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1、地学基础对龙门石窟保护的影响田玉娥杨刚亮作为不可移动文化遗产，石窟寺处于露天的自然环境中，由于规模宏大、价值突出、 野外环境条件复杂，其保护工作往往具有难度大、精细化程度高、多学科兼容等特征，是 一个多学科交叉的系统工程。石窟寺保护工作的具体开展，不仅需要联合攻关石窟保护难 题（如防风化、洞窟渗漏水治理等）而且需要我们在日常工作中多思考、多动手，切实搞 清楚它所牵涉到的多学科知识，比如地质地貌、气象、水文、环境、生物，还有人类的一 些影响活动。因此，认识石窟所处的自然环境是搞好石窟保护的根本前提。地学是保护工 作的基础，物理、化学、检测等学科是科研手段和方法，工程设计与施工则是实践石窟保 护的
2、治理措施。龙门石窟是我国三大石窟艺术宝库之一，具有极高的价值，已于2000年11月被列为 “世界文化遗产”。笔者结合多年来在文化遗产保护修复工作中的实践与体会，谈谈地质地 貌、气象水文、生物环境等地学基础条件对龙门石窟保护工作带来的影响。地质地貌条件对龙门石窟保护的影响1. 地层岩性与产状的影响（倾向34010，倾照片1 很清晰的层面裂隙龙门石窟位于洛阳市南郊，主要开凿在寒武系的白云岩和灰岩地层上。它们硬度适中 （2.5-3），适宜精雕细刻，造像精美；但由于是可溶岩，其保存受到岩溶作用的威胁。岩 溶作用（碳酸钙和碳酸镁与CO2、H2O化合反应）可以改变石窟岩体和文物造像的外表形 态，进而产生深
3、处破坏。龙门西山现存的三层溶洞是明显的例证1。火烧洞、古阳洞、奉 先寺、莲花洞、老龙洞等重要洞窟内都存在溶洞，且呈发育趋势。龙门石窟所在岩层产状 基本稳定（仅在摩崖三佛脚下有局部变化）， 角2530）（照片1），这样的岩石产状 有利于石窟的长久稳定保存。大多可避免开 挖边坡带来的滑塌、大型石雕的崩塌等现象。 但这种产状对于开凿在南部薄层徐庄组岩层 的石窟造像而言，是很不利的。南部石窟造 像保存状况差、病害类型多、风化严重与此 密切有关，主要体现在差异风化上。2. 构造断裂的影响多次地质调查表明，龙门石窟周边有两 组正交的大断裂构造，呈棋盘格式分布（图 1），使龙门石窟所在的龙门山成为一个断块
4、山。草店断裂对石窟保存的影响是最巨大的。由于草店断裂是豫西地区的一条大构造，又具有推覆性质，它在龙门地区产生的影响意义 非凡。草店断裂在形成过程中，由于拉引带动了现在的龙门山产生位移，从而形成了多组 （6-8组）羽状破碎带，这些破碎带大致呈东西走向，基本平行分布于龙门山，从而对石 窟保存带来极大的威胁。其威胁主要表现在：一，带来西山坡面的不稳定性。西山坡面是 石窟营造的主要载体，它的不稳定直接决定了石窟保存的命运。二，从现在的负地形可以 看出，这些破碎带多已剥蚀夷平进而形成小的沟谷，成为大气降水后的地表排泄途径；同 时，由于它们与层面裂隙和卸荷裂隙之间的良好连通性，构成了洞窟渗漏水的径流通道，
5、 给石窟带来严重的渗水威胁。大气降水的主要下渗通道即为这些破碎带和层面构造。三， 破碎带的存在加剧了石窟岩体的风化进程。破碎带周缘发育有不同程度的裂隙，不少穿过FQ4F6、，裂 断.林. , 关Q2龙 ,门鱼桥4断十裂 .-P-。河-27-C3，龙门山,香山C3, C2 水店,:、2.断伊I &裂25C3C2裂-断F庄、3郜C2C1 . ,A1 50000图1龙门石窟区域地质图照片2卸荷裂隙造成的滑移造像，使石窟岩体被切割成大小不等的 分离体，成为风化作用首选的场所。现 场可以看到这些破碎带附近的造像保存 状况明显较差。3. 卸荷裂隙的影响0. . C卸荷裂隙一般出现于自然形成的摩 崖、河谷两
6、岸以及人工开挖后的边坡和 立壁。龙门石窟所在的河谷两岸及开挖 洞窟等特征，符合卸荷裂隙的发育条件。 这些卸荷裂隙广泛存在，成为威胁石窟 保存的致命因素。它们一般平行于边坡 或立壁表面，上下连通性极好，可蔓延 几十米甚至上百米，不少穿过洞窟和造 像，比如在珍珠泉旁边，可以清晰的看 到卸荷裂隙的存在（照片2）。它们与层 面裂隙和构造裂隙交切连通，使石刻完 整性下降、稳定性降低；同时三者共同 组成洞窟渗漏的网络通道，给工程施工治理增加了难度。4. 地貌条件的影响龙门石窟所在的地貌单元为“两山夹一谷”形态，河床为现代侵蚀而成的七”形谷， 河谷较浅，成为龙门地区的排泄基准面， 坡面径流与包气带水最终都流
7、向山脚与河 床（这是洞窟常年渗漏的根本原因）；同时， 天然门阙也增强了风力作用。由于龙门段 伊河纵坡降只有1/700，河床狭窄，在汛 期时龙门石窟就受到伊河洪水的威胁。修 造的拦河橡胶坝为景区蓄起了 70万平方 米的水面，景区增色不少，但人为的抬升 了河床高程，增大了洪水威胁；同时，流 动的水面成为死水，降低了河流的自净作 用，污染物质在此富集，环境空气质量受 到影响。至今，仍有部分窟龛造像埋藏于 地下。5. 关于地层划分的争议以前地质调查认为龙门石窟所在的寒武系地层由北向南依次为常山组、凤山组、固山 组、张夏组和徐庄组，在石窟南门附近出露有毛庄组地层。这种认识曾经持续了很多年， 但最近几年不
8、断有学者专家现场考察后提出不同看法。比如西安地院和河南第一地质调查 队的几位教授认为，石窟所在地层没有常山组和凤山组。龙门桥以南到摩崖三佛下面，应 为固山组，龙门桥以北已经是石炭系地层。划分地层一看化石，二看氧化面，这段地层符 合固山组的特征。尤其在固山组下段，出现了明显的铁质氧化面，它应为固山组与张夏组 的分界面。另外，在极南洞附近的山脚下出露有竹叶状灰岩（照片3），是十分难得的地质 遗迹，应该专题保护起来。6. 对石窟保护工程前期地质调查的建议前期调查目的是为了收集基础资料，并为后期的工程施工提供依据。因此应有别于一 般意义上的地质普查，要考虑结合石窟病害类型的机理，从原因上进行调查研究；
9、在次基 础上应研究建立石窟文物保护的地质调查要点和评价标准，比如调查中的重点地段研究、 比例尺精度问题等，从而避免出现重复性浪费、选题偏离、缺乏治理工作中的可操作性、 与病害治理结合不紧密等缺点。气象水文条件对龙门石窟保护的影响1. 气象龙门石窟地处中原，属于温带大陆性季风气候。多年平均降水量580mm，夏季炎热多 雨，冬季寒冷干燥，春秋大风多。温差大，降雨丰富，这种气象条件对石窟的保存非常不 利。温差所产生的应力是石窟自然劣化的最大杀手。夏季时的炎热多雨往往造成石窟岩体 的崩解风化，冬季的冻融作用也使文物造像产生裂隙和断裂。洞窟常年持续的渗漏水来源 于大气降水在山体内部形成的暂时性渗水（包气
10、带水），对石窟造像进行溶蚀破坏，不少造 像周围被溶蚀作用掏空。目前龙门石窟正在合作攻关，进行个别区段的防渗工程试验。另 外，夏季洞窟内湿度过大，造成的凝结水危害也是需要逐步研究治理的问题。2, 水文龙门的水文环境主要包括河流、大气降水形成的暂时性渗漏水与出露的泉水。泉水对 石窟造像基本没有威胁（仅老龙窝泉水对附件的石窟造像有威胁），河流只有在汛期才有可 能威胁洞窟和造像（照片4），对石窟文物破坏最大最持久的是大气降水形成的暂时性渗漏 水。这种渗漏水每年可以持续7-8个月之久（4月11月），对洞窟内部的造像危害是长远 和深重的。针对此问题，龙门石窟从工程地质角度进行了一些有益的研究和探索，但目前
11、 尚未解决根本问题。照片3竹叶状灰岩照片4 2005年10月3日洪水，龙门佛像生物环境条件对龙门石窟保护的影响龙门石窟赋存的生物环境包括龙门山上的植被、石窟文物造像表面的微生物附着（藻 类、菌类）、鸟类。严格说来还包括人类的一些活动。鸟类的堆巢和粪便污染降低了石雕的 外观美感；微生物附着后产生的有机酸则长久的腐蚀着雕刻艺术品。针对石雕艺术品表面 的鸟粪和微生物等污染物的清洗问题，由于数量多、面积大，成为石窟保护中的一个长期 工作。龙门山上松柏密布，灌木丛生，对石窟曾经带来极大的破坏，其根系破坏了岩石的 整体性和稳定性，加重了洞窟渗漏水病害。有的根系深入到洞窟内部，产生严重的问题。 在过去20年
12、里，曾经对龙门山上影响石窟保存的松柏类植物进行了清理，目前每年进行的 清理杂草灌木等日常维护工作基本祛除了植物给石窟带来的威胁。对于生活、生产建设等人类活动带来的不利影响，龙门石窟进行了坚决的环境治理， 通过关闭大量的污染企业、对景区进行封闭管理等措施，改善了龙门石窟保存的自然环境。总之，进行石窟保护和研究工作，首先应认清石窟所处的自然环境和社会环境，这是 我们开展石窟保护、研究和管理工作的前提；其次才是针对石窟文物本体的保护研究。这 两者相辅相成，缺一不可，是我们文物保护工作的关键所在。（衷心感谢专家黄克忠先生、曲永新先生、刘景龙先生、方云教授和河南第一地质调查队 石毅高工的现场指导和帮助。）
