宜昌市三游洞摩崖石刻地質(zhì)環(huán)境調(diào)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(shù)價值，2006年5月25日，三游洞摩崖就列入了第六批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。三游洞及其周邊巖體保存的碑刻題記是三峽地區(qū)至今為止保存數(shù)量最多，歷史跨度最大（北宋至民國）的摩崖石刻，該地區(qū)是研究唐宋在歷史上的政治、經(jīng)濟(jì)、文化地位很重要的資料。它的內(nèi)容對反映唐宋以來曾游訪三游洞的歷史人物、該地區(qū)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(xué)家、書法家，題刻的字體風(fēng)格也包含了多種不同的書法形式，具有較高的藝術(shù)和文學(xué)研究價值。

但由于題刻依存的山體屬于巖溶地貌，其材質(zhì)組成主要為石灰?guī)r基地，而石灰?guī)r在地表徑流的作用下，極易發(fā)生溶蝕、水流溶蝕作用，加之摩崖題刻自身結(jié)構(gòu)的影響：在重力、沿邊裂隙的作用下，多處發(fā)生崩落、坍陷等現(xiàn)象[2]。而題刻區(qū)域存在影響石刻及其遺存長期穩(wěn)定存在的危巖裂隙、表面風(fēng)化等病害的產(chǎn)生、發(fā)展及其變化與其保存環(huán)境尤其是地質(zhì)環(huán)境有著直接的關(guān)系，為了更好地認(rèn)知摩崖題刻病害的機(jī)理、發(fā)展規(guī)律及其治理關(guān)鍵因子，對三游洞保存環(huán)境、工程地質(zhì)條件、地質(zhì)環(huán)境展開詳細(xì)的勘查與評估，是三游洞摩崖題刻綜合保護(hù)與合理利用的前提與基礎(chǔ)，這也是本為展開相關(guān)研究與評估的核心目的。

1 三游洞自然環(huán)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(fēng)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(fā)量1 271.3 mm，潮濕系數(shù)0.91，為濕度適中帶。

1.2 水文特征

由于三游洞三面環(huán)水，背靠長江三峽的西陵峽口，面對下牢溪。而長江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，西南季風(fēng)和東南季風(fēng)均可進(jìn)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(guī)律與暴雨大體相應(yīng)，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(fā)生大洪水。長江干流各控制站年最高水位和最大流量出現(xiàn)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(qū)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(qū)移動方向大致與干流流向一致，干支流洪水發(fā)生嚴(yán)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(fā)生大強(qiáng)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(bǔ)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(lián)系，其水位受長江水位的控制，具穩(wěn)定連續(xù)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(qū)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(gòu)造裂隙、巖溶空洞中，主要受大氣降水和地表水的補(bǔ)給，埋藏淺，有的可見懸掛水，動態(tài)變化大，空間分布不均?；?guī)r不同程度發(fā)育有溶洞、溶縫、溶孔，規(guī)模與層厚、部位及構(gòu)造有關(guān)。

1.3 地貌特征

景區(qū)地貌為巖溶地貌，是灰?guī)r經(jīng)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(tài)[4]。主要變現(xiàn)成為：

(1)石柱或石筍，主要為地表水沿灰?guī)r內(nèi)的節(jié)理面或裂隙面等發(fā)生溶蝕，形成溶溝（或溶槽），使原先成層分布的石灰?guī)r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?guī)r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(fā)生橫向流動而形成。溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長期溶蝕的結(jié)果。石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），在有水和二氧化碳時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(kuò)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(zhì)勘查結(jié)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(tǒng)（€2sn）灰色、深灰色中厚—巨厚層白云質(zhì)灰?guī)r，白云巖及灰?guī)r。頂部含燧石結(jié)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(chǎn)狀為145°∠5°。受地下水的溶蝕嚴(yán)重，而且裂隙寬度和長度較大，較發(fā)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(dǎo)致巖體剝落，崩塌，在景區(qū)多處可見。

灰?guī)r：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(dá)25%～50%。巖石結(jié)構(gòu)為碎屑和晶體結(jié)構(gòu)。塊狀構(gòu)造?？癸L(fēng)化能力較弱，含水透水性差。具軟硬相間特征，力學(xué)強(qiáng)度不均一，受構(gòu)造變動較為強(qiáng)烈，在構(gòu)造和卸荷裂隙的共同作用下，易沿軟弱夾層、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生崩塌、滑移、巖溶塌陷等工程地質(zhì)問題。

表1 三游洞巖體主要裂隙勘察統(tǒng)計(jì)表

圖2 灰?guī)r

圖3 裂隙發(fā)育

圖4 裂隙走向玫瑰花圖統(tǒng)計(jì)

2.2 地質(zhì)構(gòu)造特征

宜昌市位于鄂中褶斷區(qū)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(yuǎn)安大斷裂南西45 km處）。受黃陵斷穹和遠(yuǎn)安大斷裂的影響，區(qū)內(nèi)一系列褶皺和斷裂均向黃陵斷穹倒轉(zhuǎn)、逆沖或環(huán)繞，而沉積的白堊系紅層逾近遠(yuǎn)安大斷裂，厚度漸厚。

宜昌地區(qū)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上，處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺、上揚(yáng)子臺坪鄂中褶斷區(qū)的西部、黃陵斷穹東面。區(qū)域性斷裂構(gòu)造主要有：香溪鎮(zhèn)南—五峰漁洋關(guān)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—?？悼h城北西面的 北北東—東向的新華斷裂等（圖5）。

圖5 宜昌市構(gòu)造體系圖（來源：作者根據(jù)相關(guān)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(gòu)造活動，無論是其強(qiáng)度或升降幅度，均具繼承性的特點(diǎn)。第四紀(jì)以來，在鄂西山區(qū)范圍，主要表現(xiàn)為間歇性、不均勻性和強(qiáng)烈上升的“掀斜性”（西部快，東部慢）與部分?jǐn)嗔训脑倩顒?。區(qū)內(nèi)地震活動較活躍，但以弱震為主。自1959年在三峽和宜昌地區(qū)范圍建立地震臺網(wǎng)觀測以來，經(jīng)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(guān)）。震源深度8～16 km，震中烈度V～Ⅶ度，歷史上在宜昌地區(qū)境內(nèi)，未發(fā)生過6級以上的破壞性地震。強(qiáng)震分別出現(xiàn)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(yán)重的山崩、地陷等災(zāi)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(qū)平均距離200 km以上。

綜上所述，景區(qū)所處地段發(fā)生6級以上破壞性地震的可能性較小。

3 三游洞地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害分析

3.1 周邊的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)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?guī)r內(nèi)的節(jié)理面或裂隙面等發(fā)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?guī)r被溶洞分開而成。立面圖和剖面圖見圖7、圖8。巖質(zhì)邊坡坡度較陡，接近垂直，巖層產(chǎn)狀145°∠5°。上覆石灰?guī)r體厚13 m左右，頂上有約3 m的覆蓋層，灌木叢生?，F(xiàn)溶洞發(fā)育已進(jìn)入晚期，僅洞內(nèi)有少量的水溶蝕。洞內(nèi)所形成的3根鐘乳石柱對洞體的穩(wěn)定起到了很好的作用。主洞整體基本穩(wěn)定。

主洞右側(cè)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(xù)沖刷，發(fā)生剝落和垮塌的可能性較大，需及時進(jìn)行加固處理。

主洞左側(cè)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(fā)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(jìn)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(cè)危巖體

圖10 主洞左側(cè)巖腔體

3.1.2 “鬲凡”壁刻

“鬲凡”壁刻位于主洞右側(cè)，為清人陸維的隸書壁刻（圖11）。該處裂隙發(fā)育?？梢?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(wěn)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(cè)下方為一凹形巖質(zhì)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(fā)生大的地質(zhì)災(zāi)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(yán)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(fā)生過崩塌，三游洞管理處已對其用柱進(jìn)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(jìn)行處理。建議對懸空的大塊體進(jìn)行錨索支護(hù)，對小塊體進(jìn)行掛網(wǎng)支護(hù)。

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(wěn)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(zhì)環(huán)境相對較穩(wěn)定，發(fā)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(fā)育，題詞處巖體較完整，穩(wěn)定性較高。但左側(cè)多處巖體被裂隙切割成塊體，而且上部覆蓋層的土質(zhì)已較為疏松，植被覆蓋率低（圖19），若有持續(xù)性的降水，將導(dǎo)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(jìn)行噴錨支護(hù)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(xiàn)已出現(xiàn)較大程度的下陷，需要及時進(jìn)行加固處理。

圖18 郭沫若題詞

圖19 左側(cè)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(fā)現(xiàn)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(huán)水，為三游洞的地勢最低處，地勢平坦，坐落在基巖上，地質(zhì)環(huán)境相對較穩(wěn)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(qiáng)地基的保護(hù)。

圖20 峽口軍壘遺址

圖21 峽口軍壘遺址剖面圖

3.2 景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害等級劃分

以上對三游洞的地質(zhì)、地貌、水文、地質(zhì)災(zāi)害等方面的特征進(jìn)行了描述和分析，總結(jié)了景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)背景、地貌條件、水文條件等方面的性質(zhì)，通過對各個題刻的實(shí)地調(diào)查和分析，可為三游洞各題刻的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行等級劃分。劃分等級和依據(jù)見表2。

表2 三游洞景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害等級劃分依據(jù)

嚴(yán)重等級：在該等級中，題刻的地質(zhì)災(zāi)害是容易發(fā)生的，受到地質(zhì)災(zāi)害的威脅比較嚴(yán)重，需要及時采取一定的保護(hù)措施，主要有：主洞左側(cè)危巖體、主洞右側(cè)巖腔體、張飛擂鼓臺下方崩塌體、郭沫若題詞左側(cè)巖體。

一般等級：在該等級中，題刻區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害可能會發(fā)生，但不嚴(yán)重，需要采取簡要的保護(hù)措施，主要有：主洞、峽口軍壘遺址。

輕微或無地質(zhì)災(zāi)害等級：在該等級中，題刻所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境良好，地基穩(wěn)定，地形平緩，地質(zhì)災(zāi)害的影響不嚴(yán)重。主要有：南宋軍事遺址。

4 三游洞文物遺存點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃建議

4.1 地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃的原則

根據(jù)目前對三游洞摩崖題刻地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害等的調(diào)查，再考慮到景區(qū)總體的保護(hù)規(guī)劃，景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃遵循的原則是：

(1)總體原則，應(yīng)符合景區(qū)保護(hù)規(guī)劃的總體原則，在總體保護(hù)規(guī)劃的原則下，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的防治規(guī)劃的制定。

(2)優(yōu)先原則，根據(jù)具體的情況，對景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治要有輕重緩急，哪些需要優(yōu)先治理，哪些可以放后治理，如對一些即將發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)優(yōu)先治理。

(3)重點(diǎn)原則，對一些重要的題刻所在區(qū)域應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)防治。

(4)現(xiàn)實(shí)原則，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)能力和財力，對題刻所在區(qū)域的防治要用最小的資金達(dá)到最好的效果。

(5)美觀原則，對題刻所在區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害采取的防治措施，盡量不要影響題刻的原貌和美觀，實(shí)施的工程在用材、色彩、表觀上要與景區(qū)原貌和諧統(tǒng)一。

(6)漸進(jìn)原則，在地質(zhì)災(zāi)害防治的過程中，應(yīng)該來取先易后難的方式漸進(jìn)進(jìn)行，在獲得治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再對較難防治的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行治理[5]。

4.2 各文物遺存點(diǎn)的地質(zhì)災(zāi)害防治措施

在景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治的原則指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)地調(diào)查的情況，建議對各題刻所在區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防治采用如下措施，如表3所示。

表3 各題刻所在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治措施建議

5 結(jié)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(wěn)定存在的沿邊開裂、崩塌、垮塌、危巖體等發(fā)生、發(fā)展與其保存環(huán)境地質(zhì)結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系。本文從三游洞地層結(jié)構(gòu)、巖石特性、工程地質(zhì)缺陷諸多方面展開現(xiàn)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(jié)出適合于三游洞摩崖題刻類戶外大型石質(zhì)文物地質(zhì)災(zāi)害防治的綜合評估方法體系，不僅可以指導(dǎo)三游洞文物遺存的地質(zhì)災(zāi)害治理工作的科學(xué)、合理、有序展開，還可為類似文物文化遺存的科學(xué)保護(hù)提供借鑒與支持。