内蒙古广化寺石质文物病害分析与防治策略

• 花匠小妙招
• 2024-11-29 09:57

范淑花，车志晖，孙金松，腾 和

1.内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古呼和浩特 010018；2.内蒙古工业大学 建筑学院，内蒙古呼和浩特 010051；3.内蒙古自治区文物考古研究院，内蒙古呼和浩特 010010

内蒙古广化寺位于呼和浩特市土默特左旗北8 km的大青山中，始建于明万历年间，由最早在内蒙古地区修行传播黄教的博格达·察罕喇嘛所建[1]。清代乾隆四十八年，正式命名为“广化寺”，蒙古语名为“喇嘛洞召”。广化寺造像在2013年被列为第七批全国重点文物保护单位，是呼和浩特地区最精美的岩刻之一。其浮雕技法深浅不同，线条粗犷有力，形象古朴生动，对于研究呼和浩特地区的历史、宗教文化和艺术具有极高的历史和艺术价值，体现出以蒙古民族审美意识为主导，同时融合藏传佛教的特点，彰显明清时期满、蒙、藏、汉等民族交流融合的思想[2]。因此，内蒙古广化寺石质文物是研究明清时期内蒙古地区藏传佛教艺术及探究中华文化多元一体的重要窗口。

然而，广化寺石质文物长期处于露天环境，气候条件，区域地质环境，物理、化学风化及生物活动致使文物遭到了多种病害，加之季节性山洪冲刷等影响，石质文物已出现岩体失稳、岩面开裂、局部剥落等问题。因此，开展科学有效的修缮保护工作已刻不容缓。本研究重点调查了广化寺石质文物的病害类型，并进行原因分析，提出了一些针对性防治措施，为广化寺石质文物的保护提供科学参考。

1 内蒙古广化寺石质文物现状

广化寺北为银洞山，东为铜山，西为狮子背，三面环山，南为沟洞，视野开阔，光线明亮，主要由喇嘛洞、崖壁造像、上寺和下寺组成（图1）。喇嘛洞洞口建一座3层藏式楼阁，面阔3间，内供全寺最大的坐佛，寺前设有124级石阶，顺势而下直抵上寺。喇嘛洞两侧的悬崖峭壁上布满大大小小的摩崖石刻，面积达100多 m2，其中有造型各异的佛、菩萨、金刚、度母、罗汉及黄教创始人宗喀巴等佛教造像33尊，还有喇嘛塔3座、石狮2座，另外可见用蒙、藏、梵等文字刻的佛经、咒语若干处。上寺依山建有两重院落，有佛爷府、配殿、禅房等，殿内珍藏博格达活佛的禅杖、石刻佛雕版及西藏唐卡等珍贵遗物。下寺建有天王殿、大经堂、佛殿和护法神殿四重大殿及八角楼等建筑。此次调查重点为喇嘛洞主窟、东偏窟内、东偏窟外、西偏窟内、西偏窟外石刻。

图1 内蒙古广化寺

2 广化寺环境地质概况

2.1 气候特征

内蒙古土默特左旗属于温带大陆性气候，四季分明，冬季寒冷漫长，春季干燥多风沙，夏季炎热雨量集中，秋季凉爽而短促。年平均湿度54%，年平均风速1.9 m/s。年平均日照时间为2 952.1 h，年太阳总辐射量560.15 J/cm2。气温年差较大，多年平均气温为7.2 ℃，1月平均气温11.3 ℃，极端最低气温-35.6 ℃；7月平均气温22.8 ℃，极端最高气温37.2 ℃。无霜期年平均133 d，历年最大冻土层深度为131 cm。年平均降水量为379.4 mm，年蒸发量为1 851.7 mm，年平均降水日数为66 d，降雨多集中在7—8月。广化寺处于山洪沟交汇处，山洪冲刷威胁着寺院安全。

2.2 区域地质特征

研究区为中山剥蚀地貌，海拔1 400 m左右。山势较陡，植被较发育，部分基岩裸露，广化寺所在沟谷两侧岩石风化较严重，为地质灾害多发地段。

2.2.1 地层与区域地质构造 大青山主要由前寒武纪结晶基底和中生界盖层组成。区内出露的地层有中太古界集宁群、新太古界乌拉山群、中生界侏罗系大青山组及第四系冲洪积物。大青山组呈角度不整合覆盖于太古界结晶基底之上，说明该地区长期处于上升剥蚀状态，此后经过漫长的古生代直到中生代侏罗纪晚期地壳沉降才形成大青山组，后被第四系地层覆盖。

大地构造单元属于内蒙古台隆中部阴山断隆大青山褶皱带。区域构造活动强烈，早期以韧性剪切带为主，晚期以脆性断裂和推覆构造为主，主要由近东西向的包头—呼和浩特、临河—集宁以及北西向的固阳—土默特左旗断裂带控制区域地层、岩浆岩的分布。

2.2.2 岩性 区域内岩浆活动强烈，发育有古元古代石英闪长岩、闪长岩，古生代黑云母花岗岩、花岗闪长岩及中生代正长花岗岩等。

广化寺石质文物分布于古生代—中生代花岗岩类之上，主要为花岗闪长岩和二长花岗岩。花岗闪长岩主要分布于洞窟东侧，白色，中—粗粒结构，块状构造，主要由斜长石、石英、钾长石及少量黑云母组成。东偏窟外风化程度较窟内更强烈。二长花岗岩，主要分布于洞窟西侧，浅红色，中粒结构，块状构造，主要由钾长石，石英，斜长石组成。西偏窟靠里处岩石中钾长石和斜长石黏土化明显。

3 广化寺石质文物的病害分析

受地理位置、气候条件、区域地质及岩性影响，广化寺石质文物主要病害有危岩崩落，裂隙渗水，物理、化学、生物等表层风化剥蚀。

3.1 危岩崩落病害

广化寺石质文物赋存岩体经历了多期构造事件，普遍受构造节理（“X”型共轭节理）、卸荷裂隙及风化裂隙交错剪切控制，各类节理将岩体分割为巨块状危岩体，构造节理最宽可达10 cm。当前岩体最主要受北北东与近垂直方向两组节理控制，切割最大危岩块体直径达3～4 m（图2）。目前块体尚未掉落，一旦受到一定强度的外力作用（如地震、施工等），加上重力作用，危岩体易发生凌空崩落，直接威胁造像、文字及游人安全，是广化寺石质文物的最主要病害之一。

图2 广化寺西偏窟外石质文物危岩体

3.2 裂隙渗水

广化寺石质文物渗水病害主要受季节性渗水的影响。大气降水通过宽大的垂直节理进入岩石，再通过网脉状裂隙通道产生渗流，最终这些渗水会在石质文物表面渗出。渗水引起岩石表面潮湿、裂隙加宽，当岩体某个部位成为渗流排泄点时，便会形成较大面积的钙化等结垢物覆盖在文物表面，产生溶蚀孔使岩石变得疏松，影响文物外观形象[3]。喇嘛洞前三层阁楼中由于渗水壁画已模糊不清，石质文物渗水病害也较为严重，尤其是西偏窟内靠里处裂隙渗水严重，在岩石表面形成微生物与结垢物，已对窟中造像及文字造成威胁。

3.3 表层风化病害

在太阳辐射、大气、水溶液、生物等作用下，地表岩石结构构造、化学成分逐渐发生变化，岩石由整块变成碎块，由坚硬变得疏松，最终形成松散堆积物的过程称为风化作用。风化作用按其成因可分为物理风化、化学风化和生物风化作用3类。

3.3.1 物理风化 物理风化又称为机械风化，是指石质文物因温度变化、岩石孔隙中水和盐类物质的物态变化，使其发生机械破坏而又不改变其化学成分的作用。

（1）温差风化。温差风化主要表现为岩壁表层岩体受温差、冻融胀缩作用的影响，使岩体产生风化裂隙或片状、板状剥落、粉化等[4]。广化寺石质文物地处大陆性干旱半干旱气候区，年平均温差高达20 ℃。文物所赋存岩体为花岗岩类，主要矿物为膨胀系数差异较大的长石和石英，当产生的膨化应力超过岩石本身抗拉强度时，会导致岩石表层产生大量的风化裂隙，久而久之呈片状、板状剥落，甚至粉化。

（2）水、风对石质文物的破坏。广化寺石质文物绝大多数处于露天环境，风、雨水、阳光直接作用在文物上，正在遭受较严重的风化破坏。土默特左旗最大风速一般出现在4—5月和11—12月，石质文物在风的吹蚀、磨蚀作用下，呈粉末状、颗粒状剥落。夏季山洪携带碎石等冲下山崖，会给山下人员安全构成威胁。部分冲沟的雨水沿岩体裂隙进入文物，导致造像、彩绘等被破坏。

（3）冰劈作用与盐风化破坏。当气温降至0 ℃以下时，渗入岩石裂隙的水就会结成冰，由于体积增加对裂隙两侧岩壁产生压力，致使裂隙扩大；当气温升至0 ℃以上，冰融化成水，体积缩小，水又渗入扩大的裂隙中，当水再次结冰，裂隙进一步扩大，如此反复，最终使岩石崩解成碎块，这种冻胀作用称为冰劈作用。此外，裂隙中的水分蒸发时，盐类结晶体积膨胀也会对岩壁产生强大的压力，致使岩石碎裂，称为盐风化作用。广化寺气温在0 ℃上下浮动的天数较多，冰劈作用与盐风化破坏也比较显着。

3.3.2 化学风化 化学风化作用是指岩石受水、氧气、二氧化碳、有机酸等作用发生一系列化学反应并产生新矿物的过程。广化寺石质文物的化学风化破坏以长石水解作用和溶解作用为主，使石刻表面、裂隙形成高岭土等黏土矿物脱落，从而导致石质文物被破坏。由于地表水沿构造裂隙、风化裂隙入渗，使岩石中主要矿物斜长石、钾长石发生水解作用，形成松散软弱的黏土矿物，岩石变得疏松，形成粉状风化、剥落等病害。

3.3.3 生物风化 生物活动对岩石所造成的破坏作用称为生物风化作用，可分为生物机械破坏和生物化学风化。

（1）生物机械破坏。植物根系在岩石裂隙中生长，对裂隙两侧可产生1～115 MPa的压力，最终导致岩石破裂，这种作用称为根劈作用。另外，动物的挖掘和穿凿活动也会进一步加速岩石破碎。广化寺石质文物构造风化裂隙发育，这为植物根系生长提供了优势条件，根劈作用加快了岩石风化破碎速度。

（2）生物化学破坏。生物化学破坏作用是生物在新陈代谢过程中分泌出的各种化合物（如碳酸、硝酸和有机酸等）对矿物的溶解和对岩石的破坏作用。此过程中微生物会产生无机酸和有机酸，使得腐植酸破坏作用更强。其腐蚀石质文物岩体并在石刻表面产生沉淀物，在微生物的参与下可加速岩体的化学风化作用。广化寺石质文物生物化学破坏较严重，主要为蓝藻、地衣、苔藓及一些被子植物，分布在造像表面及其周边。

4 广化寺石质文物病害的防治策略

针对广化寺石质文物的病害特征，采用锚杆加固危岩体、灌浆充填岩体裂隙、地表防渗排水等工程措施来提高岩体抗风化能力，同时要长期检测气候气象、地表水及地下水，了解保护措施与效果。

4.1 锚杆加固危岩体

对于危岩体病害问题，目前一般采取锚杆加固或预应力锚杆加固的办法。广化寺石质文物适合采用预应力锚杆加固办法修复，通过预应力锚索加固造像，在不改变石质文物原状的条件下修复开裂的岩体位移，达到加固的效果。另外，显性震损破坏也可以使石质文物产生裂缝、岩石片状剥落、加速危岩体坠落等。预测大青山山前断裂带毕克齐段未来100年发生强震（Ms≤7.0）的最大概率为0.07，潜在地震的最大震级为7.2级[5]。广化寺处于大青山山前断裂带毕克齐段，因此，在加固及整体修缮过程中，要考虑未来地震对寺院的影响。

4.2 灌浆充填岩体裂隙

灌浆充填岩体裂隙技术采用无机加固剂或有机加固剂进行岩体裂隙充填，以此提高岩石的抗风化能力。研究表明，无机加固材料中，一种名为“PSC”的无机高分子材料最为有效。有机加固材料有小分子化合物和高分子树脂。西安大雁塔采用小分子化合物加固，而龙门石窟、云冈石窟等均采用环氧树脂加固，效果良好。广化寺石质文物岩体主要为花岗闪长岩，具体采用哪种材料充填，需要进一步试验分析，以达到满意的效果。

5 结论

（1）内蒙古广化寺石质文物因其文化传承与独特的雕刻技法极具历史价值和艺术价值，但面临着围岩崩落、裂隙渗水、物理、化学、生物等表层风化剥落病害，因此，亟需进行科学有效的修缮保护工作。

（2）内蒙古广化寺石质文物病害与地理位置、气候条件、区域地质环境及岩性密切相关。

（3）当前应主要利用锚杆加固危岩体，采用灌浆技术充填岩体裂隙，同时进行地表防渗排水，以提高石质文物岩体抗风化能力。此外，还要长期检测气候气象、地表水及地下水，做到对石质文物风化程度及深度达到定量掌握的程度。

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