云岡石窟風(fēng)化侵蝕及修復(fù)措施研究

郭建永

摘 要：為解決云岡石窟風(fēng)化侵蝕的問題，提出云岡石窟風(fēng)化侵蝕及修復(fù)措施研究。分析云岡石窟風(fēng)化侵蝕原因：云岡石窟大氣SO2污染現(xiàn)象嚴(yán)重，使空氣中包含的Fe離子能夠與SO2發(fā)生催化作用，導(dǎo)致云岡石窟風(fēng)化侵蝕;云岡石窟地理裂隙較多的特點(diǎn)，導(dǎo)致云岡石窟風(fēng)化侵蝕現(xiàn)象加重;云岡石窟的水患嚴(yán)重，形成凝結(jié)水，致使云岡石窟風(fēng)化侵蝕。在此基礎(chǔ)上，提出云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)措施，通過減少工業(yè)對大氣的污染、涂刷化學(xué)保護(hù)劑來修復(fù)云岡石窟風(fēng)化侵蝕。

關(guān)鍵詞：云岡石窟;風(fēng)化侵蝕;修復(fù)措施;化學(xué)保護(hù)劑

云岡石窟是我國著名的旅游景點(diǎn)，隸屬山西省。本文研究的云岡石窟位于山西省大同市城西約16千米的武州（周）山南麓、武州川的北岸。①相關(guān)文化調(diào)研單位對云岡石窟進(jìn)行實(shí)地勘察研究，綜合其研究成果后發(fā)現(xiàn)，云岡石窟至今已有約500年歷史，靠山形成，是在山體內(nèi)部鑿洞形成的，內(nèi)部有種類繁多的石像。整體呈東西走向，景區(qū)長度整體約有1.0千米。云岡石窟的數(shù)量超過50個(gè)，所有石窟中賦存至今的石像超過5萬個(gè)。

在研究中發(fā)現(xiàn)，第20個(gè)云岡石窟內(nèi)有一個(gè)露天的佛像，此佛像又被稱為“釋迦牟尼”，是我國云岡石窟內(nèi)的代表性作品，也是我國文化歷史保留至今的精品雕像。由于云岡石窟歷史十分悠久，導(dǎo)致其中具有代表性的佛像已經(jīng)出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象，該問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到景區(qū)的石像保存。不僅如此，加之工業(yè)化時(shí)代對云岡石窟環(huán)境造成的威脅，云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題嚴(yán)重程度不斷升高，相關(guān)部門必須對此問題給予足夠的重視。②我國以往針對此問題的研究中，主要針對云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題的成因加以細(xì)致分析，但并未有針對性地提出相應(yīng)的修復(fù)措施，導(dǎo)致云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題一直沒有得到切實(shí)的解決?；诖?，本文提出云岡石窟風(fēng)化侵蝕研究，并在此基礎(chǔ)上有針對性地提出相應(yīng)的修復(fù)措施，致力于為保護(hù)云岡石窟提供助力，將風(fēng)化對云岡石窟造成的侵蝕作用降至最低。

1 云岡石窟風(fēng)化侵蝕

云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題的形成不是一蹴而就的，而是在漫長的時(shí)間積累中逐漸明顯的。本文針對云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題的研究，是對造成云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題的主要原因加以分析，其中包括大氣污染現(xiàn)象嚴(yán)重、地理裂隙較多以及水患問題。③上述三個(gè)問題均是造成云岡石窟風(fēng)化侵蝕的直接原因，結(jié)合以往相關(guān)研究表明，上述問題的產(chǎn)生與我國山西省工業(yè)化腳步加快有密切聯(lián)系。

1.1 大氣污染導(dǎo)致侵蝕

云岡石窟位于山西省，山西省是我國煤礦資源的主產(chǎn)地，長期以來的開發(fā)生產(chǎn)導(dǎo)致該地區(qū)環(huán)境污染問題加劇，為風(fēng)化侵蝕提供了外部條件。在煤礦生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵污染環(huán)境，其中主要的污染物元素為SO2。SO2一旦在空氣中超標(biāo)，必然會引發(fā)風(fēng)化作用。④云岡石窟的風(fēng)化在性質(zhì)上可以歸類為化學(xué)風(fēng)化，是由于大氣中的SO2會附著在云岡石窟雕像的表面，空氣中的Fe離子能夠與SO2發(fā)生催化作用，進(jìn)而形成CaSO4·2H2O，以此形成云岡石窟風(fēng)化。云岡石窟中有很多雕刻精美的石像，風(fēng)化的不斷作用必然會對石像表面造成侵蝕，輕微的會導(dǎo)致石像“蒙灰”，嚴(yán)重的會導(dǎo)致石像輪廓變得模糊。由此可見，大氣污染現(xiàn)象嚴(yán)重是造成云岡石窟風(fēng)化侵蝕的主要成因。

1.2 地理裂隙較多導(dǎo)致侵蝕

云岡石窟自修建以來，受人為或自然因素的影響，石窟雕像已有一定程度的損壞，雖然進(jìn)行了多次大規(guī)模的維修，但劣化過程仍在緩慢進(jìn)行，這與雕像所用的砂巖材料有關(guān)。云岡石窟開鑿在侏羅系云岡組中粗粒長石石英雜砂巖中，該類砂巖質(zhì)地松軟、孔隙率大，含有以鈣質(zhì)和泥質(zhì)為主的膠結(jié)物，易產(chǎn)生風(fēng)化和長石蝕變等問題。以往針對云岡石窟所處地區(qū)地理特點(diǎn)的研究表明，云岡石窟所處地區(qū)存在較多的地理裂隙。云岡石窟中的巖石類型主要為砂巖，根據(jù)其顆粒直徑可分為細(xì)砂巖以及粗砂巖。①由于云岡石窟中的砂巖之間存在較大孔隙，在發(fā)生降水后，巖石之間的孔隙就成了滲透水的通道，導(dǎo)致云岡石窟風(fēng)化侵蝕現(xiàn)象加重。在云岡石窟風(fēng)化作用的影響下，云岡石窟巖石的孔隙率會進(jìn)一步加大。由于云岡石窟巖石自身空隙大，風(fēng)化侵蝕會在云岡石窟中石窟雕像上形成白色的絮狀物。對白色絮狀物的化學(xué)成分進(jìn)行分析，能夠得出白色的絮狀物的化學(xué)成分，如表1所示。

由表1可知，白色的絮狀物中包含大量的SiO2，對石窟雕像造成腐蝕。②通過實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)云岡石窟北山受到的風(fēng)化侵蝕最為嚴(yán)重，而分析其形成原因主要為云岡石窟北山地理裂隙較多，這一點(diǎn)與本文論述的觀點(diǎn)完全相符，能夠側(cè)面印證論述的有效性。

1.3 水患導(dǎo)致侵蝕

除上述原因外，云岡石窟的水患問題也是造成風(fēng)化侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的直接誘因。③分析云岡石窟水質(zhì)，明確其水質(zhì)中的離子結(jié)構(gòu)。以1000毫米的云岡石窟水質(zhì)為例，分析云岡石窟水質(zhì)中的離子結(jié)構(gòu)，如表2所示。

在風(fēng)化作用下，HCO3-的離子結(jié)構(gòu)會發(fā)生變異，形成含有結(jié)晶水的碳酸鹽。云岡石窟長年積水，石窟內(nèi)空氣的含水量較大，常年處于濕潤的狀態(tài)，當(dāng)高溫高濕的空氣與巖壁相接觸，由于兩者之間存在溫差較大，就會形成凝結(jié)水，進(jìn)而在風(fēng)化作用下對石窟產(chǎn)生毛細(xì)作用，致使石窟造成侵蝕。考慮到云岡石窟所處地區(qū)的季節(jié)性溫差較大，通常情況降水量小于蒸發(fā)量，進(jìn)而為凝結(jié)水打造良好的生成環(huán)境。尤其在降雨過后，巖石會吸收雨水，在降雨停止后云岡石窟的巖石表面會發(fā)生返潮的現(xiàn)象，加劇風(fēng)化侵蝕作用。積累到一定程度時(shí)，云岡石窟內(nèi)的巖石會出現(xiàn)部分脫落的現(xiàn)象。

2 云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)措施

通過對云岡石窟風(fēng)化侵蝕研究，明確云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題形成的主要原因，且借助上述研究可知，如不制定相應(yīng)的修復(fù)對策，云岡石窟的風(fēng)化侵蝕問題會愈加嚴(yán)重。④基于此，本文提出云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)措施，為解決云岡石窟風(fēng)化侵蝕問題提供理論幫助。

2.1 減少工業(yè)對大氣的污染

針對云岡石窟所處地區(qū)大氣污染現(xiàn)象嚴(yán)重的問題，本文結(jié)合鄧云在針對云岡石窟風(fēng)化侵蝕方面的研究表明，大氣中SO2含量高是導(dǎo)致云岡石窟風(fēng)化侵蝕的主要原因。⑤在外界影響因素固定不變的前提下，通過降低大氣中SO2含量，能夠有效遏制云岡石窟風(fēng)化侵蝕。這就意味著，減少工業(yè)對大氣的污染，就能夠在極大程度上對云岡石窟風(fēng)化侵蝕起到修復(fù)作用。本文主要采取以下四項(xiàng)措施：

①針對云岡石窟地區(qū)大氣中SO2含量高的問題，相關(guān)環(huán)境監(jiān)管部門必須嚴(yán)格控制云岡石窟地區(qū)SO2的排放，一旦發(fā)現(xiàn)SO2排放超標(biāo)，必須第一時(shí)間加以控制，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測的方式，將大氣中SO2含量始終控制在允許范圍內(nèi)。

②對云岡石窟周邊地區(qū)的煤炭工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的鍋爐設(shè)備進(jìn)行改造。安裝脫硫除塵器，降低鍋爐設(shè)備的SO2排放量。與此同時(shí)，鍋爐排煙設(shè)備的高度必須設(shè)定在10米以上。①禁止運(yùn)煤車在云岡石窟附近行駛，防止由于運(yùn)煤車運(yùn)行導(dǎo)致的“塵土飛揚(yáng)”。

③云岡石窟周邊地區(qū)的煤炭工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)要盡可能采用清潔燃料，避免煤炭工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)排除廢氣對周圍大氣環(huán)境的污染。

④考慮到煤矸石自燃會產(chǎn)生大量的SO2廢氣，須加大對云岡石窟周邊地區(qū)的自燃管制力度，解決煤矸石自燃產(chǎn)生的廢氣。

綜上，通過以上四項(xiàng)措施，能夠減少工業(yè)對大氣的污染，降低云岡石窟大氣中SO2的含量，進(jìn)而從根本上對云岡石窟風(fēng)化侵蝕起到修復(fù)的效果。

2.2 涂刷化學(xué)保護(hù)劑

針對云岡石窟風(fēng)化侵蝕中地理裂隙較多以及水患問題，本文采取涂刷化學(xué)保護(hù)劑的方式。②在化學(xué)保護(hù)劑的選擇方面，考慮到云岡石窟中巖體性質(zhì)本身具有極易風(fēng)化的特點(diǎn)，在類別中屬于砂巖，加上環(huán)境中酸性介質(zhì)的不斷干預(yù)，需要選擇耐酸性高的化學(xué)保護(hù)劑作為云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)使用的保護(hù)劑。

在對云岡石窟的風(fēng)化侵蝕進(jìn)行修復(fù)的過程中，除了要遵循上述提出的相關(guān)工作原則外，還應(yīng)當(dāng)合理選用防侵蝕材料。考慮到云岡石窟受到光照的影響，因此選擇的保護(hù)試劑應(yīng)具備抵御紫外線干擾等特點(diǎn)。在涂刷涂料的過程中，應(yīng)確保涂料自身不會對云岡石窟的顏色與外形造成干擾，即經(jīng)過涂刷后的云岡石窟應(yīng)保持其原有樣貌，其涂料不會對云岡石窟的性質(zhì)造成影響。在涂刷保護(hù)試劑的過程中，可選擇硅質(zhì)材料的試劑，涂刷過程中，云岡石窟表層覆蓋的涂料應(yīng)保持均勻。在完成對涂料的涂刷處理后，應(yīng)同步對其進(jìn)行性能檢測，包括防水檢測、透氣性檢測、老化性檢測、發(fā)霉檢測、抵御紫外線能力的檢測、抗壓能力檢測等，當(dāng)所有檢測指標(biāo)合格后，將云岡石窟置于其初始化位置，對其現(xiàn)場執(zhí)行物理行為的保護(hù)。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)云岡石窟的受損范圍，對云岡石窟進(jìn)行現(xiàn)場施工，直到現(xiàn)場保護(hù)結(jié)果滿足實(shí)際工作后，即可完成對云岡石窟的侵蝕修復(fù)及處理工作。

總之，在處理云岡石窟過程中，不僅應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程實(shí)施，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)對其執(zhí)行多種現(xiàn)場保護(hù)措施，避免完成處理后的云岡石窟受到二次破壞。

2.3 除濕保護(hù)

在云岡石窟中增設(shè)除濕機(jī)，通過除濕機(jī)降低云岡石窟空氣中的水分，防止水分與石壁接觸產(chǎn)生凝結(jié)水，同時(shí)也為涂刷的化學(xué)保護(hù)劑提供良好的環(huán)境，避免涂刷的化學(xué)保護(hù)劑與水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而失效。通過涂刷化學(xué)保護(hù)劑，在云岡石窟雕像上形成一層保護(hù)膜，降低風(fēng)化作用對云岡石窟中巖石的侵蝕，進(jìn)而對風(fēng)化侵蝕起到修復(fù)效果。

3 結(jié)束語

本文通過分析云岡石窟風(fēng)化侵蝕產(chǎn)生的原因，總結(jié)云岡石窟侵蝕對石窟的危害，并提出修復(fù)措施，以此為依據(jù)，證明此次研究的必要性。因此，有理由相信通過本文的研究，能夠在一定程度上解決云岡石窟風(fēng)化侵蝕的問題。但本文同樣存在不足之處，針對本文提出云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)措施在實(shí)際應(yīng)用中的有效性加以分析，進(jìn)一步提高本文提出云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)措施在實(shí)際應(yīng)用中的可信度。這一點(diǎn)，在未來針對此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高云岡石窟風(fēng)化侵蝕修復(fù)質(zhì)量提供建議。