杭州煙霞洞造像大氣降水與洞窟滲水關(guān)系調(diào)查研究

張兵峰

摘要：杭州煙霞洞山體巖石主要由碳酸鹽巖構(gòu)成，文物保護區(qū)內(nèi)山體形成相對發(fā)育的巖溶微地貌，地形環(huán)境較復(fù)雜。由于洞窟巖體溶蝕作用及存在大量的構(gòu)造裂隙，洞窟內(nèi)常年滲水。大氣降水及山體內(nèi)地下水沿著各種裂隙及溶洞滲流進入洞窟內(nèi)，致使佛像表面產(chǎn)生鈣華沉積、溶蝕等病害，嚴重影響石刻造像的長期保存。通過對煙霞洞山體的地質(zhì)調(diào)查、造像洞窟內(nèi)滲水裂隙調(diào)查、滲水點與降水監(jiān)測結(jié)果分析，研究得出煙霞洞內(nèi)滲水點的滲流路徑及與大氣降雨的關(guān)系，從而為制定相應(yīng)的切實可行的滲水治理措施提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煙霞洞造像;構(gòu)造裂隙;滲水點;地質(zhì)調(diào)查;水量監(jiān)測

引言

煙霞洞造像區(qū)是杭州西湖南山造像文物保護區(qū)的組成部分之一，為杭州洞窟造像中最古老的一處，洞內(nèi)現(xiàn)存五代吳越時期的石雕羅漢13尊，是研究吳越國佛教藝術(shù)的重要實物資。2006年西湖南山造像（慈云嶺造像、煙霞洞造像、天龍寺造像）被公布為全國重點文物保護單位，歸入第二批國?！帮w來峰造像”。

南山造像文物保護區(qū)坐落于西湖風景名勝區(qū)翁家山的南麓，與南高峰相距約800米，北鄰西湖，南望楊梅嶺。煙霞洞系由石灰?guī)r溶蝕而成的天然洞穴，洞窟坐北朝南，軸線近南北向展布，進深約36.5米，由洞口向內(nèi)逐漸收縮，最窄處約1米，寬處約4米，低處高度約1.5米，高處約8米（圖1）。佛龕龕面依洞窟東西兩壁而鑿，龕面近直立，龕頂處略倒坡傾斜，造像底部高程164.8～165.5米。

煙霞}同洞內(nèi)東西兩壁及頂部存在長期滲水。一方面，巖溶地區(qū)滲水產(chǎn)生的鈣華沉積在造像表面;另一方面造像區(qū)域的裂隙長期滲水導致造像表面巖石風化和溶蝕，對造像均產(chǎn)生嚴重破壞。為分析其滲水原因和滲流通道，了解洞窟滲水的主導因素究竟是大氣降水的地表水還是遠程地下水，本文通過對煙霞洞}同內(nèi)滲水裂隙調(diào)查、滲水點與大氣降水監(jiān)測成果分析等方式。，研究}同窟滲水模式和滲水途徑。

一、氣候環(huán)境及地形地貌特征調(diào)查

氣候環(huán)境和區(qū)域地形地貌、巖性特征是研究石窟滲水機理的必要條件。其中氣候環(huán)境，尤其是區(qū)域降水特征、年降水量大小是研究洞窟滲水的基礎(chǔ)資料;區(qū)域地形地貌是研究地表水人滲和徑流情況的主要因素;洞窟區(qū)域巖石性質(zhì)及水文地質(zhì)特征是研究洞窟滲水機理和滲水途徑的必要因素。因此本項研究首先針對煙霞洞所在區(qū)域的氣候環(huán)境和地質(zhì)情況進行調(diào)查。

（一）區(qū)域氣候環(huán)境和地貌特征

煙霞洞地處亞熱帶季風區(qū)，四季分明，冬夏季風交替顯著，氣溫適中，日照較多，年平均氣溫均16.4℃（1月平均氣溫4.2℃，7月平均氣溫28.6℃）;降水量充沛，多年平均降水量900～1600毫米，平均降水天數(shù)為130～170天，全年各時期的降水比例為：春雨期（3-4月）占17%，梅雨期（5-6月）占27%，秋雨期（9月）占12%。

煙霞洞位于翁家山南高峰一側(cè)山體南坡麓，所在山體整體為東北西南走向，山體渾圓，屬巖溶低丘地形，自然地形坡度20°～30°，山脊海拔高程為215～257米。煙霞洞后緣為翁家山山頂，至南高峰峰頂兩處山脊之間為平緩坡地，自然地形坡度5°～15°（圖2）。

煙霞洞以翁家山為至高點，處于山腰中部，洞底高程約164米，洞頂高程約168米，洞窟上部山體高程約172～188米;洞窟區(qū)山體低矮，基巖多裸露，主要由碳酸鹽巖構(gòu)成。由于長期受流水侵蝕以及近南北向斷裂切割作用，在洞窟區(qū)地表形成相對發(fā)育的巖溶微地貌，主要發(fā)育溶溝、小型溶洞，個別地方還有溶蝕漏斗、石芽及溶孔等巖溶地貌發(fā)育。煙霞洞頂部山體及后緣坡體主要發(fā)育陡坎及溶槽，其中斜坡溶蝕裂隙進一步發(fā)展形成溶溝、溶槽等微地貌（圖3），近南北向展布延伸，呈梳狀與煙霞洞軸線平行（圖4），溶蝕區(qū)寬0.2～5米不等，多覆蓋層黏性土充填，粗大喬木生長，樹木連線亦與洞線平行。

（二）地層巖性特征

根據(jù)勘察鉆孔資料及野外區(qū)域調(diào)查，煙霞洞區(qū)域分布有石炭紀石灰?guī)r地層，巖性以深灰色至灰黑色厚層塊狀灰?guī)r為主，局部含生物屑灰?guī)r，層狀、巨厚層狀結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅硬，風化程度為弱風化未風化，局部溶蝕作用強烈，含方解石脈，方解石脈呈網(wǎng)狀分布洞頂裂隙一般寬度為0.2～5厘米，洞內(nèi)裂隙寬度最寬可達2厘米）;新鮮基巖厚度一般大于20米，在整個洞窟區(qū)均有分布;區(qū)域內(nèi)還分布有第四系（殘）坡積物，主要成分為黏土、粉質(zhì)黏土、含碎石粉質(zhì)黏土，局部夾腐植土，其中含碎石粉質(zhì)黏土主要分布于煙霞洞后緣斜坡及溶槽內(nèi)。

（三）水文地質(zhì)特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及地下水賦存條件、水理性質(zhì)、水動力特征，煙霞洞區(qū)域地下水類型可劃分為松散巖類孔隙潛水和巖溶水兩大類：

1.松散巖類孔隙潛水

主要賦存于第四系洪積碎石層。中，直接接收大氣降水補給，分布于滿覺隴凹溝附近，地下水補給來源于兩側(cè)山體（翁家山、南高峰）南側(cè)地下徑流。地下水位埋深一般在2～3米，地下水量與松散層厚度和匯水面積關(guān)系密切，經(jīng)現(xiàn)場觀測統(tǒng)計，一般地下水涌水量在1～3立方米/天，最大可達50立方米/天。

2.裸露型巖溶裂隙水

巖溶裂隙水受巖性構(gòu)造、地貌形態(tài)控制。區(qū)域上巖溶水主要賦存于石炭系碳酸鹽巖的溶洞、裂隙中;覆蓋型巖溶水主要分布于南高峰向斜構(gòu)造東西兩翼的龍井流金橋巖溶帶、滿覺隴巖溶帶第四系堆積物之下，其天然水位埋深約2～10米，與地形相對應(yīng)，巖溶水補給條件較好，單井涌水量多為1000～2000立方米/天，埋深40米以上的溶洞常為黏土充填，水量貧乏，埋深40米以下充填物多為砂、砂礫石，水量較豐富。

通過對翁家山南高峰南側(cè)山嶺4平方千米范圍內(nèi)的水文地質(zhì)調(diào)查，煙霞洞區(qū)為裸露型巖溶地區(qū)，地下水水位埋深較深，地下水露頭多見于雨季，位于翁家山南麓山腳的水樂洞內(nèi)，巖溶水從山腳巖石溶蝕裂縫中流出，雨季水量較大，洞內(nèi)積水約0.5米深，旱季地下水位下降，流量0.15升/秒，常年有水，水泉補給主要來源于翁家山山體巖溶水。煙霞洞區(qū)地下水出露點位于煙霞}同洞內(nèi)（圖5），高程一般在168米左右，出水點補給主要來源于灰?guī)r裂隙水，局部在}同壁形成滲流，洞壁鈣華沉積較厚，干旱季節(jié)有少量滴水或斷水。雨季巖溶裂隙水受降雨直接補給，經(jīng)地表下滲沿巖體裂隙產(chǎn)出，對佛像的影響較大（圖6）。

二、洞內(nèi)裂隙滲水與降雨關(guān)系調(diào)查分析

在基本摸清了煙霞洞保護區(qū)地質(zhì)情況和大氣環(huán)境的基礎(chǔ)上，研究組對洞窟進行了裂隙調(diào)查、監(jiān)測主要滲水點及分析滲水特征等工作，目的是探明滲水點的水量大小，并根據(jù)滲水水量及滲水時間來分析滲水水源是遠程水還是地表大氣降水，以便為}同窟滲水治理工作提供科學依據(jù)。

（一）煙霞洞東壁裂隙特征及與降雨監(jiān)測結(jié)果分析

1.裂隙調(diào)查

洞窟東側(cè)洞壁佛龕所在崖面傾向255°～280°，洞內(nèi)鑿有12尊石刻造像，洞窟底部高程164.1～164.4米，造像所在洞壁進深約23米，高2.1～6.5米，造像龕底距地面高1.2～1.5米，龕高1.3～3.2米、寬1.0～1.5米。龕面近直立，頂部洞壁略呈倒坡狀。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪及佛龕裂隙滲水監(jiān)測，}同窟頂主要發(fā)育有兩條裂隙（編號為Ll、L2，詳見圖7）。

洞內(nèi)佛龕主要發(fā)育有12條滲水裂隙（編號DLIDL12），其性狀特征見表1。

2.滲水特征分析

煙霞洞東側(cè)洞壁共發(fā)育多處滲水裂隙（滲水點位置見圖8），其中佛龕DF9右側(cè)1.5米位置（樁號K25.8米）發(fā)育滲水裂隙DLI，雨天均有滲水，滲水以滴水、掛水形式出現(xiàn)，遇中雨乃至大雨天后，滲水會出現(xiàn)涓流形式。涓流基本能在一個晴云天后消逝，但滴水時間較長，雖然對洞內(nèi)佛龕表面無影響，但滲水容易造成洞尾部分地面潮濕乃至淌水。

佛龕DF9-DF10龕頂及四周發(fā)育有4條溶蝕裂隙（DL2、DL3、DL4、DL5），出水點位于灰?guī)r基巖與方解石脈交界處，溶蝕程度不一。滲水點DS2、DS4基本閉合，一般雨天無明顯滲水，但持續(xù)雨天或暴雨后，滲水明顯，水停滯時間長，滲水點長期較濕;DSI、DSI-1（水量監(jiān)測結(jié)果見圖9）和DS3（水量監(jiān)測結(jié)果見圖10）為洞壁佛龕主要滲水點，滲水量較大，雨天均有滲水，DSl滲水點滴水至DF12佛像腳，對佛龕侵蝕較重，滲水點DS3位于DF9和DF10龕檐之間，雨季滲水以涓流形態(tài)出現(xiàn)，佛龕之間鈣華沉積較厚，滲水量較大，水流雖沒直接流至佛像本體，但雨天及其后兩三日晴天后均有滲水，滲水再沿巖壁沾濕佛像。

佛龕DF6、DF7龕檐之間發(fā)育有溶蝕裂隙DL7，滲水點主要表現(xiàn)為滴掛水，雨天滲水滴速明顯增加，滲水緩慢，消逝時間長，形成為滲水斑跡，滲水一直沾濕至佛像肩部;佛龕DF6龕后發(fā)育溶蝕裂隙DL12，裂隙貫穿至佛像本體北部，一般小雨或陣雨天不滲水，但遇大雨或持續(xù)雨天后，滲流量較大，可見裂隙底部孔洞冒水，形成積水坑，一個晴天后，裂隙滲水停滯。

佛龕DF3、DF4之間發(fā)育有溶蝕裂隙DL9，主要形成滲水點DS8、DS8-1，雨天DS8滴水明顯，滴速較塊，消逝亦較塊（水量監(jiān)測結(jié)果見圖11）;而同屬一條滲水裂隙的DS8-1，滲水量小，但長期保持穩(wěn)定滴速，兩處滲水點共同作用使得佛像DF4左肩較濕，龕底形成滲水斑跡。

佛龕DF1上方發(fā)育有滲水裂隙DL11，裂隙一直延伸至洞外，根據(jù)監(jiān)測，一般雨天均有滲水，滲水量不大，裂隙面潮濕，呈現(xiàn)為快濕快干現(xiàn)象，跟晴雨天氣關(guān)系較大，遇大雨或暴雨，滲水一直延伸至佛龕DF1本體，使得佛像本體及龕面較濕。該裂隙滲水與降水直接相關(guān)，裂隙滲水通道直接與洞頂相連。

（二）煙霞洞西壁佛龕裂隙特征及與降雨監(jiān)測結(jié)果分析

1.裂隙調(diào)查

洞窟西側(cè)洞壁佛龕所在崖面傾向75～95°，龕內(nèi)鑿有8尊石刻造像，洞窟地面大約有30厘米高差，造像所在洞壁長約35.8米、高2.0～4.5米，造像龕底距地面高1.2～1.5米，龕高1.2～3.3米，寬1.0～1.5米（龕面近直立，頂部洞壁略倒坡）。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪及佛龕裂隙滲水監(jiān)測，洞窟頂主要發(fā)育有4條裂隙（編號L3、L4、L5、L6），洞內(nèi)佛龕滲水裂隙主要發(fā)育有12條裂隙（編號XL1-L12，性狀特征見表2）。

2.滲水特征分析

煙霞洞洞窟西側(cè)滲水裂隙主要發(fā)育于龕頂洞壁，雨季滲水嚴重，滲水形式以滴水為主，局部滲水匯成涓流、滲流形式，底部鈣華沉積較厚（滲水位置見圖12）。

佛龕XF3-XF5龕頂及四周發(fā)育2條溶蝕裂隙（編號XL3、XL4），裂隙切口基本閉合，溶蝕程度不均一，一般雨天表現(xiàn)為滴水，滴速3～4滴/10秒，但大雨或暴雨后，滲水量較大，滴速10～12滴/10秒，雖然滴水未直接影響至佛龕本體，但雨天至其后2～3日晴天后均有滴水，局部滲水沿巖壁沾濕佛龕龕面（滲水點XSl-XS4水量監(jiān)測結(jié)果見圖13）。

滲水裂隙xL5直接橫貫佛龕XF5、XF6，滲水點主要表現(xiàn)為滴掛水，雨天滲水滴速明顯增加，滲水緩慢，消逝時間長，表現(xiàn)為緩慢滴水及滲水斑跡，滲水一直沾濕至XF6佛像，對佛像影響較大（滲水點XS6-XS8水量監(jiān)測結(jié)果見圖14、15）。

佛龕XF7四周共發(fā)育4條滲水裂隙（XL6、XL7、XL8、XL9），雨天滲水點裂隙的各滲水點滴水明顯，滴速較塊，消逝時間長，4條滲水裂隙共同作用使得佛龕XF7雨天整體較濕，且2～3日后，佛像本體及佛龕龕面保持潮濕狀態(tài)（滲水點XS9水量監(jiān)測結(jié)果見圖16）。

在西壁佛龕XF9左側(cè)2.5米位置發(fā)育有滲水裂隙XL11，一般雨天無滲水，持續(xù)降雨后1～2天內(nèi)出現(xiàn)滴水，滴水時間長，晴天后以掛水形式出現(xiàn)，裂隙面長期保持潮濕;樁號K19.3米位置發(fā)育有滲水裂隙XL10，雨天滲水明顯，裂隙面以快速滴水或涓流形式，晴天后流量明顯減小，但后續(xù)滴水時間長;樁號K31.4米位置裂隙XL12兩端閉合，滲水量小，但持續(xù)時間長，一般雨天或晴天均有滲水，裂隙長期保水潮濕，雨季滲流量略增大，上述DL10、DL11、DL12三條裂隙滲水、止水時間較長，雖然對洞內(nèi)佛龕無影響，但滲水使得洞尾部分地面潮濕乃至地面淌水（滲水點XS10-XS12水量監(jiān)測結(jié)果見圖17、圖18）。

三、結(jié)論

本文通過對煙霞洞研究區(qū)地質(zhì)調(diào)查、地形地貌及水文地質(zhì)調(diào)查，并對洞內(nèi)裂隙滲水與降水關(guān)系進行調(diào)查分析，重點研究煙霞洞東壁、西壁佛龕裂隙特征及大氣降雨時滲水點滲流特征，探測分析煙霞洞內(nèi)滲水點的滲流路徑及與大氣降雨的關(guān)系，從而為制定相應(yīng)的切實可行的滲水治理措施提供技術(shù)依據(jù)。該項研究得出如下幾點

結(jié)論：

1.煙霞洞所在山體主要由碳酸鹽巖構(gòu)成，由于長期受流水侵蝕以及近南北向斷裂切割作用，在區(qū)內(nèi)地表形成相對發(fā)育的巖溶微地貌，主要發(fā)育的溶溝、小型溶洞主導方向為近南北向，個別地方還有溶蝕漏斗、石芽及溶孔等巖溶地貌發(fā)育。

2.經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，煙霞洞區(qū)域的松散巖類孔隙潛水主要賦存于第四系洪積碎石層中，直接接收大氣降水補給，地下水補給來源于兩側(cè)山體翁家山、南高峰南側(cè)地下徑流。覆蓋型巖溶水主要分布于南高峰向斜構(gòu)造東西兩翼的龍井流金橋巖溶帶、滿覺隴巖溶帶第四系堆積物之下，其天然水位埋深約2～10米，巖溶水補給條件較好。

3.煙霞洞東側(cè)洞壁共發(fā)育多處滲水裂隙，其中4條（DL2、DL3、DL4、DL5）為主要滲水裂隙;3個滲水點（DS1、DS1-1和DS3）為洞壁佛龕主要滲水點，滲水量較大，雨季滲水以涓流出現(xiàn);3個滲水點（DS2、DS4、DS5）基本閉合，一般雨天無明顯滲水，但持續(xù)雨天或暴雨后，滲水明顯，停滯水時間長，滲水點長期較濕;3個滲水點（DS6、DS7、DS8）雨天滴水明顯，滴速較塊，消逝亦較快。

4.煙霞洞西側(cè)滲水裂隙主要發(fā)育于龕頂}同壁，雨季滲水嚴重，滲水形式以滴水為主，局部滲水匯流成涓流、滲流形式。3個滲水點（XS5、XS6和XSl0）為洞壁佛龕主要滲水點，滲水量較大，雨季滲水以涓流出現(xiàn);4個滲水點（XS1、XS8、XS9、XS12）基本閉合，一般雨天無明顯滲水，但持續(xù)雨天或暴雨后，滲水明顯，停滯水時間長，滲水點長期較濕;8個滲水點（XS2、XS3、XS4、XS5、XS6、XS7、XS10、XS11）雨天滲水點滴水明顯，滴速較塊，消逝亦較快。