樂山麻浩崖墓石刻風(fēng)化機(jī)理研究

王沖+謝振斌+郭建波+陳顯丹

內(nèi)容摘要：通過對樂山麻浩崖墓的病害及現(xiàn)狀勘察、巖樣物理力學(xué)性能檢測、巖樣薄片鑒定、礦物成分分析、苔蘚植物分離鑒定、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，探討了崖墓巖石內(nèi)部因素和各種外部環(huán)境因素對其風(fēng)化作用的機(jī)理。得出巖石結(jié)構(gòu)特性是決定崖墓石刻風(fēng)化的內(nèi)在決定因素，而水害、可溶鹽、酸雨及溫濕度交替變化等外界因素則是影響崖墓石刻風(fēng)化的主要外因，它們在一定條件下相互促進(jìn)，共同發(fā)揮作用，促使其產(chǎn)生酥堿、粉化、龜裂起翹、表面泛鹽、片狀剝落及表面溶蝕等風(fēng)化病害。麻浩崖墓石刻風(fēng)化機(jī)理的研究，為對其科學(xué)保護(hù)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：樂山麻浩崖墓；石刻；風(fēng)化；機(jī)理

中圖分類號：K878.8；K854.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-4106（2017）06-0172-10

Research on the Weathering Mechanism of Stone Carvings on Leshan Mahao Cliff Tomb

WANG Chong XIE Zhenbin GUO Jianbo CHEN Xiandan

（The Sichuan provincial Cultural Relics and Archaeology Research Institute， SiChuan， Chengdu 610041）

Abstract： Through the investigation of present diseases of Leshan Mahao Tomb， physical and mechanical properties of rock sample， thin section identification of rock sample， mineral composition analysis， isolation and identification of bryophytes， indoor simulation experiment， the thesis discusses the internal factors of rocks and various external environment factors on the mechanism of weathering on Leshan Mahao Cliff Tomb. The conclusion is the structural characteristics of rock are the internal determinant for the weathering of stone carvings， and water disasters， soluble salt， acid rain， and alternation of temperature and humidity are the external factors. They promote each other under certain conditions， work together， inducing the weathering diseases such as efflorescence， warping， pulverization， cracking， surface suffused with salt， exfoliation， and surface corrosion etc. Through the researches on the weathering mechanism of stone carvings on Mahao Cliff Tomb， the theoretical basis is provided for the scientific protection for it.

Keywords： cliff tomb； stone carving； weathering； mechanism

前 言

崖墓是古人開鑿于山崖或巖層中的墓穴，俗稱“蠻洞”，是古代流行于江河流域的一種仿生人住宅、鑿山為室的墓葬形式。四川是崖墓的主要流行區(qū)域，數(shù)量大，現(xiàn)存10萬余座，占全國崖墓80%以上。四川崖墓雕有大量精美絕倫的石刻，為研究漢至魏晉南北朝時期的墓葬制度、思想意識、社會經(jīng)濟(jì)、美術(shù)、建筑及民族民俗等提供了彌足珍貴的實(shí)物資料。崖墓石刻大多建造在深山幽谷之中，千百年來，受水害、可溶鹽、溫濕度交替變化、大氣污染、酸雨以及生物等因素的長期作用，崖墓石刻出現(xiàn)酥堿剝離、粉狀脫落、空鼓開裂、顏料褪色或脫落等風(fēng)化病害，部分崖墓石刻瀕危，因此，研究崖墓石刻風(fēng)化機(jī)理是一項(xiàng)迫在眉睫的工作。

本文以樂山麻浩崖墓為例，采取XRD、薄片分析、掃描電鏡及物理力學(xué)性能測試等方法對崖墓石刻所處崖體巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)及物理性能進(jìn)行檢測分析，通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究分析各種外界因素對崖墓石刻的影響，進(jìn)而揭示崖墓石刻風(fēng)化產(chǎn)生機(jī)理和受損本質(zhì)。

1. 樂山麻浩崖墓的現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 概況

樂山麻浩崖墓位于樂山市中區(qū)篦子街篦子社區(qū)，為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。該崖墓群建于東漢時期，依紅砂石崖鑿穴，共有崖墓376座。本次對已完成了考古發(fā)掘的A區(qū)5座崖墓進(jìn)行了調(diào)查。這5座崖墓位于麻浩崖墓群北部，墓葬坐東向西，從左至右分別為M5、M1、M2、M3和M4，呈一字形排開，其中M1為橫前室并列多后室形制，墓門及前室內(nèi)共刻畫像27幅，有河梁送別圖、荊柯刺秦王等歷史典故[1]及可能是迄今為止我國現(xiàn)存最早的佛像，有極高的歷史、藝術(shù)價(jià)值[2]。

1.2 病害現(xiàn)狀

M1享堂墓頂有一橫向裂隙貫穿整個墓頂延伸至兩側(cè)壁，裂隙閉合，總長14.5m，裂隙有滲水痕跡和鈣垢填充物。門楣雕刻、享堂左壁執(zhí)彗執(zhí)箕門吏、門柱側(cè)面雕刻都嚴(yán)重粉狀風(fēng)化脫落，僅殘存少量雕刻圖像輪廓。M2門楣雕刻、M3前室壁、M4墓底及門框表面也都嚴(yán)重粉狀風(fēng)化而脫落，局部圖像輪廓模糊。endprint

M1享堂左側(cè)壁底部常年潮濕，右側(cè)壁常年有水滲出；雨季時，墓內(nèi)十分潮濕，夏季時墓壁有冷凝水珠掛流。M2左門框外約10cm常年有山水向下流，左壁及左門框底部壁面常年滲水，潮濕。M3墓內(nèi)較干燥，夏季冷凝水較嚴(yán)重。M4墓道右側(cè)常年有流水。墓道及前室右壁、墓底及左壁底部十分潮濕，墓底及右壁底部有水滲出。M5十分潮濕，兩側(cè)壁底部有水溢出。

M1墓門門楣、享堂左壁前半部分、右壁及門框上、享堂頂部等處長滿苔蘚、地衣等。M2左門框及前堂左壁長滿苔蘚。M3內(nèi)有黑色的苔蘚遺跡。M4墓道右壁、前室右壁、墓道左壁底部長滿苔蘚、地衣。M5墓道頂部有生長樹木，樹根一直延伸到墓道底部，墓道、整個墓室兩側(cè)及墓頂長滿苔蘚。

1.3 環(huán)境調(diào)查

樂山市屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。壩丘區(qū)域年平均氣溫16.4—17.5℃；年極端低溫-4.0℃，年極端高溫41.0℃。降雨量較為豐沛，年平均降雨量1300mm左右。

樂山市酸雨污染較嚴(yán)重，近幾年有所好轉(zhuǎn)。1995—2000年5年降水pH平均值5.0左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于旅游城市的標(biāo)準(zhǔn)[3]。2006年至2010年5年間，樂山中心城區(qū)酸雨頻率從83.33%降至27.0%。2012年7月至2013年6月，樂山大佛監(jiān)測點(diǎn)，檢測到雨水最小pH值4.84，最大值為7.26，平均值6.13；達(dá)到酸雨標(biāo)準(zhǔn)的5次，頻率為17%，呈現(xiàn)逐年下降趨勢。酸雨成分以■和■為主[4]。

2. 巖樣檢測分析及石刻表面

地衣苔蘚分離鑒定

巖樣取于樂山麻浩崖墓A區(qū)M5左側(cè)10m處崖體，取樣深度30cm，巖樣與崖墓屬同一巖層，代表崖墓本體巖石。地衣苔蘚標(biāo)本采集至M1—M5的不同區(qū)域。

2.1 巖樣薄片鑒定

鑒定結(jié)果表明，該巖石為泥質(zhì)細(xì)粒巖屑長石石英砂巖，外觀淺紫紅色，塊狀構(gòu)造，較疏松，硬度較低。巖石為細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，碎屑約占85%，填隙物約占15%。碎屑粒度多為0.06—0.25mm，少部分<0.06mm或>0.25mm，分選好，碎屑多呈次圓-次棱角狀，磨圓中等。碎屑組分中石英約占碎屑總量80%，主要由單晶石英及部分硅質(zhì)巖、石英巖巖屑組成，分布廣泛。長石占10%以上，為斜長石和鉀長石，部分發(fā)生絹云母化、黏土化蝕變，分布不均。巖屑占10%以下，主要為泥巖巖屑，分布不均勻；同時可見少量云母，主要為白云母和黑云母，分布不均；偶見電氣石、鋯石、綠泥石、磷灰石。填隙物主要由黏土雜基（泥質(zhì)）及部分鐵質(zhì)膠結(jié)物組成，二者相互混雜，呈不規(guī)則狀充填于碎屑之間空隙中，分布不均勻。巖石的支撐類型為顆粒支撐，膠結(jié)類型是孔隙膠結(jié)。

2.2 巖樣X-射線衍射分析（XRD）

檢測儀器采用DX-2000X光衍射儀，檢測依據(jù)為DS327-3112-08，檢測圖譜如圖1所示。

結(jié)果表明巖樣含有石英（Quartz）64.3%、鈉長石（Albite low）10.4%、微斜長石（Microcline） 10.7%、白云母（Muscovite）7.8%、綠泥石（Clinochlore）0.8%、黑云母（Biotite）1.1%、方解石（Calcite）0.4%、滑石（Talc）0.9%、赤鐵礦（Hematite）1.1%、磁鐵礦（Magnetite）0.6%、銳鈦礦（Anatase）0.8%、石膏（Anhydrite）0.2%、其他0.9%。

2.3 巖樣物理性能及力學(xué)強(qiáng)度測試

巖樣物理性能及力學(xué)強(qiáng)度按《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50266-99進(jìn)行測試，結(jié)果如表1、表2所示。

2.4 麻浩崖墓巖石、周圍土壤、地表水可溶鹽及pH分析檢測

分別采集M1墓頂泥土、新鮮巖石、風(fēng)化巖石以及崖墓門口的地表水，對其可溶鹽含量進(jìn)行了測試。2013年5月22日，在崖墓門口收集了一次降雨，檢測其中硫酸根、硝酸根離子的含量及pH值。檢測依據(jù)：GB/T50123-1999，結(jié)果如表3所示。

2.5 石刻表面苔蘚地衣分析鑒定

在樂山麻浩崖墓Ι區(qū)M2與M3之間外壁、M4右側(cè)壁流水處取得苔蘚地衣樣品（圖2、3）。經(jīng)過對苔蘚植物現(xiàn)場生長環(huán)境及生長形貌的觀察分析，確定了苔蘚、地衣植物的門類。將采集回來的樣品在實(shí)驗(yàn)室用無菌土培養(yǎng)，再在顯微鏡下對植株做進(jìn)一步的顯微分析，確定其在分類學(xué)上的屬類。結(jié)果顯示，采集的樣品中共有蘚類2種（小石蘚、長蒴蘚）、苔類2種（平叉苔、毛地錢）以及地衣2種（地木耳及梅衣屬）。

3. 模擬實(shí)驗(yàn)

為了探究外界環(huán)境對麻浩崖墓石刻風(fēng)化的影響，用實(shí)驗(yàn)塊在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了凍融、耐鹽、耐酸及溫濕度交替變化的模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)樣塊取自麻浩崖墓1區(qū)M5左側(cè)10m處崖體，取樣深30cm。該石樣與崖墓屬同一巖層，樣塊為邊長40mm的正方體。

3.1 凍融實(shí)驗(yàn)

凍融實(shí)驗(yàn)參照GB/T9966.1-2001，每組兩塊石樣，將石樣放入蒸餾水中20℃（±2℃）中浸泡48h后取出，立即將其放入冷凍箱-20℃（±2℃）冷凍4h；再將石樣放入流動水中融化4h，即完成一個循環(huán)。設(shè)計(jì)進(jìn)行40個循環(huán)，觀察、記錄樣品表面是否有裂紋、缺棱和缺角現(xiàn)象，每4個循環(huán)稱量樣品重量。第12次紀(jì)錄時其中一個石樣完全崩解，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。巖樣凍融過程中重量及樣品表面形貌變化如表4所示。

3.2 耐鹽實(shí)驗(yàn)

耐鹽實(shí)驗(yàn)參考BS EN12370：1999進(jìn)行，方法如下：隨機(jī)選擇4塊石樣，其中3塊為平行樣，一塊為對比樣（對比樣浸泡在蒸餾水中，其他條件與實(shí)驗(yàn)樣塊一致）。鹽溶液中含有6%Na2SO4、4%NaCl和4%KNO3。將實(shí)驗(yàn)樣稱得干重，放置于鹽溶液中和蒸餾水中，試樣的最上面與液面的高度為8（±2）mm。溶液溫度為20±（0.5）℃，浸泡時間為2h。浸泡結(jié)束后，將試樣置于干燥箱中。放入試樣前需在干燥箱中放300mL水（125升干燥箱）使其保持一定的濕度，30min后放試樣。試樣在40℃下保溫4h（結(jié)束后將干燥箱的水取出），60℃保溫4h，80℃下保溫4h，105℃下保溫4h。總計(jì)16h后取出，在2h（±0.5）內(nèi)于干燥器中冷卻至室溫，測定試樣的質(zhì)量變化率，并觀察樣品表面變化狀況。實(shí)驗(yàn)擬定15個周期，進(jìn)行至第6次循環(huán)時鹽浸樣嚴(yán)重酥松脫落。鹽浸實(shí)驗(yàn)過程中重量及表面變化狀況如表5和圖4所示。endprint

3.3 酸霧實(shí)驗(yàn)

酸霧實(shí)驗(yàn)方案自擬，選用3塊石樣，2塊做酸霧試樣，1塊留個空白，空白樣采用蒸餾水噴霧。將試樣烘干稱重，將巖樣放到FQY010A型噴霧儀中進(jìn)行酸霧試驗(yàn)，酸霧液為1%（V/V），試驗(yàn)溫度為25℃，噴霧壓力為0.16MPa。噴霧采取間隙噴霧法：每噴霧30s，間隙30s，每天4h，酸霧沉降量為15ml/4h，15天后，觀察石樣表面狀況，并將樣品烘干稱重，計(jì)算質(zhì)量變化率v=（試樣干重-試樣的酸霧處理后清洗烘干的質(zhì)量）/試樣干重×100%。并采用鉆入阻力實(shí)驗(yàn)機(jī)測試實(shí)驗(yàn)樣品與空白樣表面的強(qiáng)度，結(jié)果如表6所示。

3.4 溫濕度循環(huán)實(shí)驗(yàn)

溫濕度循環(huán)實(shí)驗(yàn)方案自擬，試驗(yàn)儀器為上海儀器設(shè)備廠TEMI880可編程試驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)方法如下：選用試樣塊4塊，將其中2塊放入濃度為6%Na2SO4溶液、4%NaCl溶液和4%KNO3的混合溶液容器內(nèi)，使試樣完全浸沒在液體中，密封，保持溫度為20±（0.5）℃，2h后取出。將試樣置于105（±5）℃的干燥箱中，緩慢升溫干燥，待試樣塊干燥至恒重后，將其放入干燥器中冷卻至室溫稱重。另選2塊樣品不浸鹽，與其一起放入已設(shè)定程序的可編程試驗(yàn)箱中。溫濕度循環(huán)變化程序?yàn)椋簻囟仍O(shè)定0℃，保持2h；逐漸升溫至15℃，濕度65%，保持2h；逐漸升溫至25℃，濕度80%，保持2h；逐漸升溫至40℃，濕度98%，保持2h；再按上述升溫升濕過程的相反程序逐漸降溫降濕至0℃，記為一個循環(huán)，每2個循環(huán)觀察樣品表面狀況并稱重。

實(shí)驗(yàn)2次后，觀察到未浸鹽樣表面略有掉粉，浸鹽樣棱角、表面酥松，掉粉明顯；4次后，未浸鹽樣表面略有掉粉，浸鹽樣有一棱角出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象；6次后，無明顯變化；8次后，未浸巖樣變化不明顯，浸鹽樣表面掉粉增多；10到14次樣塊變化不明顯。16次后，樣塊表面掉粉加劇，至30次停止實(shí)驗(yàn)。每兩個循環(huán)后，稱重，繪制石樣重量變化曲線，石樣重量變化率v=（試樣干重-試樣原干重）/試樣原干重×100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

4. 麻浩崖墓石刻風(fēng)化機(jī)理分析

石刻風(fēng)化作用的因素很多，可分為內(nèi)因和外因。內(nèi)因就是崖墓本生的巖石礦物組成、巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造以及巖石的物理化學(xué)性質(zhì)等內(nèi)部因素。外因主要包括當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、植被、空氣污染物、地形以及人為因素等多個方面。內(nèi)因是巖石風(fēng)化的根本原因，外因?yàn)轱L(fēng)化創(chuàng)造了必要條件，兩者相互作用。

4.1 麻浩崖墓石刻風(fēng)化的內(nèi)因分析

4.1.1巖石礦物成分對崖墓石刻風(fēng)化的影響

麻浩崖墓石樣的薄片鑒定和XRD分析表明，麻浩崖墓本體巖石是泥質(zhì)細(xì)粒巖屑長石石英砂巖，其碎屑主要由石英、長石和泥質(zhì)巖屑組成。另外還含有少量的電氣石、鋯石、綠泥石、磷灰石。而膠結(jié)物質(zhì)主要是黏土雜基（泥質(zhì)）及部分鐵質(zhì)膠結(jié)物組成，二者相互混雜，呈不規(guī)則狀充填于碎屑之間空隙中，分布不均勻。由此可見，該巖石的碎屑及膠結(jié)物質(zhì)中都含有黏土（泥質(zhì)）礦物成分。而黏土礦物除了海泡石、坡縷石具鏈層狀結(jié)構(gòu)外，其余均具層狀結(jié)構(gòu)。而這種結(jié)構(gòu)使其在吸水作用下，出現(xiàn)膨脹作用、結(jié)構(gòu)層解離、離子交換、礦物轉(zhuǎn)化的特性，與孔隙滲水中的可溶性鹽離子及地表植物分解的有機(jī)酸作用會構(gòu)成新的礦物或有機(jī)物分子復(fù)合體而產(chǎn)生沉積。

含有黏土礦物的砂巖在水中飽和后，由于離子交換作用使礦物結(jié)晶化合物相對穩(wěn)定[5]，即黏土礦物與水反應(yīng)后形成膠質(zhì)粒子。一般膠質(zhì)粒子在水中帶正電荷或負(fù)電荷，帶電荷的膠質(zhì)粒子又能夠吸引同價(jià)的帶相反電荷的粒子。因此，在水中，這種帶電荷的粒子（離子）容易吸引礦物結(jié)晶表面帶電荷的離子而使其離開結(jié)晶表面，形成電子對。隨著這種電子對的積累，就會形成電子二重層，使結(jié)晶物相對穩(wěn)定。但是，當(dāng)巖石出現(xiàn)干濕驟然交替的時候，黏土礦物的穩(wěn)定性就立刻喪失，從而導(dǎo)致砂巖開裂、崩解[6]。

另外，該崖墓巖石礦物成分復(fù)雜，種類較多。各種礦物熱脹冷縮系數(shù)不一樣（砂巖主要礦物組成的熱脹冷縮系數(shù)見表7），在冷熱交替變化下，會產(chǎn)生軸向性熱脹冷縮，經(jīng)過長時間作用，巖石都會產(chǎn)生差異性的風(fēng)化病變。

綜上所述，巖石的礦物成分、粒度成分、膠結(jié)物成分、含泥量及泥夾層等要素錯綜復(fù)雜的變化組合特征，決定著巖體抗風(fēng)化能力，控制了巖體風(fēng)化強(qiáng)度的差異性，其中泥質(zhì)類以不同方式存在（礦物成分、膠結(jié)物、夾層等）和分布（粒間均布、層狀及透鏡狀、團(tuán)塊狀等）對巖體差異風(fēng)化的形成發(fā)展起了至關(guān)重要的作用[8]。

4.1.2巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造對崖墓石刻風(fēng)化的影響

巖體中原生和次生孔隙的形成和發(fā)展，為風(fēng)化營力的深入創(chuàng)造有利條件。麻浩崖墓巖石孔隙發(fā)達(dá)，達(dá)到34.52%。砂巖的飽和吸水率與其孔隙率密不可分，而巖石吸水率又影響著巖體的表面強(qiáng)度。巖樣飽和吸水率隨巖石孔隙率增大而增加，但巖樣的飽和抗壓強(qiáng)度隨巖石的孔隙率和飽和吸水率的增大而減小。力學(xué)性能檢測顯示，自然條件下該巖樣的抗壓強(qiáng)度為3.6MPa，但是在飽水條件下為1.5MPa，不到天然狀態(tài)下的一半。這說明巖石孔隙率大，其吸水量高，而巖石強(qiáng)度則會降低，在吸水條件下巖石抗風(fēng)化能力減弱。

病害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，麻浩崖墓M1存在幾條貫穿裂隙，并有滲水現(xiàn)象和滲水痕跡。巖體的裂隙系統(tǒng)、層理構(gòu)造及軟弱夾層均是降低巖石力學(xué)強(qiáng)度的軟弱結(jié)構(gòu)面，分布不均衡，對巖體差異風(fēng)化向縱身發(fā)展起著控制作用。構(gòu)造裂隙對巖體形成交叉切割，成為風(fēng)化營力的縱身發(fā)育條件，導(dǎo)致巖體變形破壞；同時構(gòu)造裂隙也是地下水的主要存儲空間和轉(zhuǎn)動通道。麻浩崖墓巖體地下水充沛。地下水通過構(gòu)造裂隙，以裂隙滲水、孔隙滲水和毛細(xì)水等水害形式侵蝕巖體，加速崖墓石刻破壞。機(jī)械裂隙發(fā)育程度和分布狀況與構(gòu)造裂隙具有相同的破壞作用，二者相互交叉，從整體上控制巖體強(qiáng)度、滲水方向及危害程度。石刻表面發(fā)育形成的風(fēng)化裂隙，雖然是淺表裂隙，但裂隙數(shù)量多、方向雜亂，與構(gòu)造裂隙和機(jī)械裂隙具有繼承性，可在各種風(fēng)化營力作用下不斷形成；巖體表層風(fēng)化裂隙網(wǎng)絡(luò)是各種水害及可溶鹽的儲存場所和滲水通道，對風(fēng)化病害的縱身發(fā)育起著推進(jìn)作用。endprint

4.2 麻浩崖墓石刻風(fēng)化的外因分析

4.2.1 水害引起崖墓石刻風(fēng)化的機(jī)理

樂山屬濕潤類型氣候，年平均降水量都在1300mm左右，崖墓內(nèi)常年濕度大多在80%以上，夏季時，墓內(nèi)相對濕度在90%以上。且麻浩崖墓緊靠岷江，山體流水不斷，水害侵蝕嚴(yán)重。

水對巖體的破壞主要是通過冰凍凝結(jié)和吸水膨脹作用來實(shí)現(xiàn)的。樂山極限低溫為-4℃，一般都在0℃以上凍冰期較短，冬季墓內(nèi)溫度比墓外要高。凍融對該崖墓石刻的風(fēng)化破壞相對較小。巖石中的硬石膏和其他黏土礦物吸水發(fā)生水合作用形成多種水化物。礦物吸收水分子，它與晶架連接起來引起礦物體積的膨脹和收縮，不僅產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，而且會加速巖石礦物成分的改變。例如，硬石膏（Ca2SO4）吸水變成石膏（Ca2SO4·2H2O）的過程，其化學(xué)反應(yīng)為：CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O，這一反應(yīng)的結(jié)果，一方面產(chǎn)生了硬度低的新礦物，另一方面結(jié)晶鹽體積增大31%，同時產(chǎn)生0.15MPa膨脹壓力[9]，可溶鹽吸水結(jié)晶引起體積變化從而對巖體產(chǎn)生機(jī)械破壞。另外，巖石吸收水后明顯變酥軟，強(qiáng)度明顯降低，巖樣力學(xué)強(qiáng)度測試成果表明，巖樣的飽和抗壓強(qiáng)度還不到天然巖樣的二分之一。

總之，在水害作用下，麻浩崖墓石刻的巖石中的填隙物逐步風(fēng)化、溶蝕和被溶解帶走，巖石結(jié)構(gòu)逐步變松散，片層間的分界變模糊，片層間空隙增大，巖石層狀結(jié)構(gòu)被打破，發(fā)育成結(jié)構(gòu)相連的較大孔洞（如圖6、7所示），巖石表層形成許多凹坑，為水害的深入破壞、風(fēng)化病害的縱身發(fā)育、微生物與苔蘚植物的生長發(fā)育創(chuàng)造了有利條件。

4.2.2可溶鹽引起崖墓石刻風(fēng)化的機(jī)理

在對麻浩崖墓周邊的泥土、新鮮巖石和風(fēng)化巖石以及地表水，進(jìn)行了可溶鹽測試。分析結(jié)果表明，風(fēng)化巖石中可溶鹽主要以硝酸鹽、硫酸鹽和氯化物為主。其可溶鹽總量遠(yuǎn)大于新鮮巖石中的可溶鹽總量，并且風(fēng)化巖石中可溶鹽含量與墓頂土壤及滲水中可溶鹽含量密切相關(guān)，墓頂土壤中可溶鹽種類和含量與風(fēng)化產(chǎn)物可溶鹽的種類和含量正相關(guān)。這說明土壤的可溶鹽隨著水的運(yùn)動在巖體中不斷富集積結(jié)，同時巖石風(fēng)化也產(chǎn)生大量的可溶鹽，使風(fēng)化巖樣中的可溶鹽總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新鮮巖石。

耐鹽實(shí)驗(yàn)中，石樣在經(jīng)過鹽溶液浸泡后，鹽分進(jìn)入巖石內(nèi)部，質(zhì)量有所增加。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，鹽浸石樣逐步變得疏松，并開始脫落、垮塌，經(jīng)過短短的6次循環(huán)后完全崩解。而對比的空白樣在實(shí)驗(yàn)期間質(zhì)量和外觀變化不大。表明可溶性鹽對石刻具有很大的破壞作用。

可溶鹽對崖墓石刻的破壞作用主要表現(xiàn)為：結(jié)晶風(fēng)化、結(jié)晶壓力、水合壓力和吸潮膨脹、升溫膨脹所形成的應(yīng)力?？扇茺}隨著崖墓巖石的干濕交替變化不斷在巖石表層遷移和富積，當(dāng)巖體潮濕時，它們?nèi)苡谒?，?dāng)巖體干燥時，它們隨水分向干燥的巖體遷移并在表層析出結(jié)晶，造成巖石表面結(jié)構(gòu)破壞及外觀改變；它們也可能在巖石表層一定深度范圍內(nèi)富集結(jié)晶產(chǎn)生很大的結(jié)晶壓力，造成開裂及鱗片狀剝落?？扇茺}的結(jié)晶壓力與結(jié)晶溫度與飽和度相關(guān)，溫度高、濃度大，結(jié)晶壓力也越大，對巖石的破壞力也就越大。

4.2.3溫濕度變化引起崖墓石刻風(fēng)化的機(jī)理

溫濕度變化對崖墓石刻破壞作用，主要是通過熱力作用和冷凝水所引起的石刻表面干濕度變化及可溶鹽溶解結(jié)晶交替變化來實(shí)現(xiàn)的。

巖石是熱的不良導(dǎo)體。夏季時，崖墓墓門石刻受陽光直接暴曬，溫度較高，表面體積膨脹而內(nèi)部很少受到熱力的影響，夜間當(dāng)巖石逐漸冷卻收縮時，內(nèi)部卻因緩慢傳入的熱力影響而膨脹，如此表里不一的脹縮致使石刻受到破壞。另外沉積巖中常存砂巖和泥巖夾層，其熱物理性能存在著差異，砂巖平均導(dǎo)熱率為1.66w/m·k，泥巖為1.92w/m·k；砂巖平均比熱為972J/kg·K，泥巖為1634 J/kg·K；各組成礦物成分的熱膨脹系數(shù)也不一樣（表7）。因此，夏季崖墓墓門石刻受陽光直射，表面溫度能達(dá)到40℃以上，如遇到雷陣雨，在雨水作用下石刻表面溫度驟然下降，溫度驟變使石質(zhì)內(nèi)外不同方向的膨脹和收縮不均勻，最終導(dǎo)致石刻特別是墓門石刻表層產(chǎn)生裂紋和片狀龜裂。

2013年3月27日至9月25日對麻浩崖墓的溫濕度監(jiān)測，結(jié)果表明，M1前堂的平均溫度為20.3℃（13.8—32.2℃），平均濕度是86.0%（35.8—95.6%）；中室的平均溫度為20.1℃（14.8—26.6℃），平均濕度是88.5%（65.5—97.8%）；后室的平均溫度為20.9℃（14.1—26.6℃），平均濕度是92%（75.9—100%）。墓內(nèi)的平均濕度都在85%以上。由此可知，墓門的溫濕度變化相對較大，也是墓門周圍風(fēng)化相對嚴(yán)重的因素之一。同時，崖墓具有空氣相對濕度大、墓壁表面溫度較墓外低、空氣循環(huán)速度小等，使墓內(nèi)極易形成凝結(jié)水（特別在夏季）。凝結(jié)水與其他水害一樣對崖墓石刻起著相同的破壞作用。

另外，溫濕度循環(huán)實(shí)驗(yàn)揭示，在溫濕度變化相同條件下，浸鹽巖樣酥粉程度比未浸鹽巖樣嚴(yán)重。這表明，周期性的溫度變化和濕度波動造成可溶鹽的溶解結(jié)晶交替變化比單一的溫濕度變化所產(chǎn)生的風(fēng)化破壞作用要嚴(yán)重。

4.2.4酸雨崖墓石刻風(fēng)化的機(jī)理分析

在麻浩崖墓石刻風(fēng)化石樣的可溶鹽分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，硝酸鹽、硫酸鹽含量與土壤、地表水以及雨水中的相應(yīng)含量正相關(guān)。樂山環(huán)境檢測站提供數(shù)據(jù)表明：2012年7月至2013年6月期間共出現(xiàn)酸雨5次，最低值4.84，最高值為7.26，平均值6.13。另外，在對一次降雨的離子分析發(fā)現(xiàn) 和 的含量分別是24.56mg/kg和30.85mg/kg。

在酸霧實(shí)驗(yàn)中酸霧沉降在樣品正面，酸與巖石礦物中方解石發(fā)生反應(yīng)使樣品表面泛白，有些樣品出現(xiàn)酥松、局部起泡、脫落的現(xiàn)象。用DRMS鉆入阻力實(shí)驗(yàn)機(jī)測試樣品表面強(qiáng)度，所有實(shí)驗(yàn)樣品的表面強(qiáng)度均比空白樣品的表面強(qiáng)度降低（見表6）。實(shí)驗(yàn)表明，麻浩崖墓巖石的耐酸性差，在酸性環(huán)境中巖石易風(fēng)化。巖石薄片鑒定結(jié)果表明，麻浩崖墓巖石是以黏土礦物和方解石為填隙物，當(dāng)巖石遇到酸侵蝕時，膠結(jié)物中黏土和方解石會分解成可溶性鹽隨水流失，膠結(jié)物失去原有的膠結(jié)作用，由于酸的侵蝕作用，巖石中膠結(jié)物逐步流失、礦物晶架結(jié)構(gòu)改變，使巖石表面發(fā)生酥粉、表面溶蝕、剝落等病害。另外，巖石中各類長石在酸性條件下，溶解度大大增加。綜合酸霧實(shí)驗(yàn)及巖石薄片鑒定結(jié)果，可以推斷酸雨對麻浩崖墓石刻造成較大的破壞。endprint

4.2.5生物對崖墓石刻風(fēng)化的機(jī)理

在麻浩崖墓病害調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)墓門周圍有大量苔蘚、地衣的生長。通過分析鑒定，這些樣品中有蘚類2種（小石蘚、長蒴蘚）、苔類2種（平叉苔、毛地錢）以及地衣2種（地木耳、梅衣屬）。

苔蘚植物易于在潮濕的巖石表面生長，假根較發(fā)達(dá)。當(dāng)巖石表面風(fēng)化形成凹凸不平或巖石本身有微小裂隙時（如圖6），假根就沿微小裂紋伸入，使裂紋變寬加深。在強(qiáng)大的根壓下，石刻表面裂隙不斷擴(kuò)大，最終是小裂隙變成大裂隙，影響石刻的穩(wěn)定。如圖8、圖9所示，苔蘚根系深入崖墓石刻表面深度可達(dá)8mm以上。

從化學(xué)風(fēng)化角度來說，苔蘚植物直接或間接參與了石刻風(fēng)化。首先，苔蘚植物在新陳代謝過程中要生成和分泌有機(jī)酸，這些有機(jī)酸會直接溶蝕石刻[10]。其次，苔蘚植物為巖石表面風(fēng)化反應(yīng)提供了有利的水環(huán)境，苔蘚在巖石淺表層生長，會形成一層0—2mm疏松多孔層[11]。據(jù)有關(guān)持水性試驗(yàn)結(jié)果[12]，苔蘚通過自身的新陳代謝過程影響著巖面的水文動態(tài)。與相應(yīng)巖石比，有苔蘚生物覆蓋的巖石表面失水量、吸水量分別提高81.2、8.1倍，蒸發(fā)失水的時間延長6.2倍，主動吸水時間均等，持水量提高57.2倍。因此，苔蘚生物體在降雨后可使巖石表面保持一層水膜。在相對干旱時又可直接從空氣中吸收一定的水分，使巖石持水量大為提高，延長了水巖相互作用的時間，水分條件的改善，同時也刺激石生苔蘚的新陳代謝活力，促進(jìn)生物酸的分泌和加速巖面與大氣間CO2的交換速率及交換量[13]，加速巖石的風(fēng)化。

地衣是由一種真菌和一種藻組合的復(fù)合有機(jī)體。地衣的生物物理風(fēng)化作用主要是由于菌體的生長穿透了石材的氣孔及原本就存在的縫隙、裂隙。地衣的生長繁殖，使這些裂隙會加劇擴(kuò)大，菌體由濕度波動所產(chǎn)生的周期性脫落還會導(dǎo)致有黏附力的礦物碎片的脫落，盡管是由于化學(xué)風(fēng)化而產(chǎn)生的礦物微粒松動，但最終這些有黏附力的礦物碎片從石材表面分離脫落是由于地衣的生命活動。

石刻表面附著的多葉子、殼狀的地衣是對其最為有害的生物體。碳酸是一類強(qiáng)有力的石材風(fēng)化元素，特別經(jīng)過長期的侵蝕過程，由地衣呼吸產(chǎn)生的二氧化碳在菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化為碳酸，新陳代謝過程極其緩慢，日積月累，這些碳酸對石刻的風(fēng)化也是不容忽視的。

5. 結(jié) 論

通過對樂山麻浩崖墓病害現(xiàn)狀勘察、巖樣物理力學(xué)性能檢測、巖樣薄片鑒定、礦物成分分析、苔蘚植物分離鑒定，結(jié)合崖墓巖石內(nèi)部和外部環(huán)境因素對崖墓石刻風(fēng)化作用和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的分析可知：巖性特征奠定了崖墓石刻風(fēng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖石礦物成分、膠結(jié)物成分及含量、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、孔隙發(fā)育狀況及巖體軟弱結(jié)構(gòu)面，是決定崖墓石刻抗風(fēng)化性能的內(nèi)在因素。水害是四川崖墓石刻風(fēng)化的主要外在因素，可溶性鹽、溫濕度交替、酸雨和生物的侵害也是樂山麻浩崖墓石刻風(fēng)化的重要因素。麻浩崖墓石刻風(fēng)化不是某一因素獨(dú)立作用的，而是各種內(nèi)因和外因相互促進(jìn)、共同發(fā)揮作用。因此，各種外界因素在崖墓石刻風(fēng)化過程中起著至關(guān)重要影響作用，在保護(hù)崖墓石刻時應(yīng)加強(qiáng)對其外部環(huán)境因素影響機(jī)制的研究與監(jiān)測，為科學(xué)保護(hù)崖墓石刻提供理論依據(jù)。

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