內(nèi)蒙古廣化寺石質(zhì)文物病害分析與防治策略

范淑花，車志暉，孫金松，騰 和

1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)文物考古研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010

內(nèi)蒙古廣化寺位于呼和浩特市土默特左旗北8 km的大青山中，始建于明萬歷年間，由最早在內(nèi)蒙古地區(qū)修行傳播黃教的博格達(dá)·察罕喇嘛所建[1]。清代乾隆四十八年，正式命名為“廣化寺”，蒙古語名為“喇嘛洞召”。廣化寺造像在2013年被列為第七批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，是呼和浩特地區(qū)最精美的巖刻之一。其浮雕技法深淺不同，線條粗獷有力，形象古樸生動(dòng)，對(duì)于研究呼和浩特地區(qū)的歷史、宗教文化和藝術(shù)具有極高的歷史和藝術(shù)價(jià)值，體現(xiàn)出以蒙古民族審美意識(shí)為主導(dǎo)，同時(shí)融合藏傳佛教的特點(diǎn)，彰顯明清時(shí)期滿、蒙、藏、漢等民族交流融合的思想[2]。因此，內(nèi)蒙古廣化寺石質(zhì)文物是研究明清時(shí)期內(nèi)蒙古地區(qū)藏傳佛教藝術(shù)及探究中華文化多元一體的重要窗口。

然而，廣化寺石質(zhì)文物長期處于露天環(huán)境，氣候條件，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，物理、化學(xué)風(fēng)化及生物活動(dòng)致使文物遭到了多種病害，加之季節(jié)性山洪沖刷等影響，石質(zhì)文物已出現(xiàn)巖體失穩(wěn)、巖面開裂、局部剝落等問題。因此，開展科學(xué)有效的修繕保護(hù)工作已刻不容緩。本研究重點(diǎn)調(diào)查了廣化寺石質(zhì)文物的病害類型，并進(jìn)行原因分析，提出了一些針對(duì)性防治措施，為廣化寺石質(zhì)文物的保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 內(nèi)蒙古廣化寺石質(zhì)文物現(xiàn)狀

廣化寺北為銀洞山，東為銅山，西為獅子背，三面環(huán)山，南為溝洞，視野開闊，光線明亮，主要由喇嘛洞、崖壁造像、上寺和下寺組成（圖1）。喇嘛洞洞口建一座3層藏式樓閣，面闊3間，內(nèi)供全寺最大的坐佛，寺前設(shè)有124級(jí)石階，順勢而下直抵上寺。喇嘛洞兩側(cè)的懸崖峭壁上布滿大大小小的摩崖石刻，面積達(dá)100多 m2，其中有造型各異的佛、菩薩、金剛、度母、羅漢及黃教創(chuàng)始人宗喀巴等佛教造像33尊，還有喇嘛塔3座、石獅2座，另外可見用蒙、藏、梵等文字刻的佛經(jīng)、咒語若干處。上寺依山建有兩重院落，有佛爺府、配殿、禪房等，殿內(nèi)珍藏博格達(dá)活佛的禪杖、石刻佛雕版及西藏唐卡等珍貴遺物。下寺建有天王殿、大經(jīng)堂、佛殿和護(hù)法神殿四重大殿及八角樓等建筑。此次調(diào)查重點(diǎn)為喇嘛洞主窟、東偏窟內(nèi)、東偏窟外、西偏窟內(nèi)、西偏窟外石刻。

圖1 內(nèi)蒙古廣化寺

2 廣化寺環(huán)境地質(zhì)概況

2.1 氣候特征

內(nèi)蒙古土默特左旗屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，冬季寒冷漫長，春季干燥多風(fēng)沙，夏季炎熱雨量集中，秋季涼爽而短促。年平均濕度54%，年平均風(fēng)速1.9 m/s。年平均日照時(shí)間為2 952.1 h，年太陽總輻射量560.15 J/cm2。氣溫年差較大，多年平均氣溫為7.2 ℃，1月平均氣溫11.3 ℃，極端最低氣溫-35.6 ℃；7月平均氣溫22.8 ℃，極端最高氣溫37.2 ℃。無霜期年平均133 d，歷年最大凍土層深度為131 cm。年平均降水量為379.4 mm，年蒸發(fā)量為1 851.7 mm，年平均降水日數(shù)為66 d，降雨多集中在7—8月。廣化寺處于山洪溝交匯處，山洪沖刷威脅著寺院安全。

2.2 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)為中山剝蝕地貌，海拔1 400 m左右。山勢較陡，植被較發(fā)育，部分基巖裸露，廣化寺所在溝谷兩側(cè)巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，為地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地段。

2.2.1 地層與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造 大青山主要由前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和中生界蓋層組成。區(qū)內(nèi)出露的地層有中太古界集寧群、新太古界烏拉山群、中生界侏羅系大青山組及第四系沖洪積物。大青山組呈角度不整合覆蓋于太古界結(jié)晶基底之上，說明該地區(qū)長期處于上升剝蝕狀態(tài)，此后經(jīng)過漫長的古生代直到中生代侏羅紀(jì)晚期地殼沉降才形成大青山組，后被第四系地層覆蓋。

大地構(gòu)造單元屬于內(nèi)蒙古臺(tái)隆中部陰山斷隆大青山褶皺帶。區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，早期以韌性剪切帶為主，晚期以脆性斷裂和推覆構(gòu)造為主，主要由近東西向的包頭—呼和浩特、臨河—集寧以及北西向的固陽—土默特左旗斷裂帶控制區(qū)域地層、巖漿巖的分布。

2.2.2 巖性 區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育有古元古代石英閃長巖、閃長巖，古生代黑云母花崗巖、花崗閃長巖及中生代正長花崗巖等。

廣化寺石質(zhì)文物分布于古生代—中生代花崗巖類之上，主要為花崗閃長巖和二長花崗巖?；◢忛W長巖主要分布于洞窟東側(cè)，白色，中—粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長石、石英、鉀長石及少量黑云母組成。東偏窟外風(fēng)化程度較窟內(nèi)更強(qiáng)烈。二長花崗巖，主要分布于洞窟西側(cè)，淺紅色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由鉀長石，石英，斜長石組成。西偏窟靠里處巖石中鉀長石和斜長石黏土化明顯。

3 廣化寺石質(zhì)文物的病害分析

受地理位置、氣候條件、區(qū)域地質(zhì)及巖性影響，廣化寺石質(zhì)文物主要病害有危巖崩落，裂隙滲水，物理、化學(xué)、生物等表層風(fēng)化剝蝕。

3.1 危巖崩落病害

廣化寺石質(zhì)文物賦存巖體經(jīng)歷了多期構(gòu)造事件，普遍受構(gòu)造節(jié)理（“X”型共軛節(jié)理）、卸荷裂隙及風(fēng)化裂隙交錯(cuò)剪切控制，各類節(jié)理將巖體分割為巨塊狀危巖體，構(gòu)造節(jié)理最寬可達(dá)10 cm。當(dāng)前巖體最主要受北北東與近垂直方向兩組節(jié)理控制，切割最大危巖塊體直徑達(dá)3～4 m（圖2）。目前塊體尚未掉落，一旦受到一定強(qiáng)度的外力作用（如地震、施工等），加上重力作用，危巖體易發(fā)生凌空崩落，直接威脅造像、文字及游人安全，是廣化寺石質(zhì)文物的最主要病害之一。

圖2 廣化寺西偏窟外石質(zhì)文物危巖體

3.2 裂隙滲水

廣化寺石質(zhì)文物滲水病害主要受季節(jié)性滲水的影響。大氣降水通過寬大的垂直節(jié)理進(jìn)入巖石，再通過網(wǎng)脈狀裂隙通道產(chǎn)生滲流，最終這些滲水會(huì)在石質(zhì)文物表面滲出。滲水引起巖石表面潮濕、裂隙加寬，當(dāng)巖體某個(gè)部位成為滲流排泄點(diǎn)時(shí)，便會(huì)形成較大面積的鈣化等結(jié)垢物覆蓋在文物表面，產(chǎn)生溶蝕孔使巖石變得疏松，影響文物外觀形象[3]。喇嘛洞前三層閣樓中由于滲水壁畫已模糊不清，石質(zhì)文物滲水病害也較為嚴(yán)重，尤其是西偏窟內(nèi)靠里處裂隙滲水嚴(yán)重，在巖石表面形成微生物與結(jié)垢物，已對(duì)窟中造像及文字造成威脅。

3.3 表層風(fēng)化病害

在太陽輻射、大氣、水溶液、生物等作用下，地表巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、化學(xué)成分逐漸發(fā)生變化，巖石由整塊變成碎塊，由堅(jiān)硬變得疏松，最終形成松散堆積物的過程稱為風(fēng)化作用。風(fēng)化作用按其成因可分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用3類。

3.3.1 物理風(fēng)化 物理風(fēng)化又稱為機(jī)械風(fēng)化，是指石質(zhì)文物因溫度變化、巖石孔隙中水和鹽類物質(zhì)的物態(tài)變化，使其發(fā)生機(jī)械破壞而又不改變其化學(xué)成分的作用。

（1）溫差風(fēng)化。溫差風(fēng)化主要表現(xiàn)為巖壁表層巖體受溫差、凍融脹縮作用的影響，使巖體產(chǎn)生風(fēng)化裂隙或片狀、板狀剝落、粉化等[4]。廣化寺石質(zhì)文物地處大陸性干旱半干旱氣候區(qū)，年平均溫差高達(dá)20 ℃。文物所賦存巖體為花崗巖類，主要礦物為膨脹系數(shù)差異較大的長石和石英，當(dāng)產(chǎn)生的膨化應(yīng)力超過巖石本身抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致巖石表層產(chǎn)生大量的風(fēng)化裂隙，久而久之呈片狀、板狀剝落，甚至粉化。

（2）水、風(fēng)對(duì)石質(zhì)文物的破壞。廣化寺石質(zhì)文物絕大多數(shù)處于露天環(huán)境，風(fēng)、雨水、陽光直接作用在文物上，正在遭受較嚴(yán)重的風(fēng)化破壞。土默特左旗最大風(fēng)速一般出現(xiàn)在4—5月和11—12月，石質(zhì)文物在風(fēng)的吹蝕、磨蝕作用下，呈粉末狀、顆粒狀剝落。夏季山洪攜帶碎石等沖下山崖，會(huì)給山下人員安全構(gòu)成威脅。部分沖溝的雨水沿巖體裂隙進(jìn)入文物，導(dǎo)致造像、彩繪等被破壞。

（3）冰劈作用與鹽風(fēng)化破壞。當(dāng)氣溫降至0 ℃以下時(shí)，滲入巖石裂隙的水就會(huì)結(jié)成冰，由于體積增加對(duì)裂隙兩側(cè)巖壁產(chǎn)生壓力，致使裂隙擴(kuò)大；當(dāng)氣溫升至0 ℃以上，冰融化成水，體積縮小，水又滲入擴(kuò)大的裂隙中，當(dāng)水再次結(jié)冰，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，如此反復(fù)，最終使巖石崩解成碎塊，這種凍脹作用稱為冰劈作用。此外，裂隙中的水分蒸發(fā)時(shí)，鹽類結(jié)晶體積膨脹也會(huì)對(duì)巖壁產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，致使巖石碎裂，稱為鹽風(fēng)化作用。廣化寺氣溫在0 ℃上下浮動(dòng)的天數(shù)較多，冰劈作用與鹽風(fēng)化破壞也比較顯著。

3.3.2 化學(xué)風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化作用是指巖石受水、氧氣、二氧化碳、有機(jī)酸等作用發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生新礦物的過程。廣化寺石質(zhì)文物的化學(xué)風(fēng)化破壞以長石水解作用和溶解作用為主，使石刻表面、裂隙形成高嶺土等黏土礦物脫落，從而導(dǎo)致石質(zhì)文物被破壞。由于地表水沿構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙入滲，使巖石中主要礦物斜長石、鉀長石發(fā)生水解作用，形成松散軟弱的黏土礦物，巖石變得疏松，形成粉狀風(fēng)化、剝落等病害。

3.3.3 生物風(fēng)化 生物活動(dòng)對(duì)巖石所造成的破壞作用稱為生物風(fēng)化作用，可分為生物機(jī)械破壞和生物化學(xué)風(fēng)化。

（1）生物機(jī)械破壞。植物根系在巖石裂隙中生長，對(duì)裂隙兩側(cè)可產(chǎn)生1～115 MPa的壓力，最終導(dǎo)致巖石破裂，這種作用稱為根劈作用。另外，動(dòng)物的挖掘和穿鑿活動(dòng)也會(huì)進(jìn)一步加速巖石破碎。廣化寺石質(zhì)文物構(gòu)造風(fēng)化裂隙發(fā)育，這為植物根系生長提供了優(yōu)勢條件，根劈作用加快了巖石風(fēng)化破碎速度。

（2）生物化學(xué)破壞。生物化學(xué)破壞作用是生物在新陳代謝過程中分泌出的各種化合物（如碳酸、硝酸和有機(jī)酸等）對(duì)礦物的溶解和對(duì)巖石的破壞作用。此過程中微生物會(huì)產(chǎn)生無機(jī)酸和有機(jī)酸，使得腐植酸破壞作用更強(qiáng)。其腐蝕石質(zhì)文物巖體并在石刻表面產(chǎn)生沉淀物，在微生物的參與下可加速巖體的化學(xué)風(fēng)化作用。廣化寺石質(zhì)文物生物化學(xué)破壞較嚴(yán)重，主要為藍(lán)藻、地衣、苔蘚及一些被子植物，分布在造像表面及其周邊。

4 廣化寺石質(zhì)文物病害的防治策略

針對(duì)廣化寺石質(zhì)文物的病害特征，采用錨桿加固危巖體、灌漿充填巖體裂隙、地表防滲排水等工程措施來提高巖體抗風(fēng)化能力，同時(shí)要長期檢測氣候氣象、地表水及地下水，了解保護(hù)措施與效果。

4.1 錨桿加固危巖體

對(duì)于危巖體病害問題，目前一般采取錨桿加固或預(yù)應(yīng)力錨桿加固的辦法。廣化寺石質(zhì)文物適合采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固辦法修復(fù)，通過預(yù)應(yīng)力錨索加固造像，在不改變石質(zhì)文物原狀的條件下修復(fù)開裂的巖體位移，達(dá)到加固的效果。另外，顯性震損破壞也可以使石質(zhì)文物產(chǎn)生裂縫、巖石片狀剝落、加速危巖體墜落等。預(yù)測大青山山前斷裂帶畢克齊段未來100年發(fā)生強(qiáng)震（Ms≤7.0）的最大概率為0.07，潛在地震的最大震級(jí)為7.2級(jí)[5]。廣化寺處于大青山山前斷裂帶畢克齊段，因此，在加固及整體修繕過程中，要考慮未來地震對(duì)寺院的影響。

4.2 灌漿充填巖體裂隙

灌漿充填巖體裂隙技術(shù)采用無機(jī)加固劑或有機(jī)加固劑進(jìn)行巖體裂隙充填，以此提高巖石的抗風(fēng)化能力。研究表明，無機(jī)加固材料中，一種名為“PSC”的無機(jī)高分子材料最為有效。有機(jī)加固材料有小分子化合物和高分子樹脂。西安大雁塔采用小分子化合物加固，而龍門石窟、云岡石窟等均采用環(huán)氧樹脂加固，效果良好。廣化寺石質(zhì)文物巖體主要為花崗閃長巖，具體采用哪種材料充填，需要進(jìn)一步試驗(yàn)分析，以達(dá)到滿意的效果。

5 結(jié)論

（1）內(nèi)蒙古廣化寺石質(zhì)文物因其文化傳承與獨(dú)特的雕刻技法極具歷史價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值，但面臨著圍巖崩落、裂隙滲水、物理、化學(xué)、生物等表層風(fēng)化剝落病害，因此，亟需進(jìn)行科學(xué)有效的修繕保護(hù)工作。

（2）內(nèi)蒙古廣化寺石質(zhì)文物病害與地理位置、氣候條件、區(qū)域地質(zhì)環(huán)境及巖性密切相關(guān)。

（3）當(dāng)前應(yīng)主要利用錨桿加固危巖體，采用灌漿技術(shù)充填巖體裂隙，同時(shí)進(jìn)行地表防滲排水，以提高石質(zhì)文物巖體抗風(fēng)化能力。此外，還要長期檢測氣候氣象、地表水及地下水，做到對(duì)石質(zhì)文物風(fēng)化程度及深度達(dá)到定量掌握的程度。