顏料涂繪于巖石表面來表現形象的巖石藝術。按巖畫所處的地理環境的不同又可分為崖壁畫和洞穴畫。對于巖刻風化問題的研究保護，國內已由多個地方進行實踐。例如鎮江焦山摩崖石刻治理工程、克孜爾千佛洞一期加固工程、大足寶頂石刻歸安復原技術等等。通常對危巖的治理采用局部錨固、粘結、灌漿的方法給予固定，對陡崖邊坡的加固采用排水、穩腳、抗滑、錨固、支檔、補強、消塌等綜合治理手段。巖石風化多是因為裂隙滲水或巖石表面受外界因素（光、溫、水、懸浮污染物等因子）造成[8]。通常治理時采用錨固技術、裂隙灌漿技術和噴涂保護涂料技術。由于各地的環境條件不同，使用錨固方法不同，采用的灌漿和噴涂材料及工藝也不盡相同。

3.3 擬采取的加固方法

巖畫的病害是多方面的原因造成的，但總的來說主要是地質構造發育和地理環境因素造成的。弄清遺址賦存環境特征是中國西北遺址保護的主要科學技術問題之一。遺址的賦存環境包括地質環境、水環境、氣象環境、社會環境等。而巖畫的各種病害都是受到遺址所處的工程地質、水文地質及環境諸因素影響而產生的。并且地質構造發育難以控制，且發育過程漫長，對巖畫的危害也是一個緩慢的過程。因此對古遺址的保護研究需從已知的賦存環境研究入手，這樣才能從根本上解決古遺址的保護問題[9-15]。本文主要采取以下措施進行加固。

（1）防排水。康家石門子位于1300～1800 m之間的低山濕草甸地帶，山勢平緩，降水較多，應采用疏導、截流、分洪的辦法將水引向兩側，或用排水溝將水導入大沖溝，形成以排為主，截排結合。在崖體的頂部設置排導槽，從巖畫山頂邊緣兩側開排水溝直通山腳；巖畫立壁出水口設導水管改變水流路徑，防治雨水和雪水的流下；同時在巖畫的正上方設置多道導水槽，進一步加強防水效果，和原來的形成一套系統。

（2）裂隙灌漿錨固。對于裂隙擬采用的是灌漿技術，應在分析巖性、氣候特征的基礎上配置適用于康家石門子巖畫的以改性環氧樹脂為主劑的灌漿材料，對各種裂隙防漏堵漏。施工時從上向下按落水的先后過程來進行。其中需要注意的是：首先要對裂隙和巖石表面的清理，最好是采用干吹方法，除掉裂隙內壁土雜物，否則影響粘結效果；然后就是表面修補作舊，這個工序十分重要，色調要和原來巖石協調和諧。

（3）不穩定巖塊的處理。對不穩定體的處理原則是：對巖畫構成危害的、沒有保留價值的給予去除；對巖畫構成危害的、有保留價值的要用錨固法加固。對于小塊的以采取噴錨網支護為宜，也可以在裂縫中插筋方式進行加固。危巖體量大時，要采用預應力高強錨索進行加固，對以崖體直立，高度超過50 cm的體量大且不穩定危巖體，可分別采用錨、灌、托、捆、吊等相結合的綜合措施。

（4）人為因素造成影響的處理。清除巖畫下方的牛羊糞便；清除亂寫亂畫；建立健全管理制度，加強對巖畫的保護。

3 總結

康家石門子巖畫是我國乃至世界上不可多得的珍貴文化遺產，目前產生了比較嚴重的各種病害，有必要對康家石門子巖畫的病害進行科學的分析、論證，并提出科學的防治對策。石門子巖畫的病害是有多方面原因造成的，這些因素是互相綜合影響產生的，因此要綜合治理才能從根本上解除病害，達到比較好的治理效果。

（1）康家石門子巖畫的主要病害是大氣降水和裂隙的發育，因此工作的重點一是防排水，設置導水槽和排水槽；二是采取灌漿粘結裂隙，并且作舊，恢復原樣。

（2）對于巖畫的保護要加強管理，避免巖畫受到人為破壞。

（3）對于露天石質文物保護而言，目前國內外還沒有徹底解決的方法，所以康家石門子巖畫病害的治理也不可能一次就能完全解決，而是今后分步驟地科學地進行保護。

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