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，五湖四海的游客前來參觀游覽，一睹千年石刻的莊嚴與瑰麗。

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

這不禁讓人疑惑，石窟保護與地質(zhì)學有何關(guān)聯(lián)？如何讓古老石窟煥發(fā)時代光彩？

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化和結(jié)構(gòu)劣化，進而決定文物穩(wěn)定性。診斷洞窟中單一或者多種水分來源是水文地質(zhì)工程者的‘專長’。”

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

“文物風化，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：“干千年，濕千年，不干不濕兩三年。”這句話點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)晶過程也會加劇石刻文物的損壞。

“水鹽交替作用，是石窟風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、毛細水、凝結(jié)水、結(jié)晶水等以多種形態(tài)侵入巖體，與鹽分運移形成耦合破壞，導致石體酥堿、開裂、泛白、剝落。“不治水，防風化就無從談起”，因此，治理前期必須精準探查水分來源、運移通道與破壞規(guī)律，地質(zhì)勘察監(jiān)測工作往往占據(jù)了保護工程的大部分時間。

蔣小偉進一步介紹，“作為水文地質(zhì)工作者，我們團隊的主要工作就是圍繞‘水的來龍去脈’和‘鹽的來龍去脈’展開，診斷出水分、鹽分的具體來源，服務文物科學保護。近期，我們團隊針對鹽分來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)鹽等不同的鹽分來源”。

文保技術(shù)不斷精進

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)水和鹽風化最為明顯的時期。

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

帶著濕潤露氣的清晨，工作便已開始：有人負責記錄巖壁風化和鹽分分布情況，有人使用紅外相機拍攝壁面溫度分布，還有人對鹽分樣品進行取樣、編號。歐陽愷皋介紹，看似簡單的記錄和采樣工作，需要在洞窟內(nèi)對多個壁面逐一作業(yè)，往往要持續(xù)數(shù)小時甚至一整天。為了更精準地監(jiān)測，團隊師生自主研發(fā)出“石窟巖石含水率監(jiān)測系統(tǒng)”，為石窟保護提供了技術(shù)支撐。

在石窟保護的歷程中，科技的力量從不缺席。

20世紀50年代，我國石窟保護尚處起步階段，僅憑傳統(tǒng)工匠經(jīng)驗，難抵自然侵蝕。1960年，水文地質(zhì)工程地質(zhì)學家王大純教授和巖石礦物學家蘇良赫教授等組成團隊走進石窟，逐一考察，首次將地質(zhì)科學系統(tǒng)引入石窟保護，開創(chuàng)文物保護地質(zhì)學新篇。

當時，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�?ldquo;拓荒”式的工作：沒有現(xiàn)成的理論可借鑒，就對照普通工程地質(zhì)標準摸索文物保護的特殊要求；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；擔心鉆探損傷文物，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、二窟試驗工程的治水對象是區(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)六十余載風雨檢驗，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地質(zhì)大學（北京）水資源與環(huán)境學院萬力教授共同主持了國家“十一五”科技支撐計劃項目《石質(zhì)文物保護關(guān)鍵技術(shù)研究——云岡石窟水分來源綜合探查技術(shù)研究》。這是我國針對石窟水分來源的首個國家級科研項目，標志著云岡石窟水害防治研究進入有組織科研階段。該項目針對大氣降水通過裂隙的下滲、砂巖內(nèi)殘留孔隙水的滲出、地下水的毛細上升以及空氣中水汽的凝結(jié)四種水分來源開展綜合探查，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)。

這些先進技術(shù)的系統(tǒng)化應用，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分析。

打造可復制可推廣的保護方案

“灌漿錨固、噴錨加固、防滲排水、防風化材料試驗……”作為我國巖土文物保護學科奠基人，黃克忠對這些土石類文物保護方案如數(shù)家珍。

“樂山大佛歷經(jīng)頂部防滲、疏干排水等綜合治理，有效緩解佛體風化滲水難題；大足石刻采用有機硅類材料開展防風化加固試驗，經(jīng)數(shù)十年監(jiān)測驗證安全有效；交河故城作為我國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)境干預等方面積累了寶貴經(jīng)驗，構(gòu)成中國土石文物保護的完整實踐譜系。”黃克忠回顧道。

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

目前，蔣小偉團隊在云岡石窟所取得的研究成果，在實際落地應用時，可根據(jù)不同文物的特征因地制宜制定保護方案。

“我國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)分別對應干旱氣候區(qū)、半干旱半濕潤氣候區(qū)和濕潤氣候區(qū)。我們下一階段的目標是不斷完善不同氣候區(qū)水分、鹽分來源識別方法，服務不同地區(qū)石窟寺保護。我們不僅要治好云岡石窟的‘病害’，更要為全國石窟寺保護提供可復制、可推廣的‘地大方案’。”蔣小偉說。