古老石窟如何“青春永驻”

　　刚刚过去的“五一”假期，云冈石窟、龙门石窟、莫高窟前人潮涌动，五湖四海的游客前来参观游览，一睹千年石刻的庄严与瑰丽。

　　当公众沉醉于石头雕琢的艺术奇迹时，中国地质大学（北京）水资源与环境学院副院长、水文地质学家蒋小伟教授却倍感压力：“游客活动增多，洞窟内二氧化碳和水汽含量可能增大，为石窟保护带来了新的挑战。”

　　这不禁让人疑惑，石窟保护与地质学有何关联？如何让古老石窟焕发时代光彩？

　　为石窟“把脉问诊”

　　采访之际，蒋小伟正匆匆赶赴山西大同。如今，大同云冈石窟已成为蒋小伟的第二个办公室。

　　“游客关注的这些‘石头艺术品’与山体相连，本身就是山体的一部分，其稳定性是工程地质问题。”蒋小伟解释道，“岩石水分控制岩石风化和结构劣化，进而决定文物稳定性。诊断洞窟中单一或者多种水分来源是水文地质工程者的‘专长’。”

　　在中国地质大学（北京）校园里，记者见到了中国文化遗产研究院教授级高级工程师、著名岩土类文物保护专家黄克忠。他告诉记者，我国石窟、土遗址、古遗址等土石类文物长期暴露于自然环境，保护难度极大。岩体失稳、水患侵蚀、风化剥落是贯穿始终的三大顽疾，病害成因复杂、治理周期漫长、修复风险极高，即便是故宫石雕、长城土遗址等重点文物，也面临持续风化与结构劣化威胁。

　　“文物风化，如同人之衰老，是不可逆转的自然规律。”蒋小伟坦言。文物行业有句谚语：“干千年，湿千年，不干不湿两三年。”这句话点明了干湿交替是加速石体崩解的主要诱因，而芒硝、泻利盐等盐分的结晶过程也会加剧石刻文物的损坏。

　　“水盐交替作用，是石窟风化成为世界性难题的关键所在。”黄克忠表示。降水入渗、地下水、上层滞水、毛细水、凝结水、结晶水等以多种形态侵入岩体，与盐分运移形成耦合破坏，导致石体酥碱、开裂、泛白、剥落。“不治水，防风化就无从谈起”，因此，治理前期必须精准探查水分来源、运移通道与破坏规律，地质勘察监测工作往往占据了保护工程的大部分时间。

　　蒋小伟进一步介绍，“作为水文地质工作者，我们团队的主要工作就是围绕‘水的来龙去脉’和‘盐的来龙去脉’展开，诊断出水分、盐分的具体来源，服务文物科学保护。近期，我们团队针对盐分来源问题取得了一些新成果，借助硫氧同位素示踪技术，区分了酸雨、山体内部蒸发盐等不同的盐分来源”。

　　文保技术不断精进

　　夏季的云冈石窟，常受闷热潮湿的“桑拿天”影响，这也是洞窟内凝结水和盐风化最为明显的时期。

　　中国地质大学（北京）水资源与环境学院博士生欧阳恺皋，2022年5月至9月在云冈石窟待了整整四个月。他和其他几名研究生在导师蒋小伟的带领下，在洞窟开展系统性盐害调查。

　　带着湿润露气的清晨，工作便已开始：有人负责记录岩壁风化和盐分分布情况，有人使用红外相机拍摄壁面温度分布，还有人对盐分样品进行取样、编号。欧阳恺皋介绍，看似简单的记录和采样工作，需要在洞窟内对多个壁面逐一作业，往往要持续数小时甚至一整天。为了更精准地监测，团队师生自主研发出“石窟岩石含水率监测系统”，为石窟保护提供了技术支撑。

　　在石窟保护的历程中，科技的力量从不缺席。

　　20世纪50年代，我国石窟保护尚处起步阶段，仅凭传统工匠经验，难抵自然侵蚀。1960年，水文地质工程地质学家王大纯教授和岩石矿物学家苏良赫教授等组成团队走进石窟，逐一考察，首次将地质科学系统引入石窟保护，开创文物保护地质学新篇。

　　当时，黄克忠师从王大纯，在云冈石窟完成了本科论文。他回忆，那是一场“拓荒”式的工作：没有现成的理论可借鉴，就对照普通工程地质标准摸索文物保护的特殊要求；缺乏专用设备，就将地质勘探仪器改造后用于石窟监测；担心钻探损伤文物，就采用浅孔取样结合物探的方法获取数据。

　　云冈石窟第一、二窟试验工程的治水对象是区域性侧向渗流形成的泉水。黄克忠记得，王大纯先生力主“疏”字治水，引流泉水、降低地下水位，这一方案历经六十余载风雨检验，洞窟至今安稳如初。

　　2009年至2012年，云冈石窟研究院（云冈研究院前身）黄继忠研究馆员和中国地质大学（北京）水资源与环境学院万力教授共同主持了国家“十一五”科技支撑计划项目《石质文物保护关键技术研究——云冈石窟水分来源综合探查技术研究》。这是我国针对石窟水分来源的首个国家级科研项目，标志着云冈石窟水害防治研究进入有组织科研阶段。该项目针对大气降水通过裂隙的下渗、砂岩内残留孔隙水的渗出、地下水的毛细上升以及空气中水汽的凝结四种水分来源开展综合探查，形成了一套基于地球物理勘探、水文地质勘查等技术的石窟多源水害综合探查技术。

　　这些先进技术的系统化应用，如同为云冈石窟的水害问题做了一次全面的“CT”检查，让研究从以往的宏观观察逐步走向微观精准分析。

　　打造可复制可推广的保护方案

　　“灌浆锚固、喷锚加固、防渗排水、防风化材料试验……”作为我国岩土文物保护学科奠基人，黄克忠对这些土石类文物保护方案如数家珍。

　　“乐山大佛历经顶部防渗、疏干排水等综合治理，有效缓解佛体风化渗水难题；大足石刻采用有机硅类材料开展防风化加固试验，经数十年监测验证安全有效；交河故城作为我国最大最古老生土遗址，依靠锚固、灌浆等技术稳住边坡危体。此外，故宫石雕、苏州虎丘塔、吉林高句丽墓葬、连云港将军崖岩画、湖北铜绿山古铜矿遗址等，均在地质病害治理、结构加固、环境干预等方面积累了宝贵经验，构成中国土石文物保护的完整实践谱系。”黄克忠回顾道。

　　历经数十年接续奋斗，我国土石类文物保护成效卓著。黄克忠介绍，我国已从过去的文物保护受援国转变为技术输出国。以敦煌研究院与国际机构合作为标杆，我国在风沙治理、微环境监测、壁画保护、石窟结构加固等领域形成了成熟体系，并成功应用于柬埔寨吴哥古迹等海外项目。

　　目前，蒋小伟团队在云冈石窟所取得的研究成果，在实际落地应用时，可根据不同文物的特征因地制宜制定保护方案。

　　“我国砂岩石窟集中分布于西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西，华北地区的山西，以及西南地区的四川、重庆。这些地区分别对应干旱气候区、半干旱半湿润气候区和湿润气候区。我们下一阶段的目标是不断完善不同气候区水分、盐分来源识别方法，服务不同地区石窟寺保护。我们不仅要治好云冈石窟的‘病害’，更要为全国石窟寺保护提供可复制、可推广的‘地大方案’。”蒋小伟说。