云冈石窟的污染物病害调查研究

刘仁植，张秉坚，魏国锋，张　晖，石美凤

(1. 浙江大学化学系，浙江杭州　310027； 2. 信阳学院理工系，河南信阳　464000； 3. 安徽大学历史系，安徽合肥　230000；4. 浙江大学文博系，浙江杭州　310027； 5. 云冈石窟研究院，山西大同　037000)



云冈石窟的污染物病害调查研究

刘仁植1，2，张秉坚1,3，魏国锋4，张晖3，石美凤5

(1. 浙江大学化学系，浙江杭州310027； 2. 信阳学院理工系，河南信阳464000； 3. 安徽大学历史系，安徽合肥230000；4. 浙江大学文博系，浙江杭州310027； 5. 云冈石窟研究院，山西大同037000)

摘要：云冈地区周边经济发展、工业开发等因素使当地自然环境发生了很大变化；石窟本身成为旅游热点，也使石窟内的病害类型、特征、面积、危害程度等都发生了变化，尤其是各种污染物病害对石窟的破坏作用明显加重。为了更加有效地保护石窟文化遗产，从2010年1月起，浙江大学文物保护实验室会同云冈石窟研究院和西安文物保护修复中心，共同对云冈石窟45个有石雕艺术品的洞窟内的污染物病害进行了系统调查，对污染物种类(包括内源性和外源性)和污染程度进行了分类统计。该工作属于国家科技支撑计划 “石窟文物表面有害污物清除技术研究”课题的一部分，同时也是石质文物化学清洗研究的需要。本次调查对于污染物病害分类及命名依据国家标准WW/T0002-2007：石质文物病害与分类图示。调查结果表明，窟内至少存在表面污染与变色、表面层风化、表面生物病害、修补残留及水斑等5大类污染物病害，具体包括粉尘污染、烟熏结壳、黄斑、涂鸦刻画、触摸油脂等12小类，总污染面积达7059.66m2。同时，分析研究了主要污染物病害的成因和危害性，研究结果为进一步开展清洗和保护研究提供了基础科学数据。如何判别各种污染物对石窟造像的危害？是否需要去除？如何在“最小干预”的原则下最大限度地保护好云冈石窟？这些仍然是有待研究的重要课题。

关键词：云冈石窟；污染物病害；砂岩；风化；危害性

0　引　言

云冈石窟位于山西省大同市西郊武周山南麓，是国务院1961年公布的第一批全国重点文物保护单位，并于2001年列入世界文化遗产名录。现存艺术品洞窟主要有45个，大小窟龛共252个，石雕造像51000余尊，是我国规模最大的石窟群之一，也是世界闻名的石雕艺术宝库。云冈石窟始凿于北魏兴安二年(公元460年)，距今已有1500多年的历史，长期以来，在各种自然作用和人为因素的影响下，石窟内污染和风化十分严重，石刻艺术品遭受巨大威胁，关注和保护这些石窟艺术品是目前亟待解决的问题。

关于云冈石窟内污染物病害种类和分布的比较系统的调查研究，文献记载的有20世纪40年代初日本学者长广敏雄(Toshio Nagahiro)等所著的《云冈石窟》专著[1]，以及20世纪60年代赵不忆等所进行的关于云冈石窟的病害调查报告等[2]。但时间已经过去了半个多世纪，云冈地区周边经济发展、工业开发等因素使当地自然环境发生了很大变化；石窟本身成为旅游热点，也使石窟内的病害类型、特征、面积、危害程度等都发生了变化，尤其是各种污染物病害对石窟的破坏作用明显加重。为了更加有效地保护石窟文化遗产，同时也是国家科技支撑计划课题“石窟文物表面有害污物清除技术研究”工作的一部分，从2010年1月起，在云冈石窟研究院和西安文物保护修复中心的协助下，浙江大学文物保护实验室对云冈石窟有艺术品的45个主要洞窟内所存在的污染物病害进行了系统调查、统计和研究。

1　调查概况

本次调查的对象为石质文物表面的污染物病害，即由各种外源或内源污染物造成的病变现象，这些病变的治理需要通过清洗技术来完成[3，4]。本次调查的范围包括云冈石窟副窟在内的有艺术品的全部45个洞窟，统计面积包括洞窟前后室四壁、窟顶、门拱等在内的全部文物展示面。调查手段主要依靠测量、简图、文字和照像进行记录。调查对于污染物病害分类及命名依据国家标准《WW/T0002-2007：石质文物病害与分类图示》。例如，图1所示为第16窟北壁的污染物病害分布简图及其对应照片，该窟污染物病害类型及特征统计见表1。

调查结果显示，云冈石窟窟内文物保存现状稍好的洞窟有第6、11、5、12、9、10窟以及第39窟前室，这些窟内约有60%以上面积的艺术品保存较为完好；其次，第7、13、15、1、20、2、33窟等，窟内约20%～60%左右的区域尚存有石窟造像；其余洞窟已被自然风化、盐碱结晶、或人为等因素破坏得比较严重；有的因洞壁塌陷，壁面已被水泥支护面所替代，这部分洞窟内艺术品残留量大都不足20%，有的甚至小于5%，如第29、38窟等。

图1　云冈石窟第16窟北壁污染物病害分布Fig.1　Diseases of sculptures in the 16th cave表1　云冈石窟第16窟北壁污染物病害统计Table 1　Diseases of sculptures in the 16th cave

部位污染物面积/m2程度病害描述图例各凸出部位粉尘污染70重度灰色絮状物厚度0.2～0.3cm北壁,主佛表面层风化50重度白色带状分布北壁黄斑27重度呈黄褐色主佛脸部、手部烟熏结壳11轻度略显灰色斑块左侧,主佛左前胸水斑4轻度雨水湿痕迹

调查结果表明，洞窟内存在的污染物病害种类主要包括表面污染与变色、表面层风化、表面生物病害、修补残留及水斑等5大类污染物病害，具体包括粉尘污染、烟熏结壳、黄斑、涂鸦刻画、油漆色斑、触摸油脂、石膏斑点、树脂斑、水泥修补、水斑、表面生物病害、表面层风化等12小类，总污染面积高达7059.66m2(表2)，其中污染物病害种类所占比例最大的有粉尘污染、表面层风化和烟熏结壳，这三类病害的面积之和占云冈石窟污染物病害总面积的90%以上，且绝大多数是中、重度污染。另外，20世纪五六十年代所为的不当的水泥修补痕迹、残留的裂隙灌浆树脂、游人的涂鸦刻画等，以及其他各种有意或无意的人为污染等，也占据了一定比例。云冈石窟各种污染物病害比例见图2。

表2　云冈石窟12种污染物病害的污染面积和污染程度统计表

(续表2)

注：(1)本污染物病害分类及命名依据WW/T0002-2007标准；(2)表面生物病害包括绿色植物、动物残留物、微生物；表面层风化包括表面粉化剥落、片状剥落、起翘与空鼓、泛盐、溶蚀等；黄斑包括水锈黄斑和有机黄斑；(3)总比例是指该类病害占所有种类污染物病害的比例，重度指重度污染的病害占该种类病害的比例，以此类推。

图2　云冈石窟各种污染物病害比例图Fig.2　The pie chart of several diseases at Yungang Grottoes

2　污染物现状及成因

下面按照主要污染物病害类型分别进行叙述。

2.1粉尘污染

大同市地处黄土高原东北边缘，属于温带大陆性气候，干燥、多风是其主要气候特征。大同又是一个以煤矿为主的工业城市，建国以来山西煤矿数量迅速增加，并遭受不合理的开采、储运和使用。云冈地区的风沙， 运煤车辆引发的降尘、二次扬尘， 以及周围工矿企业、民用燃煤等，使得云冈石窟周边自然环境恶化，特别是大气中颗粒物含量居高不下，窟内佛龛石雕不可避免地被粉尘污染。调查结果显示，在云冈石窟所有污染物病害种类中，粉尘污染的比例高居首位，占总污染物病害总面积的52%，达3671m2有余，而其中重度污染占38.92%，中度污染占42.79%，轻度污染占18.28%。粉尘的分布十分广泛，在被调查的全部洞窟内，粉尘污染存在于几乎所有能留存灰尘的部位，如石雕造像的胸部、肩部和腿上，以及腿部以下比较平缓的部位(图3)。按污染面积所占比例看，粉尘污染比较严重的洞窟有第3窟右(后)室、19、17、14、13、15、2、1窟等，在某些洞窟中粉尘的厚度竟达3mm以上。

图3　第39窟佛像腿部粉尘Fig.3　Dust deposits of sculptures in the 39th cave

大量的粉尘长期附着在石雕造像的表面，呈现深灰色或灰黑色，轻轻扫去表层粉尘，裸露的岩石表面呈现一层灰黑色的结壳层，用毛刷或清水等方法无法去除。许多灰黑色的结垢已渗入砂岩表层，不仅遮盖和模糊了造像原有的艺术色彩，而且改变了粉尘下砂岩原有的矿物组成，使文物本体结构疏松、风化速度加快。

云冈石窟内粉尘的成分，Olmez和Christoforou等曾用中子活化分析法[5]和ICP-MS法[6]做过样品成分分析，分析结果表明，云冈石窟粉尘中含有Cu、Pb、Zn、Ti、K、Al、Ca、Fe、Mn等22种金属元素；Weiss[7]还采用离子色谱法分析了云冈石窟粉尘样品的水溶液，证实溶液中有硫酸盐、硝酸盐和氯化物等可溶盐。在此次调研中，浙江大学文物保护实验室专门从云冈石窟采集了一批样品，其中取自第33窟的两种砂岩样品，分别是扫去表面粉尘后裸露出的灰色壳层砂岩(粉尘砂岩样品)和表层下约3cm处的内部砂岩(新鲜砂岩样品)，采用FT-IR和EDAX等仪器分析(图4)，结果表明粉尘砂岩样品中确实有石膏化合物(CaSO4·2H2O)的聚集，平均含量约为1%～3%，而洞窟周围的粉尘经测定CaSO4的含量达10%～15%，而石窟岩体内部未风化的新鲜砂岩样品中却并未发现CaSO4的峰值信号。从各窟取样的分析结果看情况都十分类似，这说明粉尘的存在改变了石窟表层砂岩基质的矿物结构和成分[8]。

图4　取自云冈石窟33窟内的样品FT-IR图Fig.4　FT-IR images of samples from the 33rd cave

关于云冈石窟砂岩中CaSO4的来源和形成机理已有一些文献进行了探讨[8-10]，主要包括两方面：一是内源性，CaSO4物质是由环境中较高浓度的SO2气体与砂岩表层基质中的胶结物等发生反应而生成；二是外源性，CaSO4物质直接由沉降或吸附到砂岩表面的大量粉尘携带而来。本次对砂岩内层基质分析没有发现CaSO4的峰值信号再次验证了上述结论，且从各种病害调研的比例来看，CaSO4的形成还有加速的趋势，这也极大地威胁着石窟造像的保存。由于砂岩表层形成硫酸钙使表层结构酥松化，又反过来增加了表面对粉尘的吸附量。关于粉尘对砂岩的加速破坏作用，已有很多文献论证，此处不再赘述。

总之，大范围的粉尘沉积已经成为云冈石窟最严重的污染物病害之一，严重损害和威胁着石窟文物的艺术价值和长期保存。目前缓解粉尘沉积污染的方法主要还是改善环境的状况，即降低空气中的酸性气体和悬浮颗粒物的含量，从源头上保护石窟文物免遭侵蚀。

2.2表面层风化(盐碱结晶)

表面层风化指石质文物由于外界自然因素的破坏作用而导致的表面病害，主要包括表面粉化剥落、表面泛盐、表面片状剥落、鳞片状起翘与剥落、表面溶蚀与表面孔洞状风化等，主要由可溶盐结晶所引起。可溶盐是导致岩石风化的重要因素，很多古迹都饱受其侵蚀。在云冈石窟石雕造像表面呈现表面盐碱风化的面积约占污染物病害总面积的31.67%，有2236m2，仅次于粉尘污染，其中重度污染占71.20%，中度污染占21.78%，轻度污染占7.02%。第41～45五个洞窟，由于可溶盐侵蚀等原因，加之这一带又地处风口，窟内造像残存无几。此外第2窟的北壁、3窟后室、第4、14、36、39、40等窟遭受盐碱侵蚀也极为严重，少数窟内石雕残存已不足5%。调查显示在这些洞窟内盐碱结晶主要集中于洞窟的后室北壁，并与沉积的粉尘、烟垢等结成壳状、块状， 更有严重处，一些造像表面已成酥粉，原有的彩绘已起翘、空鼓，模糊不清，甚至大面积脱落(图5)，艺术价值几乎损失殆尽。另外，本次调研还发现，盐碱结晶现象虽然广泛分布于各洞窟内部及外部的石雕表面，但一般来说洞窟前室造像的保存现状明显要好于后室，东西壁的造像要好于北壁。

图5　遭受盐碱侵蚀的第3窟北壁造像Fig.5　The sculptures suffering salt crystallization in the 3rd cave

调查小组从非彩绘洞窟内无石雕的洞壁表面采集到盐碱聚集的砂岩样品，并进行了一系列实验室分析，图6为取自第26窟砂岩表层下约1cm处样品的视频显微镜(型号KEYENCE VHX-1000)的放大300倍的照片，从图中可以看出该处有大量盐碱晶体聚集，正是这些盐碱结晶造成了砂岩表层的起翘和剥落。本实验室还对样品进行了X射线衍射(XRD)和X射线能谱(EDAX)分析，从分析结果看，风化砂岩样品的矿物成分中除了砂岩基质本身含有的长石、石英、高岭石、方解石、白云石等，还有一些次生盐类矿物。考虑到砂岩基质中的碳酸盐胶结物与次生盐类矿物化学成分的相关性，结合样品元素分析结果，推断次生盐类矿物主要是镁和钙的硫酸盐。这些次生盐类主要是由砂岩基质中碳酸盐胶结物中的CaCO3、MgCO3等组分与溶解于水中的O2、SO2、CO2等经过一系列化学反应生成的，其中最直接的表现形式为造像表面的石膏层和石膏斑，由于石膏(硫酸钙)吸附灰尘所形成的壳层表面与粉尘沉积外观一样，已归入粉尘污染的统计中，而表面呈白色的石膏斑所占比例很小，总面积不到1m2。

图6　第26窟盐碱结晶样品的视频显微镜照片Fig.6　Video microscopes of Salt crystallization samples from the 26th cave

可溶性盐是造成石材病变的主要因素之一，土壤中的可溶盐通过多种形式的水进入石材内部聚集起来，并随着多种形式的水在岩石内发生迁移，这些水分不仅与岩石本体的粘土矿物反应，同时造成岩石吸湿后体积膨胀，从而改变岩石的矿物成分及结构。当环境干燥时可溶盐随水分的蒸发在石材表面和内部结晶析出，环境温湿度更迭交替，可溶盐在石材孔隙内部溶解-结晶-溶解反复循环，不断增大石材微孔的膨胀压力，增大孔隙度，降低粘土矿物之间的内聚力和岩石强度，最终导致酥粉、剥落，甚至崩塌。根据靳治良等[11]的盐涨试块强度测试研究表明，盐结晶对石质文物砂岩基底的强度损害非常大，特别是Na2SO4可溶盐，这种盐的过饱和溶解度大，易富集、易浓缩、易风化、易返潮，具有超强的穿透、迁移能力及结晶破坏能力，结晶区域较大，相应破坏面也较大，且病变有一定的反复性。它所引起的破坏常见于文物表面粉状酥碱、空鼓、粒状剥离等。由于石质文物的历史性和自身不可移动性，如何脱盐和控制可溶盐的析出目前仍是石窟保护的重要任务。

2.3烟熏结壳

烟熏结壳是云冈石窟内污染面积位列第三的污染物病害，占总污染物病害总面积的8.57%，有605.5m2，而其中重度污染占45.75%，中度污染占41.12%，轻度污染占13.13%。根据洞窟内烟熏结壳的污染面积和污染程度，比较严重的有第38、16、13、15、14、27、24、23、19、18、21窟等，主要分布在洞窟的前室东西壁下半部分和天花板顶壁角落处。烟熏区域表面一般呈深黑色、暗黑色或灰褐色，也有少部分呈黄棕色，表层岩石结构或致密或疏松，一些岩石表面还与盐碱、灰尘等共生粘结成壳状。究其成因主要是清末至20世纪50年代前废弃期间由于历史原因，许多洞窟都曾经被居住或常年举行祭祀活动，这些做饭取暖生火或香烛灯火等活动，在佛龛、洞壁表面留下了大大小小浓淡不均的黑色烟熏结壳，明显影响了石雕造像的外观，对造像的艺术效果和美学价值有一定破坏。

将取自云冈石窟第38窟的烟熏砂岩样品在视频显微镜下放大500倍观察，如图7所示，砂岩表层布满了浓淡不一的烟尘。从第32窟内烟熏黑垢处取样，分别进行了EDAX能谱分析和SEM扫描电镜观察[8]，从EDAX结果来看，与新鲜砂岩相比烟熏砂岩样品的C、Fe元素含量显著增加，无疑，C的增加是烟尘附着的结果。电镜下的微观结构也表明，新鲜砂岩表面晶粒棱角分明，孔隙也较大；而烟熏砂岩表面棱角圆润，形状也不规则，特别是表面布满了比较均匀的纳米级烟尘颗粒物(图8)。从文物的艺术价值来看，砂岩表层上附着的烟熏黑垢肯定会影响其美观，但从文物保护的角度来看，这些附着的烟熏黑垢是否对岩石本体有害？是否需要清除？对此浙江大学文物保护实验室专门针对新鲜砂岩和烟熏砂岩设计了SO2腐蚀-干湿循环实验和石材底部可溶盐渗-干湿循环实验，结果发现烟熏砂岩样品比新鲜砂岩样品有更好的耐SO2腐蚀和耐可溶盐破坏的性能[12]。

图7　第38窟烟熏砂岩表面的视频显微镜照片Fig.7　Video microscopes of smoked samples from the 38th cave

图8　第32窟砂岩表面烟熏黑垢的SEM照片Fig.8　SEM images of smoked samples from 32nd cave

2.4黄斑

云冈洞窟表面有黄斑的区域大约占总污染物病害总面积的1.90%，有134m2，其中重度污染占36.57%，中度污染占57.46%，轻度污染占5.97%。这些黄斑在第3窟前室、4、8、18、19等窟内分布较为广泛。造像表面有黄斑渗出的区域，一般呈黄褐色、土黄色等，斑斑点点，结构或致密或疏松。

取自云冈石窟第8窟的黄斑样品在视频显微镜下观察，可见黄斑主要沿着水分迁移的方向在岩石表面呈带状分布，且周围明显有盐结晶的聚集(图9)。砂岩表面的黄斑主要有锈黄斑和有机黄斑两类。取样进行EDAX分析的结果表明，洞窟表面的Fe元素含量约为10%～28%，且由内到外明显增加，这表明云冈石窟内岩石表面的黄斑主要是锈黄斑，且岩石风化程度越高含铁量也越高。锈黄斑的成因是砂岩本身所含的赤铁矿或硫铁矿等含铁矿物，在水和空气氧化作用下，经过毛细水的运移在砂岩表层富集成铁的氧化物。另一类有机黄斑，在云冈石窟也偶有见到，主要是各种有机物，如动物昆虫等的排泄物、微生物繁殖分泌物、生物腐烂残留物等，会在砂岩表层留下的渗入性黄色印迹。一般来说，有机质的降解过程对岩石具有腐蚀作用，但是，在某些特殊情况下，微生物的繁殖也有可能抑制岩石的风化，例如，浙江大学文物保护实验室发现的石质文物表面的草酸钙膜等[13]。尽管黄斑的相对污染面积不大，但是在毛细水迁移的作用下黄斑的污染面积有不断扩大的趋势。

2.5树脂斑

历史上云冈石窟曾进行过大大小小的许多次局部加固， 包括脱落岩石的粘接、 裂隙的灌浆、 起壳部分的回贴等。不同时期所用粘接剂不同，据文献记载， 在云冈石窟洞窟内直接使用过的高分子聚合物粘接剂主要包括有机高分子材料如环氧树脂/改性环氧树脂[14-17]、(聚)甲基丙烯酸酯[18-20]、甲基硅酸钠[14]、无机材料如硅酸酯类[21-23]等。随着时间的推移，许多表面加固/修复层脱落，老化的树脂直接裸露出来，其中包括因操作不当或不慎遗留在造像表面的树脂，也包括因表面遮蔽层风化剥落而裸露的树脂。调查表明有残留树脂的区域大约占总污染物病害总面积的1.90%，有131.5m2，其中重度污染占49.43%，中度污染占45.63%，轻度污染占4.94%。残留的树脂主要分布在第2、5、12、14、16、37、38等窟内。这些残留树脂多分布在佛龛顶部、两面墙的交界处及顶壁，呈褐色、黑色或深灰色(图10)。

图9　第8窟渗出性锈斑砂岩的视频显微镜照片Fig.9　Video microscopes of yellow stains samples from the 8th cave

图10　第12窟佛龛头部的粘结树脂Fig.10　The residual resin of sculptures in the 12nd cave

老化的树脂残留在文物表面，除了影响文物的艺术效果外，对文物本身也会产生不可逆的破坏作用：随时间的推移，聚合物不断分解，其降解物扩大了污染面积；固化在裂隙内部和表面的树脂堵塞水蒸气的通道，不利于水和可溶盐的迁移，进而可能增大岩石孔隙的结晶压力；树脂降解产物促使一些微生物在文物表面滋生；老化的树脂不便清除并可能会造成二次污染等。面对这些文物上已经存在的树脂痕迹如何去除？何时去除？用什么来替代等，都是有待研究的课题。

2.6表面生物病害

文物表面生物病害指石质文物因生物、微生物在其表面生长繁衍而导致的各类病害，常见的生物病害包括植物病害、动物病害及微生物病害三种。本次调查工作在气候寒冷干燥的冬季进行，云冈石窟所有洞窟均鲜见生物生长的踪迹，只在第7窟崖壁外发现有若干苔藓尸体，当时统计结果是生物污染物病害面积的相对比例几乎为零。但是，在春秋季节发现洞窟外壁等处还是有一些绿色植物生长，甚至动物穴居的痕迹。如第3窟副窟外、第14、20窟外崖壁等都能发现绿色植物，少数洞窟内有鸟雀穴居。但总体讲，由于云冈石窟地理环境和气候条件相对恶劣，大部分洞窟内盐碱结晶严重，窟内少见阳光，且环境污染较严重，绿色植物的生长并不旺盛，仅在较为温暖的季节见于窟外和外崖壁上，在洞窟内部很少见。

尽管生物病害所占比例很小，但它对石质文物的破坏作用不可小视[24]。在生物繁殖过的区域生物分泌物对岩石有一定的渗透和腐蚀作用。图11为取自云冈石窟第3窟外的有苔藓繁殖的砂岩样品的纵切面的视频显微镜照片，该照片明显呈现有机黄色素向砂岩内部渗透的痕迹。目前控制生物生长可以通过人工方法并加强管理来实现。

图11　苔藓繁殖留下的渗入性有机黄斑的 视频显微镜照片Fig.11　Video microscopes of yellow stains samples from the 3rd cave

2.7水泥修补

水泥修补指对石质文物采用水泥类材料进行粘结、加固、修补等改变文物原貌的现状，主要发生在20世纪七八十年代及之前。当时，用水泥对文物进行结构上的保护在国内还十分普遍，云冈如此，敦煌、大足、龙门都如此。七八十年代以后，文物保护工作者已经认识到水泥对文物的危害并尽可能不用或者选用一些无碱水泥。当时为了加固或支撑坍塌的洞窟，或修补部分缺失或完全缺失的石雕造像，云冈石窟曾使用水泥对云冈西部垮塌严重的小型窟龛进行修缮。本次调查发现此部分洞窟的四周壁面和天花板壁面已部分或完全被浇铸的水泥所替代，一些造像也被水泥斑所污染，主要见于第20窟以西的洞窟，按污染比例及危害程度大小排序依次为第40、32、33、22、23、29窟等。调查结果显示云冈石窟所有洞窟中经水泥修补的面积共达107m2，约占污染物病害总面积的1.52%。

英国建筑与历史地段保护协会(ICOMOS)主席费尔顿(B.M.Feilden)在为联合国教科文组织向各国推荐所写的文物建筑保护教科书中呼吁“修缮文物建筑不要用水泥”[25]。其主张水泥的使用是不可逆的，其抗压、抗拉强度太大，附着力也很大，与文物建筑的某些材料不能匹配。另外水泥孔隙率低，不可渗透，会阻碍水汽的蒸发，增加内部的凝结水反而加速冻害。且水泥传热性高，用其灌注墙缝时会形成冷桥。不仅如此，水泥在凝固过程中会析出可溶性盐，这些可溶盐在孔隙内部受毛细作用随水分迁移并在石质文物表面或孔隙中析出，环境的温湿波动造成可溶盐周期性的溶解-结晶。因而在石质文物表面使用水泥材料修补一定得慎重，否则不仅起不到保护的作用，反而会加快文物的破坏[26-28]。如高句丽贵族墓葬周边曾用水泥修缮，现在不仅析出大量可溶盐，而且产生了更大块的裂隙和片状剥落[29]。

2.8其他

除了上面所述几大类污染物病害之外，本次调查发现云冈洞窟内还有许多的油漆色斑、触摸油脂斑、墨水和粉笔等字迹、水斑等几种污染物病害类型，这些污染物病害共占据污染总面积的2.47%左右。从表观情况来看，油漆色斑主要有两类：一类是20世纪五六十年代人为对洞窟或缺失佛像的编号字迹，主要见于没有洞窟标识牌的第20到32窟以及洞窟内有雕像缺失的第1、2、5、6、35、36、39窟等，另一类是原有彩绘的掉色、晕染等造成大小不一的色斑，此类色斑主要呈深黑色、灰绿色等；而字迹刻画大多是石窟在受到正式保护前游人的肆意所为，主要分布在第5、9、10、12窟等洞窟墙壁的中下部位或造像手臂、腿部等部位；油脂斑多出现在洞窟门拱两侧壁面和造像突出的部位，很明显是经过游客长期触摸造成的。其表面油光滑亮，颜色深沉，表层结构致密，触摸较多的石面大都没有风化的现象。这几种人为污染大多是在政府管理之前造成的，在今天严格的保安制度管理下应该不会继续扩展。这些污迹对洞窟造像的艺术效果肯定不利，但是否会危害岩石的长期保存？是否需要去除？仍然是有争议的问题。对此，浙江大学文物保护实验室证实岩石上的油脂或墨水对文物基底的风化具有缓解作用[12，30]。另外，渗水形成的水斑，肯定对石质文物的保护不利，需要进行治理。

3　结　论

经过对云冈石窟45个洞窟5万1千多的雕像的实地调查，结果表明：

1) 在云冈石窟存在以粉尘沉积、盐碱结晶、烟熏黑垢等为主的12种污染物病害类型，总污染面积达7059.66m2，其中大部分属于中、重度污染;

2) 粉尘沉积是云冈石窟最常见的污染物病害类型，占总污染物病害面积的52%；其次是盐碱结晶，约占31.67%，硫酸盐是云冈石窟盐碱的主要形式；烟熏黑垢位列第三，占总污染面积的8.57%;

3) 从本实验室的研究结果看，粉尘沉积、盐碱结晶、水泥修补、残留树脂和水斑等污染物对岩石有一定的破坏作用，会威胁到石窟造像的保存；而烟熏黑垢有一定的抵御酸性气体腐蚀的作用，能缓解砂岩的风化；其他如油漆色斑、触摸油脂斑、墨水和粉笔字迹等污染物是否有加剧或缓解岩石的风化作用？目前还在继续研究之中。

如何判别各种污染物对石窟造像的危害？是否需要去除？如何在“最小干预”的原则下最大限度地保护好云冈石窟？这些仍然是有待研究的重要课题。

参考文献：

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(责任编辑潘小伦)

收稿日期：2013-02-28；修回日期：2015-11-05

基金项目：国家科技支撑计划资助(2009BAK53B05),河南省高等学校重点科研项目资助(16B150014)

作者简介：刘仁植(1986—)，女，2012年硕士毕业于浙江大学化学系，研究方向为石质文物化学清洗技术,E-mail: tizhizhu@126.com

文章编号：1005-1538(2016)02-0101-10

中图分类号：K879.22

文献标识码：A

Research and study of diseases at the Yungang Grottoes

LIU Ren-zhi1,2, ZHANG Bing-jian1, WEI Guo-feng3, ZHANG Hui4, SHI Mei-feng5

(1. Department of Chemistry, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2.DepartmentofScienceandTechnology,Xinyangcollege,Xinyang464000,China;3.DepartmentofHistory,AnhuiUniversity,Hefei230000,China;4.DepartmentofCulturalHeritageandMuseology,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;5.YungangGrottoesResearchInstitute,Datong037000,China)

Abstract:Yungang Grottoes, a world cultural heritage site,have been subjected to severe degradation due to natural and human factors over the years. Since January 2010, a site investigation on damage at the Yungang Grottoes has been carried out by the laboratory of Cultural Relics Conservation Materials of Zhejiang University, together with the Cultural Relics Protection Center in Xi’an and the Cultural Research Institute of Yungang Grottoes. The classification of and statistics on the damage,based on the categories and levels of damage,are presented.This report is part of the research done under the state science and technology support program and describes the need for damage prevention and restoration work of stone relics. The paper describes five main categories of damage: surface pollution and discoloration, surface weathering, surface biodegradation, preservation remains and water spots. Furthermore, the damage causes could be classified into 12 categories: dust pollution, smoked crusts, yellow spots, graffiti, grease, etc. The total polluted area is 7059.66m2. the causes of the damage and the degree of the damage were analyzed. This research provides scientific data to guide future cleaning and conservation of the Yungang Grottoes. Further research topics, such as how to evaluate the level of damage, whether pollutants should be removed and how best to preserve the site with “minimal effort”.

Key words:Yungang Grottoes; Diseases; Sandstone; Degradation; Harmfulness