剛剛過去的“五一”假期，云岡石窟、龍門石窟、莫高窟前人潮涌動(dòng)，五湖四海的游客前來(lái)參觀游覽，一睹千年石刻的莊嚴(yán)與瑰麗。

當(dāng)公眾沉醉于石頭雕琢的藝術(shù)奇跡時(shí)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)、水文地質(zhì)學(xué)家蔣小偉教授卻倍感壓力：“游客活動(dòng)增多，洞窟內(nèi)二氧化碳和水汽含量可能增大，為石窟保護(hù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。”

這不禁讓人疑惑，石窟保護(hù)與地質(zhì)學(xué)有何關(guān)聯(lián)？如何讓古老石窟煥發(fā)時(shí)代光彩？

為石窟“把脈問診”

采訪之際，蔣小偉正匆匆趕赴山西大同。如今，大同云岡石窟已成為蔣小偉的第二個(gè)辦公室。

“游客關(guān)注的這些‘石頭藝術(shù)品’與山體相連，本身就是山體的一部分，其穩(wěn)定性是工程地質(zhì)問題。”蔣小偉解釋道，“巖石水分控制巖石風(fēng)化和結(jié)構(gòu)劣化，進(jìn)而決定文物穩(wěn)定性。診斷洞窟中單一或者多種水分來(lái)源是水文地質(zhì)工程者的‘專長(zhǎng)’。”

在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）校園里，記者見到了中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師、著名巖土類文物保護(hù)專家黃克忠。他告訴記者，我國(guó)石窟、土遺址、古遺址等土石類文物長(zhǎng)期暴露于自然環(huán)境，保護(hù)難度極大。巖體失穩(wěn)、水患侵蝕、風(fēng)化剝落是貫穿始終的三大頑疾，病害成因復(fù)雜、治理周期漫長(zhǎng)、修復(fù)風(fēng)險(xiǎn)極高，即便是故宮石雕、長(zhǎng)城土遺址等重點(diǎn)文物，也面臨持續(xù)風(fēng)化與結(jié)構(gòu)劣化威脅。

“文物風(fēng)化，如同人之衰老，是不可逆轉(zhuǎn)的自然規(guī)律。”蔣小偉坦言。文物行業(yè)有句諺語(yǔ)：“干千年，濕千年，不干不濕兩三年。”這句話點(diǎn)明了干濕交替是加速石體崩解的主要誘因，而芒硝、瀉利鹽等鹽分的結(jié)晶過程也會(huì)加劇石刻文物的損壞。

“水鹽交替作用，是石窟風(fēng)化成為世界性難題的關(guān)鍵所在。”黃克忠表示。降水入滲、地下水、上層滯水、毛細(xì)水、凝結(jié)水、結(jié)晶水等以多種形態(tài)侵入巖體，與鹽分運(yùn)移形成耦合破壞，導(dǎo)致石體酥堿、開裂、泛白、剝落。“不治水，防風(fēng)化就無(wú)從談起”，因此，治理前期必須精準(zhǔn)探查水分來(lái)源、運(yùn)移通道與破壞規(guī)律，地質(zhì)勘察監(jiān)測(cè)工作往往占據(jù)了保護(hù)工程的大部分時(shí)間。

蔣小偉進(jìn)一步介紹，“作為水文地質(zhì)工作者，我們團(tuán)隊(duì)的主要工作就是圍繞‘水的來(lái)龍去脈’和‘鹽的來(lái)龍去脈’展開，診斷出水分、鹽分的具體來(lái)源，服務(wù)文物科學(xué)保護(hù)。近期，我們團(tuán)隊(duì)針對(duì)鹽分來(lái)源問題取得了一些新成果，借助硫氧同位素示蹤技術(shù)，區(qū)分了酸雨、山體內(nèi)部蒸發(fā)鹽等不同的鹽分來(lái)源”。

文保技術(shù)不斷精進(jìn)

夏季的云岡石窟，常受悶熱潮濕的“桑拿天”影響，這也是洞窟內(nèi)凝結(jié)水和鹽風(fēng)化最為明顯的時(shí)期。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院博士生歐陽(yáng)愷皋，2022年5月至9月在云岡石窟待了整整四個(gè)月。他和其他幾名研究生在導(dǎo)師蔣小偉的帶領(lǐng)下，在洞窟開展系統(tǒng)性鹽害調(diào)查。

帶著濕潤(rùn)露氣的清晨，工作便已開始：有人負(fù)責(zé)記錄巖壁風(fēng)化和鹽分分布情況，有人使用紅外相機(jī)拍攝壁面溫度分布，還有人對(duì)鹽分樣品進(jìn)行取樣、編號(hào)。歐陽(yáng)愷皋介紹，看似簡(jiǎn)單的記錄和采樣工作，需要在洞窟內(nèi)對(duì)多個(gè)壁面逐一作業(yè)，往往要持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至一整天。為了更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)，團(tuán)隊(duì)師生自主研發(fā)出“石窟巖石含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，為石窟保護(hù)提供了技術(shù)支撐。

在石窟保護(hù)的歷程中，科技的力量從不缺席。

20世紀(jì)50年代，我國(guó)石窟保護(hù)尚處起步階段，僅憑傳統(tǒng)工匠經(jīng)驗(yàn)，難抵自然侵蝕。1960年，水文地質(zhì)工程地質(zhì)學(xué)家王大純教授和巖石礦物學(xué)家蘇良赫教授等組成團(tuán)隊(duì)走進(jìn)石窟，逐一考察，首次將地質(zhì)科學(xué)系統(tǒng)引入石窟保護(hù)，開創(chuàng)文物保護(hù)地質(zhì)學(xué)新篇。

當(dāng)時(shí)，黃克忠?guī)煆耐醮蠹�，在云岡石窟完成了本科論文。他回憶，那是一�?chǎng)“拓荒”式的工作：沒有現(xiàn)成的理論可借鑒，就對(duì)照普通工程地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摸索文物保護(hù)的特殊要求；缺乏專用設(shè)備，就將地質(zhì)勘探儀器改造后用于石窟監(jiān)測(cè)；擔(dān)心鉆探損傷文物，就采用淺孔取樣結(jié)合物探的方法獲取數(shù)據(jù)。

云岡石窟第一、二窟試驗(yàn)工程的治水對(duì)象是區(qū)域性側(cè)向滲流形成的泉水。黃克忠記得，王大純先生力主“疏”字治水，引流泉水、降低地下水位，這一方案歷經(jīng)六十余載風(fēng)雨檢驗(yàn)，洞窟至今安穩(wěn)如初。

2009年至2012年，云岡石窟研究院（云岡研究院前身）黃繼忠研究館員和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院萬(wàn)力教授共同主持了國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目《石質(zhì)文物保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究——云岡石窟水分來(lái)源綜合探查技術(shù)研究》。這是我國(guó)針對(duì)石窟水分來(lái)源的首個(gè)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，標(biāo)志著云岡石窟水害防治研究進(jìn)入有組織科研階段。該項(xiàng)目針對(duì)大氣降水通過裂隙的下滲、砂巖內(nèi)殘留孔隙水的滲出、地下水的毛細(xì)上升以及空氣中水汽的凝結(jié)四種水分來(lái)源開展綜合探查，形成了一套基于地球物理勘探、水文地質(zhì)勘查等技術(shù)的石窟多源水害綜合探查技術(shù)。

這些先進(jìn)技術(shù)的系統(tǒng)化應(yīng)用，如同為云岡石窟的水害問題做了一次全面的“CT”檢查，讓研究從以往的宏觀觀察逐步走向微觀精準(zhǔn)分析。

打造可復(fù)制可推廣的保護(hù)方案

“灌漿錨固、噴錨加固、防滲排水、防風(fēng)化材料試驗(yàn)……”作為我國(guó)巖土文物保護(hù)學(xué)科奠基人，黃克忠對(duì)這些土石類文物保護(hù)方案如數(shù)家珍。

“樂山大佛歷經(jīng)頂部防滲、疏干排水等綜合治理，有效緩解佛體風(fēng)化滲水難題；大足石刻采用有機(jī)硅類材料開展防風(fēng)化加固試驗(yàn)，經(jīng)數(shù)十年監(jiān)測(cè)驗(yàn)證安全有效；交河故城作為我國(guó)最大最古老生土遺址，依靠錨固、灌漿等技術(shù)穩(wěn)住邊坡危體。此外，故宮石雕、蘇州虎丘塔、吉林高句麗墓葬、連云港將軍崖巖畫、湖北銅綠山古銅礦遺址等，均在地質(zhì)病害治理、結(jié)構(gòu)加固、環(huán)境干預(yù)等方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)成中國(guó)土石文物保護(hù)的完整實(shí)踐譜系。”黃克忠回顧道。

歷經(jīng)數(shù)十年接續(xù)奮斗，我國(guó)土石類文物保護(hù)成效卓著。黃克忠介紹，我國(guó)已從過去的文物保護(hù)受援國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)輸出國(guó)。以敦煌研究院與國(guó)際機(jī)構(gòu)合作為標(biāo)桿，我國(guó)在風(fēng)沙治理、微環(huán)境監(jiān)測(cè)、壁畫保護(hù)、石窟結(jié)構(gòu)加固等領(lǐng)域形成了成熟體系，并成功應(yīng)用于柬埔寨吳哥古跡等海外項(xiàng)目。

目前，蔣小偉團(tuán)隊(duì)在云岡石窟所取得的研究成果，在實(shí)際落地應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)不同文物的特征因地制宜制定保護(hù)方案。

“我國(guó)砂巖石窟集中分布于西北地區(qū)的新疆、甘肅、寧夏和陜西，華北地區(qū)的山西，以及西南地區(qū)的四川、重慶。這些地區(qū)分別對(duì)應(yīng)干旱氣候區(qū)、半干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū)和濕潤(rùn)氣候區(qū)。我們下一階段的目標(biāo)是不斷完善不同氣候區(qū)水分、鹽分來(lái)源識(shí)別方法，服務(wù)不同地區(qū)石窟寺保護(hù)。我們不僅要治好云岡石窟的‘病害’，更要為全國(guó)石窟寺保護(hù)提供可復(fù)制、可推廣的‘地大方案’。”蔣小偉說。