我國石窟寺病害及其類型研究

王金華 陳嘉琦 王樂樂 王 奕 高佩華

（1.復旦大學文物與博物館學系 上海 200433；2.中國文化遺產研究院 北京 100029）

內容提要：目前，國內外關于石質文物病害的研究還不能涵蓋我國石窟寺病害的內涵及屬性。國內在石窟寺病害相關載體、本體、表層巖石、淺表層巖體、病害的概念等方面還存在概念不清晰和不規范、研究對象界定模糊、與我國石質文物保護實踐相脫節等問題。根據我國石質文物特征以及保護實踐的特點，石窟寺病害類型可劃分為“石窟寺環境與載體巖體工程地質病患”和“石窟寺文物本體病害”兩大類別，病患類別包括危巖體（崩塌）、滑坡、地下水剝蝕、洪水及泥石流、地震等類型，病害類別包括開裂失穩、水侵蝕、風化、生物病害、人為活動誘發的病害等類型。

一、前言

石窟寺病害及類型是我國石質文物保護學的基礎概念，用于描述威脅石質文物保存的破壞現象，已成為文物保護學的通用術語。石窟寺保護是一個多學科相互交叉的綜合學科，其理論和方法主要來源于兩個方面：一是國際石質文物保護學，尤其是歐洲石質文物保護學的理論和方法；二是以地質學為主，融合文物保護學、建筑學、化學、材料學、物理學等學科的理論和方法。但是，我國石質文物尤其是石窟寺文物，與國際石質文物以及地質學、建筑學、材料學等學科，既存在共性，也存在顯著的差異。因而，我國石窟寺保護學在基本概念以及理論、方法等方面還處于探索發展階段，目前還未形成完善的學科體系。

我國關于石窟寺病害術語定義及類型劃分有多種研究和解釋，包括已發布的各種“指南”“標準”“規范”等，既有共識和共性的方面，也存在基于不同目的的不同解釋，存在的主要問題有以下幾點：（1）一詞多義、一義多詞，相互交叉、相互重疊；（2）系統性、規范性存在欠缺；（3）研究對象界定不明確；（4）與我國石窟寺保護實踐脫節。更為重要的是，石窟寺病害研究與分類不系統、不規范的現狀難以滿足文物保護術語標準化的需要，不利于文物保護技術信息的準確與科學交流。石窟寺病害及分類研究是石質文物保護學最基礎的工作，對我國石窟寺病害及病害類型進行系統、深入的探討分析，有利于完善我國石質文物保護學基礎工作，體現我國文物保護工作的特色，提升對我國石質文物病害認知的系統性，最終推動我國文物保護學理論和方法進展，完善學科體系建設。

二、石質文物病害國內外研究現狀評析

國內外在石質文物病害及其類型領域的研究工作比較充分，這是我國石窟寺病害研究的基礎。已有石質文物病害的研究對象偏重于石質文物本體，對于具有自然地質體特征石窟寺文物的地質環境、載體巖體關注不夠。目前國內外關于石質文物病害的研究還不能完全涵蓋我國石窟寺病害的內涵及屬性。

《石質文物病害分類與圖示》（WW/T 0002-2007）對石質文物病害的定義：在長期使用、流傳、保存過程中由于環境變化、營力侵蝕、人為破壞等因素導致的石質文物在物質成分、結構構造，甚至外貌形態上所發生的一系列不利于文物安全或有損于文物外貌的變化[1]。

《石質文物保護工程勘察規范》（WW/T 0063-2015）對石質文物病害的定義：在自然營力作用和人為因素影響下形成的，影響文物結構安全和價值體現的異常和破壞現象[2]。

《館藏磚石文物病害與圖示》（GB/T 30688-2014）對磚石質文物病害的定義：由于自然損傷及人為破壞導致的磚石文物物質成分、結構、外貌所發生的變化現象[3]。

以上有關石質文物的標準、規范對石質文物病害定義的共識：一是將病害定位于一種“破壞現象”；二是影響因素包括兩個方面，即自然環境因素和人為活動因素；三是在影響后果上包括文物在物質成分、結構變化的現象和影響文物價值外觀及形態變化的現象。

對于石質文物病害的定義及病害類型的劃分，現有以下幾種形式：《石質文物病害分類與圖示》（WW/T 0002-2007）采用二級分類體系，提出了7個類別、19種病害類型（表一）。《石質文物保護工程勘察規范》及黃克忠先生等《巖土文物建筑的保護》[4]，提出了石質文物環境地質病害的分類（表二）。李宏松《石質文物巖石材料劣化特征及評價方法》系統研究了石質文物病害的特征及評估方法，按照石質文物病害的現象及破壞形式，提出組群、典型類型、獨立類型的三級分類分級體系，共界定了5個組群、17個典型劣化類型、8個獨立類型，計24種病害類型[5]（表三）。國際古跡遺址理事會石質學術委員會（ICOMOS-ISCS）發布《巖石病害特征術語表》，按三級分類結構，提出了5個類別、33種病害類型[6]（表四）。

表一// 《石質文物病害分類與圖示》（WW/T002-2007）病害分類表

表二// 《石質文物保護工程勘察規范》（WW/T0063-2015）石質文物主要病害類型

表三// 《石質文物巖石材料劣化特征及評價方法》巖石材料劣化病害類型

表四// ICOMOS-ISCS《巖石病害特征術語表》石質文物病害分類

從以上石質文物病害的術語及病害類型劃分可以看到：一是“病害”被定性為破壞現象已是共識；二是石質文物病害類型以破壞現象、破壞方式、破壞形態為主要劃分依據，但同時又考慮到病害的原因，在病害類型描述上出現交叉、重疊的情況；三是注意到石質文物中石窟寺既具有地質體特征，又具有構筑物、藝術作品的特征，但分類時區別界定不明確；四是以石質構筑物、石質藝術作品的結構形態為重點分類，忽略了我國石質文物以石窟寺及摩崖造像為主體的地質體特征，雖然提出了地質環境和載體巖體病害，但兩者似乎各自孤立，關聯性、整體性、系統性體現不充分。

三、石窟寺病害概念及其類型劃分的原則

我國石窟寺及摩崖造像內容豐富、規模龐大、數量眾多、分布廣泛，在我國石質文物中處于主體地位。從保存環境上，與人工營造的石質文物建筑和具有獨立結構的古代石刻、石雕像等藝術作品相比，其具有地質體和人工營造建筑及藝術品的雙重特征[7]。石窟寺文物病害定義的范疇，既應考慮石窟寺文物本體的結構及雕塑藝術品的特點，又要考慮依托自然山體地質環境的特點，同時還要充分考慮我國石窟寺及石刻保護工作特點和保護實踐的需求。

由此，我國石窟寺病害定義及其類型劃分的基本原則有如下幾點：（1）石窟寺（含摩崖造像）是我國石質文物的主體；（2）石窟寺地質環境、載體巖體與文物本體是具有關聯性的一個整體；（3）雕塑藝術品等文物本體的文物屬性是主體；（4）自然山體的地質體為石窟寺文物的依托載體，其自然屬性顯著，也是石窟寺文化景觀價值的重要組成部分，具有文物屬性；（5）與國家及文物行業領域相關規范、標準基本協調；（6）與石窟寺文物的安全及文物價值密切相關；（7）在尊重傳統習慣表述方法基礎上，體現系統化、規范化等[8]。

在有關石窟寺病害評估的描述中，常用到的概念有：“石窟寺文物本體”“石窟寺文物載體”“表層巖體（或稱表面巖石、表層巖石）”“淺表層巖體”等，但各個概念的具體涵義、解釋仍存在表述不準確、不恰當的情況。為此，本文對這些常用概念作出初步定義，以期引發業內關注，促進相關概念的進一步規范完善。

石窟寺文物本體：是指石窟寺洞窟、龕、摩崖等與石窟寺營建關聯的構筑物和石雕像、壁畫、彩塑、題刻（記）等雕刻藝術品；與石窟寺營建、發展演化相關的椽孔、寺院遺跡等，也屬于石窟寺文物本體范疇。

石窟寺文物載體：主要是指對石窟寺文物本體起支撐作用，并與文物本體結構安全密切相關的構造體及地質環境。包括石窟寺洞窟構筑物與雕刻藝術品所依托的山體，以及相關聯的地質體。

獨立結構體形制的石質文物或建筑形制的石質文物，比如碑、牌坊、漢闕、塔、經幢、墓志銘、石器、石雕像等，集石窟寺文物本體、文物載體為一體，定義為“石窟寺文物本體”更為恰當。

表層巖石：指受氣候營力因素（溫度、濕度、風、降雨、降雪、凍融等）、生物活動以及人為活動因素（大氣污染等）作用，影響文物本體結構安全保存的區域巖石。

在對石窟寺風化破壞病害進行描述時，常用到“表層巖體”“表面巖石”“表層巖石”等概念。一方面，石窟寺風化破壞病害一般發生在石窟寺構筑物與雕刻藝術品表層0～50cm區域的巖石內，并非平面的局限性的影響，“表面巖石”的概念不能反映風化破壞狀態在三維空間區域演化的特點，其涵義不夠準確；另一方面，石窟寺風化病害相關研究內容以風化破壞區域巖石的礦物成分、微觀結構、微觀形態為主，更多關注巖石材料的特征及變化而非區域巖體。因此，相對于“表層巖體”或“表面巖石”，采用“表層巖石”的概念更為恰當。

淺表層巖體：是指受地質營力及開挖石窟洞室應力調整而產生卸荷作用所引發的形變影響，與石窟寺構造巖體安全相關的區域巖體。根據石窟寺保護研究成果及保護實踐，一般為石窟寺崖壁0～30m范圍內的巖體。

在石窟寺保護領域，淺表層巖體的概念主要用于石窟寺巖體穩定性評估分析，與工程地質學常用的淺表層巖體內涵相近，但其性質有一定差異。工程地質學常用的淺表層巖體概念，主要是指影響建設工程安全范圍內的地表以下區域巖體，影響因素包括地質構造、地應力、卸荷作用等等，研究區域幾米至幾千米。而石窟寺營建依托的巖體大多為構造剝蝕斷崖和河流階地斷崖，地質構造簡單，地質應力穩定，基本不存在大規模的地質災害，其影響因素主要為局部區域山體的卸荷作用。

石窟寺本體文物的破壞現象被稱作“病害”已經形成共識，但將石窟寺環境與載體巖體的安全隱患稱作“病害”不夠準確。這些病害與工程地質學的“不良地質現象”關聯密切，但又有所不同，因此筆者提出“石窟寺環境與載體巖體工程地質病患”的概念。依據石窟寺賦存環境、文物結構體、構造體的特點，石窟寺病害可劃分兩個類別：“石窟寺環境與載體巖體工程地質病患”與“石窟寺文物本體病害”。依據影響因素、作用方式、破壞特征，每個病害類別又各分五種病害類型（表五），共計10種病害類型。

表五// 我國石窟寺病害類型

四、石窟寺病害概念及其類型

石窟寺病害的概念是：在地質營力作用、生物活動、人為活動等因素影響下形成的，威脅石窟寺環境及載體巖體安全的工程地質病患；以及對石窟寺文物本體等造成材料（巖石材料、人為彩塑材料等）劣化、微觀結構損傷、形態及形制破壞、顏色變化等，影響石質文物安全保存和文物價值的破壞現象。

（一）石窟寺環境與載體巖體工程地質病患

石窟寺環境與載體工程地質病患是在地質營力作用、人為活動等影響下形成的，對石窟寺文物環境、載體巖體及人類生命財產構成安全威脅的工程地質病患或地質現象。

根據我國石窟寺及石刻保護研究成果，古人在選擇石窟寺營造、雕刻地點時，考慮到了地質環境的安全性，依托的地質體工程地質條件一般較好。我國石窟寺地質環境及載體巖體是基本穩定的，一般不存在大規模的地質災害。我國石窟寺環境及載體巖體存在的主要工程地質病患是局部巖體失穩，以及石窟寺環境有限規模的洪水、泥石流危害等，主要分為五種類型：（1）危巖體（崩塌）病患；（2）滑坡病患；（3）地下水剝蝕病患；（4）洪水及泥石流病患；（5）地震病患。

1.危巖體（崩塌）病患

地質學的危巖體（崩塌）是陡傾斜坡上被裂隙切割的局部巖體，在重力作用下突然脫離母體，并以垂直位移運動方式發生翻滾、跳躍、墜落而堆積在坡腳（或溝谷）的地質現象[9]。危巖體雖然還沒有發生崩塌破壞，但具備發生崩塌的主要條件，是潛在的崩塌體。

石窟寺的危巖體病患主要是指發育在載體巖體的失穩巖體，一般規模較小。雖然危巖體規模有限，危害性是局部的，但其破壞的后果十分嚴重，往往會對石質文物造成損毀性的破壞，普遍存在于我國石窟寺及摩崖造像，是主要的工程地質病患。甘肅麥積山石窟、炳靈寺石窟，新疆克孜爾千佛洞，寧夏須彌山石窟，河南龍門石窟，四川樂山大佛等大部分石窟崖壁載體巖體都曾存在危巖體的安全威脅，發生過危巖體垮塌破壞。

2.滑坡病患

滑坡是指斜坡上的土體或巖體受地下水活動、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或軟弱帶，整體或分散地順坡水平滑動運動的地質現象[10]。滑坡是地質邊坡最為普遍的地質災害，危害十分嚴重，是地質工程的主要研究及治理對象。

我國石窟寺地質環境條件總體較好，不存在大規模山體滑坡地質災害，但部分石窟寺周邊地質環境仍存在小規模滑坡災害的威脅，對石窟寺、石刻環境及載體巖體造成威脅。比如四川廣元皇澤寺石窟前坡體為坡積物滑坡體，坡體的滑動變形對石窟寺環境以及文物、人員造成安全隱患。

3.地下水剝蝕病患

石窟寺地下水是指埋藏在地表以下巖石空隙中的，在重力作用下自由向下滲透的重力水。地下水對石窟寺巖體的破壞主要是剝蝕破壞，即沖刷破壞作用和對可溶性巖石的溶解破壞作用[11]。

我國石窟寺依托自然地質體而建，在開鑿營造選址時一般避開了地下水長期滲水或嚴重滲水的區域。自然地質體一般裂隙十分發育，大氣降雨引發石窟寺巖體裂隙產生的季節性、臨時性地下水滲水，即裂隙滲流水，是我國石窟寺主要的地下水剝蝕破壞形式。龍門石窟、重慶大足石刻、樂山大佛、陜西彬縣大佛寺、山西云岡石窟等石窟寺存在嚴重的裂隙滲水現象以及地下水誘發剝蝕破壞問題，對石雕像、彩塑、壁畫等石窟寺文物造成嚴重損害[12]。

4.洪水及泥石流病患

泥石流是指在山區或者其他溝谷深壑等地形險峻的地區，因為暴雨、暴雪或其他自然災害引發的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。洪水是液態洪流，泥石流是固體和液體混合體且固體含量很大的洪流[13]。洪水及泥石流具有很大的破壞力，往往短時間內造成很大的災害。我國西北地區石窟寺，比如新疆克孜爾千佛洞、庫木吐拉千佛洞、森姆塞姆千佛洞，甘肅敦煌石窟等石窟寺，存在山間溝谷洪水及泥石流的工程地質病患。

根據《中國氣候變化藍皮書（2019）》[14]，近幾十年來，我國西北地區氣候由暖干向暖濕轉變，氣候系統變暖趨勢進一步持續，極端天氣氣候事件趨多趨強，尤其極端氣候事件增多增強，降雨量明顯加大，極端日降水量事件的頻次呈增加趨勢。西北地區河流、溝谷的洪水、泥石流災害頻次增加的危害，應引起我們的高度重視。如2019年7月6日在21小時內，莫高窟連續降雨量達40.4毫米（年平均降雨量39.9毫米），部分洞窟巖石垮塌，洪水導致莫高窟景區三處道路塌陷斷裂，景區關閉。

5.地震病患

地震又稱地動，是地殼快速釋放能量過程中造成的振動，期間會產生地震波的一種自然現象[15]。石窟寺地震破壞問題是指地震破壞作用導致的石窟寺山體崩塌，引發石窟寺環境、載體巖體、文物等損毀破壞，并嚴重危及人員安全。

麥積山石窟歷史上幾次大規模崩塌都是地震引起的。從有記載的一千九百多年以來，地震在麥積山石窟附近的天水相當頻繁，有嚴重破壞的達15次。隋仁壽二年（602年）的大地震，使開鑿于北周天和元年至天和三年（566—568年）的七佛閣前廊柱和石雕龕檐及以下約1000立方米的崖壁震塌，此處的洞窟幾乎全部崩塌殆盡。1952年的一次地震又將211窟窟頂的一塊初唐壁畫震落[16]。

（二）石窟寺文物本體病害概念及類型

石窟寺文物本體病害是指在自然營力、生物活動、人類活動等影響因素作用下，石窟寺文物雕刻品及支撐結構巖體發生材料劣化、結構損傷、外貌形態變化等，對文物安全及文物價值造成損傷或損毀的破壞現象。

由于石窟寺文物本體文物信息載體規模很小，一般為石窟寺表層幾厘米至幾十厘米巖石，文物本體病害更易發生、損害更為直接，對文物價值的危害性更大。

依據破壞作用，石窟寺文物本體病害類型主要分為五種類型：（1）開裂失穩病害；（2）水侵蝕病害；（3）風化病害；（4）生物病害；（5）人為活動誘發的病害。

1.開裂失穩病害

開裂失穩病害是指由于裂隙切割的影響，石窟寺本體結構巖體失去原有的力學平衡狀態，造成石窟寺本體結構巖體等發生開裂、變形直至失穩垮塌的破壞現象，對石窟寺文物形態、形制、結構造成損害，影響文物本體結構安全和文物價值（圖一）。

圖一// 大足石刻-寶頂山大佛灣"截膝地獄變相"巖體開裂失穩病害（圖片來源：作者自繪）

石窟寺文物本體開裂失穩病害與地質環境及載體巖體的開裂、變形危巖體病患相比，規模小，開裂變形小。由于此病害直接發生在雕塑藝術品上，會對雕塑品造成直接破壞，危害性極大，也是石窟寺及石刻比較普遍的病害現象。

比如，大足石刻寶頂山大佛灣“截膝地獄變相”造像巖體出現的開裂變形破壞現象，隨著裂隙的進一步擴展，變形巖體有垮塌的危險[17]。

2.水侵蝕病害

由毛細水、凝結水以及水汽運移誘發石窟寺文物表層巖石水巖侵蝕作用破壞，是石質文物本體普遍的破壞方式之一。水巖作用指在地質作用過程中，水溶液與礦物巖石間物質成分、微觀結構相互作用發生的力學作用和物理化學反應。1960年，王大純教授在《云岡石窟工程地質問題》明確提出“云岡石窟水巖長期而緩慢的相互作用是石雕遭受風化破壞的主要原因”[18]。

水巖作用病害類型有：（1）水侵蝕作用病害；（2）水凍脹作用病害；（3）水合及水解作用病害；（4）水溶解作用病害等。

3.風化病害

普通地質學中的風化作用是指由于受到大氣營力(包括溫度、降水、風等)以及生物活動等因素的影響，地殼表面或接近于地面的巖石將會發生機械破壞或化學分解。這種物理性質或化學性質的變化被稱為“巖石的風化”，而引起巖石變化的作用被稱為“風化作用”[17]（目前石質文物界常用“劣化”概念，更加適合巖石材料性能、成分、結構的衰減過程及現象，但難以涵蓋石窟寺文物的材料劣化、結構損傷、形態演化、色澤變化、附著物覆蓋等多類破壞現象）。

地質學或工程地質學中巖石風化現象的研究對象主要是巖體，研究目的是解決工程實踐的地質學問題；研究時限為地質年代演化進程中時間跨度（百萬年計）；研究過程包括未風化、微風化、中度風化、全風化、殘積土全過程；研究規模跨度大，為幾米至幾十米甚至幾百米，對這一跨度更為準確的名稱是“風化帶”。

石窟寺文物保護學作為工程地質學的深化和拓展領域，屬于精細化文物工程地質學的范疇。風化病害研究的目的是保存狀態及發展趨勢評估，阻止或延緩風化病害演化進程，使珍貴文物延年益壽；研究時限具體明確（石窟寺及石刻開鑿后的狀態可以認定為新鮮巖石狀態，而開鑿時間一般有較為明確的記載，這一時間即可作為風化病害演化的起始時間），以及未來幾十年、幾百年時間的演化；研究的尺度只有幾厘米至幾十厘米（一般20～30厘米、最大50厘米）；研究重點是中等風化、強風化類型。

石窟寺文物風化病害指在大氣營力（包括溫度、降水、風等）、生物活動以及人類活動等因素的影響下，石窟寺表層巖石發生機械破壞或化學分解變化等風化作用，引發石窟寺文物表層巖石材料劣化、結構損傷、外貌形態變化以及顏色變化，影響了文物安全和文物價值。

在許多文獻、研究文章甚至行業規范中，把石窟寺“風化病害”表述為“巖石表面風化病害”，這是不恰當、不準確的。“表面”是二維空間，不能準確描述“風化病害”，“風化病害”有一定深度且具有三維空間的含義，“巖石表層風化病害”的表述更為恰當。

按風化破壞作用機理，風化作用病害分為兩種類型：（1）物理風化作用病害；（2）化學風化作用病害。

4.生物病害

生物病害是指石窟寺文物表層巖石礦物、微觀結構、外貌等受生物生長及活動影響而發生的風化破壞現象。由于破壞作用方式的獨特性以及生物病害十分普遍，這種病害作為單獨病害類型。

生物通過生命活動的粘著、穿插和剝離等機械活動使礦物顆粒分解，是“生物物理風化”；生物通過自身分泌及死后遺體析出的酸等物質，對巖石的腐蝕稱為“生物化學風化”。對于露天保存的石窟寺，動物爪蝕破壞、動物糞便、動物的巢穴等也對文物造成損害。

依據生物的種類，生物病害主要劃分為三種類型：（1）植物作用病害；（2）藻類及微生物病害；（3）動物活動病害。

5.人類活動誘發的病害

我國石窟寺因人為活動引發的病害主要有三個方面：（1）大型水利工程建設產生的病害；（2）大氣污染及酸雨危害；（3）人為生活活動的病害。

大型水利工程建設產生的病害如甘肅劉家峽水電站的修建造成炳靈寺石窟寺窟前沖溝嚴重淤積，淤積了30～40米厚的沖積物，掩埋了部分位置低的石窟，而且淤積過程仍在加劇；1977年在庫木吐拉千佛洞前渭干河下游修建水電站，渭干河水位、河床升高，河水倒灌進入部分低位置的石窟，對石窟內的壁畫造成嚴重破壞。

大氣污染對文物古跡的損害作用日趨嚴重，已成為全世界共同關注的問題。環境污染源有酸雨、有害粉塵以及工業、汽車燃油等造成的二次污染，其中酸雨危害是最大最普遍的。

早期朝拜或生活活動，比如在洞窟內烤火避寒，煙熏對石窟寺石雕像、彩塑等造成了嚴重的煙熏積垢污染，在20世紀20—40年代，庫木吐拉千佛洞、云岡石窟等多個洞窟就存在生活煙熏的病害。

五、結論

石窟寺保護是我國石質文物保護的主體工作，本文充分考慮我國石質文物特點以及保護實踐的需求，既將石窟寺賦存環境與文物本體視為一個整體，又從石窟寺賦存環境和文物本體兩個維度開展了石窟寺病害概念及其類型的評估分析，并從破壞作用切入對石窟本體病害歸類（表五），有利于完善我國石窟寺保護學基礎工作，提升對我國石窟寺病害認知的系統性，最終推動我國文物保護學理論和方法進展，完善學科體系建設。