宜昌市三游洞摩崖石刻地質環境調查與評估

李 青

（宜昌市三游洞管理處，湖北 宜昌 443000）

三游洞摩崖石刻距離湖北省宜昌市大約10 km，為歷代先民鐫刻于西陵山北峰峭壁自然巨大山洞及其周邊巖體之上摩崖題刻類古文化遺存，具有極高的歷史、文化及其藝術價值，2006年5月25日，三游洞摩崖就列入了第六批全國重點文物保護單位。三游洞及其周邊巖體保存的碑刻題記是三峽地區至今為止保存數量最多，歷史跨度最大（北宋至民國）的摩崖石刻，該地區是研究唐宋在歷史上的政治、經濟、文化地位很重要的資料。它的內容對反映唐宋以來曾游訪三游洞的歷史人物、該地區的自然景觀和人文景觀的歷史沿革，具有重要的歷史價值[1]。其中只題刻的作者就包括唐宋以來很多著名的文學家、書法家，題刻的字體風格也包含了多種不同的書法形式，具有較高的藝術和文學研究價值。

但由于題刻依存的山體屬于巖溶地貌，其材質組成主要為石灰巖基地，而石灰巖在地表徑流的作用下，極易發生溶蝕、水流溶蝕作用，加之摩崖題刻自身結構的影響：在重力、沿邊裂隙的作用下，多處發生崩落、坍陷等現象[2]。而題刻區域存在影響石刻及其遺存長期穩定存在的危巖裂隙、表面風化等病害的產生、發展及其變化與其保存環境尤其是地質環境有著直接的關系，為了更好地認知摩崖題刻病害的機理、發展規律及其治理關鍵因子，對三游洞保存環境、工程地質條件、地質環境展開詳細的勘查與評估，是三游洞摩崖題刻綜合保護與合理利用的前提與基礎，這也是本為展開相關研究與評估的核心目的。

1 三游洞自然環境特征

1.1 氣候特征

三游洞位于宜昌市，屬于亞熱帶大陸季風氣候。年平均氣溫16.8℃，四季分明，冬季一月份最冷，平均氣溫4.7℃，極端最低氣溫-9.8℃；夏季7月份最熱，平均氣溫28.3℃，極端最高氣溫43.9℃。降水豐沛，多年平均降水深1 213.6 mm，年最低降水深643.9 mm；多年平均蒸發量1 271.3 mm，潮濕系數0.91，為濕度適中帶。

1.2 水文特征

由于三游洞三面環水，背靠長江三峽的西陵峽口，面對下牢溪。而長江流域屬亞熱帶季風氣候區，西南季風和東南季風均可進入，為暴雨的形成提供了有利條件。長江降雨量豐沛，多年平均降雨量1 057 mm，在正常年份，長江流域的雨帶從三四月起，自東南向西北移動，中下游的雨季早于上游，江南早于江北。降雨量分布由東南向西北遞減，中下游降雨多于上游。長江是雨洪河流，洪水變化規律與暴雨大體相應，其入汛時間中下游早于上游，一般年份，鄱陽湖水系和洞庭湖湘江4—6月為主汛期，洞庭湖的資、沅、澧水則為5—7月，上游各支流7—9月，如遇有秋汛，10月份也會發生大洪水。長江干流各控制站年最高水位和最大流量出現時間一般在6—9月，而以7—8月為最多。長江的年徑流量為8 890億m3，其中上游來量占47%，洞庭湖占21%，鄱陽湖占17%。長江的大暴雨洪水可分為全流域性和局部區域性兩種類型；前一種降雨范圍廣，歷史長，上下游雨季重迭，且雨區移動方向大致與干流流向一致，干支流洪水發生嚴重遭遇，如1954年和1998年；后一種是干流某些河段和若干支流發生大強度大面積的暴雨所造成，如中游的1935年、1996年，上游的1981年，漢江的1983年等。

宜昌市地下水主要類型為上層滯水和孔隙潛水。上層滯水補給來源為大氣降水和地下水管漏水，一般水量較貧乏，但受降水量與周邊下水道的滲水量的變化影響很大。孔隙潛水與長江有密切的水力聯系，其水位受長江水位的控制，具穩定連續的潛水面，并與長江水位基本一致，含水層厚度大，水量豐富，在洪峰期間具承壓性[3]。

景區的基巖地下水主要為基巖巖溶裂隙潛水、基巖層間巖溶裂隙潛水，賦存于各種構造裂隙、巖溶空洞中，主要受大氣降水和地表水的補給，埋藏淺，有的可見懸掛水，動態變化大，空間分布不均。灰巖不同程度發育有溶洞、溶縫、溶孔，規模與層厚、部位及構造有關。

1.3 地貌特征

景區地貌為巖溶地貌，是灰巖經受水流溶蝕、侵蝕以及巖體重力崩落、坍陷等作用過程，形成地表和地下各種侵蝕和堆積物體形態[4]。主要變現成為：

(1)石柱或石筍，主要為地表水沿灰巖內的節理面或裂隙面等發生溶蝕，形成溶溝（或溶槽），使原先成層分布的石灰巖被溶溝分開成石柱或石筍（圖1）。

圖1 石柱地貌

(2)落水洞，主要為地表水沿灰巖裂縫向下滲流和溶蝕，超過100 m深后形成。

(3)溶洞，由于落水洞下落的地下水到含水層后發生橫向流動而形成。溶洞的形成是石灰巖地區地下水長期溶蝕的結果。石灰巖的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），在有水和二氧化碳時發生化學反應生成碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步擴大。三游洞的主洞即為地下水長期溶蝕而形成的溶洞。

2 三游洞地質勘查結果

2.1 地層分布特征及巖石巖性特征

三游洞出露地層主要為寒武系上統（€2sn）灰色、深灰色中厚—巨厚層白云質灰巖，白云巖及灰巖。頂部含燧石結核，中部夾少量薄層頁巖（圖2）。由于地下水的不斷溶蝕，巖層露頭面積較大。巖層面較緩，產狀為145°∠5°。受地下水的溶蝕嚴重，而且裂隙寬度和長度較大，較發育，部分裂隙有黏土、碎石充填（圖3），見表1。裂隙走向玫瑰花圖見圖4。裂隙的切割導致巖體剝落，崩塌，在景區多處可見。

灰巖：灰、灰白、灰黑色，主要礦物為白云石、黏土礦物和碎屑礦物。白云石含量達25%～50%。巖石結構為碎屑和晶體結構。塊狀構造。抗風化能力較弱，含水透水性差。具軟硬相間特征，力學強度不均一，受構造變動較為強烈，在構造和卸荷裂隙的共同作用下，易沿軟弱夾層、結構面產生崩塌、滑移、巖溶塌陷等工程地質問題。

表1 三游洞巖體主要裂隙勘察統計表

圖2 灰巖

圖3 裂隙發育

圖4 裂隙走向玫瑰花圖統計

2.2 地質構造特征

宜昌市位于鄂中褶斷區的黃陵斷穹與江漢斷陷的過渡帶（黃陵斷穹核部南東25 km，遠安大斷裂南西45 km處）。受黃陵斷穹和遠安大斷裂的影響，區內一系列褶皺和斷裂均向黃陵斷穹倒轉、逆沖或環繞，而沉積的白堊系紅層逾近遠安大斷裂，厚度漸厚。

宜昌地區在區域地質構造上，處于揚子準地臺、上揚子臺坪鄂中褶斷區的西部、黃陵斷穹東面。區域性斷裂構造主要有：香溪鎮南—五峰漁洋關以南逾10 km的北北西走向的仙女山斷裂（帶）、秭歸九畹溪—龍馬溪的近南北走向的九灣溪斷裂、宜都紅花套—秭歸天陽坪的北西西走向的天陽坪斷裂、黃陵斷穹北部的北西—北西西走向的霧渡河斷裂，以及秭歸龍會觀—保康縣城北西面的 北北東—東向的新華斷裂等（圖5）。

圖5 宜昌市構造體系圖（來源：作者根據相關資料繪制）

2.3 三游洞地震活動評估

位于西北面的新華斷裂、南面的仙女山斷裂和九灣溪斷裂、南東面的天陽坪斷裂以及北東面的霧渡河斷裂，在挽近期都有過不同程度的活動。這些活動性斷裂的長度由30～120 km不等。垂直滑動速度為0.05～0.11 mm/α；它們在挽近期的構造活動，無論是其強度或升降幅度，均具繼承性的特點。第四紀以來，在鄂西山區范圍，主要表現為間歇性、不均勻性和強烈上升的“掀斜性”（西部快，東部慢）與部分斷裂的再活動。區內地震活動較活躍，但以弱震為主。自1959年在三峽和宜昌地區范圍建立地震臺網觀測以來，經儀器記錄到的最大震級為5.1級（1979年5月22日秭歸龍會觀地震，與新華斷裂活動有關）。震源深度8～16 km，震中烈度V～Ⅶ度，歷史上在宜昌地區境內，未發生過6級以上的破壞性地震。強震分別出現于鄂西南咸豐縣的大路壩（1856年6月10日，6.5級，震中烈度Ⅷ度，并伴隨嚴重的山崩、地陷等災害）、河南南陽地震（公元46年）、陜西安康地震（公元788年）及湖南常德大地震（公元1631年）。后三者的震級均在6.5級以上，震中烈度均為Ⅶ度。以上這些破壞性大地震與工程區平均距離200 km以上。

綜上所述，景區所處地段發生6級以上破壞性地震的可能性較小。

3 三游洞地質環境及地質災害分析

3.1 周邊的地質環境和地質災害分析

3.1.1 主洞

三游洞的主洞位于陡壁之上，洞室開闊，洞寬約20 m，高10余 m，深約20 m（圖6），為地表水沿灰巖內的節理面或裂隙面等發生溶蝕而形成的溶洞，洞中橫排3根鐘乳石柱，為原先成層分布的石灰巖被溶洞分開而成。立面圖和剖面圖見圖7、圖8。巖質邊坡坡度較陡，接近垂直，巖層產狀145°∠5°。上覆石灰巖體厚13 m左右，頂上有約3 m的覆蓋層，灌木叢生。現溶洞發育已進入晚期，僅洞內有少量的水溶蝕。洞內所形成的3根鐘乳石柱對洞體的穩定起到了很好的作用。主洞整體基本穩定。

主洞右側可見一危巖體（圖9）。該危巖體被一條長約0.5 m的裂隙切割而成，并且上面的植被已見松動，隨著重力的作用和地表水的持續沖刷，發生剝落和垮塌的可能性較大，需及時進行加固處理。

主洞左側可見一巖腔體（圖10），正對人行通道上方，為人工開挖而成。該危巖體裂隙發育，被巖層面和裂隙切割為多個孤立的塊體，有較大的臨空面，由于上覆巖體有十幾米厚，重力大，崩塌的可能性較大，并且下方即為游客通道，危險性大，必須及時進行支撐處理。

圖6 主洞全貌

圖7 主洞立面圖

圖8 主洞剖面圖

圖9 主洞右側危巖體

圖10 主洞左側巖腔體

3.1.2 “鬲凡”壁刻

“鬲凡”壁刻位于主洞右側，為清人陸維的隸書壁刻（圖11）。該處裂隙發育。可見4組大的裂隙。但所切割的塊體較大較完整，未脫離巖體主體，整體穩定性較好。

3.1.3 張飛擂鼓臺

圖11 “鬲凡”壁刻

張飛擂鼓臺位于三游洞的西陵山頂，面臨大江處，為一柱形石峰（圖12）。立面圖、剖面圖見圖13、圖14。擂鼓臺左側下方為一凹形巖質邊坡（圖15），邊坡坡度60°～80°，坡體樹木茂盛，并有大的塊石堆積，為上部巖體垮塌堆積，游客通道處有一排石碑雕刻。由于坡體植被茂盛，覆蓋率較高，對坡體起到很好的固著作用，發生大的地質災害的可能較低。

圖12 張飛擂鼓臺

圖13 張飛擂鼓臺立面圖

圖14 張飛擂鼓臺剖面圖

圖15 張飛擂鼓臺下方邊坡

擂鼓臺正下方巖體破碎嚴重，可見較大的3組裂隙，分別為290°∠69°，250°∠85°，225°∠73°，而且大部分巖體被裂隙切割，并已脫體巖體主體，發生過崩塌，三游洞管理處已對其用柱進行支撐處理（圖16）。但仍有一些大的塊體已懸空，有很大的下落空間，而且有些破碎的小塊體隨時有剝落的可能，危險程度仍很高，需及時進行處理。建議對懸空的大塊體進行錨索支護，對小塊體進行掛網支護。

圖16 張飛擂鼓臺下方崩塌巖體

3.1.4 南宋軍事遺址

因三游洞位于西陵峽峽口，軍事地位尤為突出。此段墻體為楊修之修建三游洞城的局部（圖17）。

圖17 南宋軍事遺址

遺址位于基巖之上，地基較穩固，高度較小，約3 m。頂上為游客行道，背面的坡度較緩，為20°～30°，覆蓋層薄，坡上植被茂盛，水土流失很弱。遺址的地質環境相對較穩定，發生垮塌的可能性較小。

3.1.5 郭沫若題詞

該題詞面臨長江，題詞位于陡坎之上（圖18），巖體裂隙較發育，題詞處巖體較完整，穩定性較高。但左側多處巖體被裂隙切割成塊體，而且上部覆蓋層的土質已較為疏松，植被覆蓋率低（圖19），若有持續性的降水，將導致覆蓋層的垮塌和巖體的崩塌，影響游客的安全，建議對其進行噴錨支護處理。另外，緊靠陡崖邊上的游客樓梯通道，由于地基的沉降，現已出現較大程度的下陷，需要及時進行加固處理。

圖18 郭沫若題詞

圖19 左側巖體

3.1.6 峽口軍壘遺址

峽口軍壘遺址位于三游洞后山，東臨峽口，南濱大江，1983年發現該遺址，南北長十幾米，東西寬9 m，殘高3 m，均用幾何紋和繩紋砌就（圖20），并出土大量文物，其剖面圖見圖21。

由于三面環水，為三游洞的地勢最低處，地勢平坦，坐落在基巖上，地質環境相對較穩定，但是長期受到江水的沖刷侵蝕，對遺址地基的影響較大，需加強地基的保護。

圖20 峽口軍壘遺址

圖21 峽口軍壘遺址剖面圖

3.2 景區的地質災害等級劃分

以上對三游洞的地質、地貌、水文、地質災害等方面的特征進行了描述和分析，總結了景區地質災害發生的地質背景、地貌條件、水文條件等方面的性質，通過對各個題刻的實地調查和分析，可為三游洞各題刻的地質災害進行等級劃分。劃分等級和依據見表2。

表2 三游洞景區地質災害等級劃分依據

嚴重等級：在該等級中，題刻的地質災害是容易發生的，受到地質災害的威脅比較嚴重，需要及時采取一定的保護措施，主要有：主洞左側危巖體、主洞右側巖腔體、張飛擂鼓臺下方崩塌體、郭沫若題詞左側巖體。

一般等級：在該等級中，題刻區域的地質災害可能會發生，但不嚴重，需要采取簡要的保護措施，主要有：主洞、峽口軍壘遺址。

輕微或無地質災害等級：在該等級中，題刻所在區域的地質環境良好，地基穩定，地形平緩，地質災害的影響不嚴重。主要有：南宋軍事遺址。

4 三游洞文物遺存點地質災害防治規劃建議

4.1 地質災害防治規劃的原則

根據目前對三游洞摩崖題刻地質環境及地質災害等的調查，再考慮到景區總體的保護規劃，景區的地質災害防治規劃遵循的原則是：

(1)總體原則，應符合景區保護規劃的總體原則，在總體保護規劃的原則下，進行地質災害的防治規劃的制定。

(2)優先原則，根據具體的情況，對景區的地質災害防治要有輕重緩急，哪些需要優先治理，哪些可以放后治理，如對一些即將發生地質災害的應優先治理。

(3)重點原則，對一些重要的題刻所在區域應該進行重點防治。

(4)現實原則，根據現有的技術能力和財力，對題刻所在區域的防治要用最小的資金達到最好的效果。

(5)美觀原則，對題刻所在區域的地質災害采取的防治措施，盡量不要影響題刻的原貌和美觀，實施的工程在用材、色彩、表觀上要與景區原貌和諧統一。

(6)漸進原則，在地質災害防治的過程中，應該來取先易后難的方式漸進進行，在獲得治理經驗的基礎上，再對較難防治的地質災害進行治理[5]。

4.2 各文物遺存點的地質災害防治措施

在景區地質災害防治的原則指導下，根據實地調查的情況，建議對各題刻所在區域的地質災害防治采用如下措施，如表3所示。

表3 各題刻所在區域地質災害防治措施建議

5 結束語

戶外保存的大型摩崖題刻、石窟寺均屬于不可移動文物范疇，其病害尤其是影響長期穩定存在的沿邊開裂、崩塌、垮塌、危巖體等發生、發展與其保存環境地質結構有著直接的關系。本文從三游洞地層結構、巖石特性、工程地質缺陷諸多方面展開現場勘察工作，并按照三游洞摩崖題刻文物價值、賦存狀況、展示利用需求，總結出適合于三游洞摩崖題刻類戶外大型石質文物地質災害防治的綜合評估方法體系，不僅可以指導三游洞文物遺存的地質災害治理工作的科學、合理、有序展開，還可為類似文物文化遺存的科學保護提供借鑒與支持。