龍門石窟環境監測與病害防治對策研究

【摘 要】龍門石窟是世界聞名的中國三大石窟之一，是研究中國佛教歷史和古代雕刻藝術的重要的實物資料。本文以西山區的皇甫公窟和路洞作為研究對象，重點研究了風向、風速、滲水、溫濕度、地下水位等環境因素對石窟病害的影響，分析研究了皇甫公窟和路洞的環境地質病害、引起病害的原因，并提出了病害防治對策。

【關鍵詞】龍門石窟；環境地質病害；防治對策

1、引言

1961年龍門石窟被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位，2000年被列入世界文化遺產目錄。1500多年以來，龍門石窟除遭受人為破壞外，在自然營力作用下，產生了嚴重的環境地質病害，使石窟雕刻藝術品遭到了較嚴重的破壞；近20年由于環境質量的惡化，石窟的病害有所加劇。為了加強對龍門石窟珍貴文化遺產的保護，經聯合國教科文組織立項，選擇在龍門石窟西山區的洞窟—皇甫公窟和路洞進行保護工程實驗研究。

2、石窟區地質環境簡介

石窟區地貌上處于伏牛山、嵩山山前地帶，屬構造剝蝕低山丘陵地貌，龍門山走向近東西，該山體被伊水橫切，形成了深切峽谷，形如“門閥”，龍門因此得名，又稱伊闕，故石窟區又分東山和西山。

區域構造上石窟區位于龍門山-香山斷塊內。該斷塊四周被宜陽斷裂、草店斷裂、郜莊斷裂和龍門橋斷裂所切割。自新生代中更新世以來，該斷塊一直處于整體抬升，遭受剝蝕和侵蝕卸荷作用階段，伊水縱貫其間，形成深切峽谷，龍門石窟就開鑿于峽谷兩岸寒武系灰巖、白云巖形成的崖壁上。石窟區的地質構造整體為一傾向NNW的單斜構造，巖層傾向340～10°，傾角20～30°，巖層內無褶皺發育，主要構造形跡為斷層和裂隙等。

3、石窟環境監測及數據分析

3.1試驗洞窟立壁裂隙調查

皇甫公窟洞窟位于張夏組第一段中厚層白云石化灰巖夾薄層含鮞粒灰巖中。區域內發育有3組裂隙。產狀分別為：①層面裂隙，傾向340°～10°左右，傾角20°～30°左右。②構造裂隙，傾向在150°～210°左右，傾角50°～近直立。③卸荷裂隙，傾向100°～170°左右，傾角50°～近直立。根據調查結果繪制了裂隙傾向玫瑰花圖（圖3-1）。

路洞整個洞窟位于徐莊組第三段的薄層條帶狀粉晶～中晶白云巖與白云石化鮞狀灰巖互層的地層內。區域內發育有3組裂隙。產狀分別為：①層面裂隙，傾向340°～10°左右，傾角20°～30°左右。②構造裂隙，傾向在180°～220°，傾角近直立。③卸荷裂隙，傾向116°～162°左右，傾角49°～76°。經過詳細的裂隙統計調查，繪制了裂隙傾向玫瑰花圖（圖3-2）。

圖3-1 皇甫公窟裂隙傾向玫瑰花圖

圖3-2 路洞裂隙傾向玫瑰花圖

由于洞窟立壁裂隙的存在與裂隙切割掉塊、滲水、溶蝕等環境地質病害密切相關，故皇甫公窟和路洞都存在裂隙切割掉塊、滲水、溶蝕等病害，其中卸荷裂隙是控制洞窟滲水病害和巖溶病害的主要因素。又由于裂隙產狀、種類、個數及發育位置的不同造成了路洞的病害較皇甫公窟嚴重。

3.2風向、風速觀測

龍門西山蓮花洞洞頂山腰處設置了氣象觀測儀器，通過對氣象觀測儀器得到統計數據分析可知：西山最大風速出現在六月，最大為17.346m/s，最小值出現在十一月，最小為0.565m/s，春季風速較大，秋季較小；西山盛行西南風及東北風，東風及西風偏少。春夏秋季盛行偏南風，冬季盛行北風。

3.3溫濕度監測

根據氣象觀測儀器記錄的溫濕度值，西山夏季七月最熱，最高氣溫值為38.09℃，平均氣溫值25.89℃；冬季1月最冷，最低氣溫值為-7.36℃，平均氣溫值1.91℃；西山濕度最大值為162.15%，出現在十二月，最小值為8.82%，出現在二月，多年平均相對濕度64.5%。

洞窟巖體受溫差作用和干濕變化的影響，容易產生大量的風化裂隙，使表層變得疏松，造成石雕呈粉末狀剝落。

3.4滲水

皇甫公窟和路洞內均設置了數碼相機，用來記錄洞窟內的滲水狀況。根據拍攝記錄，降雨后，大部分雨水以地表徑流的形式很快消散，僅少量雨水沿卸荷裂隙直接入滲洞內，滲水時間短，水量較小。

3.5巖石表面溫度及土壤含水率變化

巖石表面溫度最大值為49.2℃，最小為-2.9℃，溫差最大值為37.8℃；土壤含水率最大為0.3788m3/m3，月最大變化值為0.2567 m3/m3。由于巖石表面溫度和土壤含水率變化較大，巖石經過反復干濕作用后抗壓能力降低，使得巖石抵抗變形能力降低，易產生病害，使石窟遭受破壞。

4、石窟病害現狀及防治對策研究

根據現場實地調查，兩個實驗洞窟的主要環境地質病害為巖體崩落掉塊、滲水病害、巖溶病害、風化剝落與苔蘚病害和煙熏污染。現提出各類病害的防治對策如下：

1、石窟巖體的裂隙注漿加固

建議選用德國雷馬士公司的防滲漿液或日本的新型防滲材料進行裂隙注漿試驗。注漿試驗的目的是確定合適的防滲漿液材料，確定注漿設計所需的各種參數，如漿液稠度、注漿壓力、注漿孔間距和注漿先后次序等。

2、完善地表防滲鋪蓋

切穿地表的卸荷裂隙是雨水入滲的主要通道，地表防滲鋪蓋是杜絕雨水入滲的主要措施，應與裂隙防滲注漿結合進行。應選用環保型材料進行地表防滲鋪蓋，注意與地表地貌的協調。

3、溶蝕空洞的充填修補

采用石窟原巖的巖屑粉和修復砂漿調制的混合物，對洞窟內的溶洞、溶蝕凹槽、溶溝進行充填修補。要特別注意充填物的色調必須與雕刻品原巖一致。對沒有雕刻品的部位，應保持巖溶的原貌。

4、巖溶淀積物的清除

龍門石窟研究院技術保護室采用物理方法進行了巖溶淀積物的清除試驗，取得了很好的效果，使淀積物下精美的雕刻品重見天日，這一方法值得推廣。關鍵技術是采用適當的化學試劑使巖體表面的淀積物軟化，必須通過試驗論證后方能在洞窟內實施。

5、煙熏外殼的清洗

煙薰病害僅存在于路洞洞窟中，路洞正壁的煙薰區以前曾采用清洗劑進行過清洗試驗，可以有效的清除雕刻品表面的黑色，但顏色泛白。必須加強對清洗劑化學配方的試驗研究。

6、風化剝落病害防治對策