四川雅安高颐阙病害调查与成因分析★

肖林芝

(成都市成华区文物保护管理所，四川 成都 610056)

石质文物在我国历史文化遗产中占有极其重要的地位，具有历史悠久、分布面广、价值高的特点。由于石质文物通常体量较大，多处于露天或半露天环境，往往不可移动，普遍存在水害、本体污染、表面风化等问题。随着文物与周边环境不断交互作用，文物劣化情况日益加剧，亟待解决，石质文物保护成为重要的研究课题[1]。相较于北方干燥环境下的石质文物，南方石质文物主要为砂岩，且受潮湿、多雨气候的影响，南方石质文物病害往往更加复杂多样。

高颐阙位于四川省雅安市姚桥镇汉碑村，南方丝绸之路青衣江古道旁，建于东汉建安十四年(公元209年)，于1961年被国务院公布为首批全国重点文物保护单位，是南方地区石质文物的典型代表[2]。高颐阙分东西两阙，是一对扶壁式的双阙，现东阙已残，西阙保存较为完好，是目前国内保存较为完整的汉代葬制实物。高颐阙阙顶枋头由汉隶阴刻铭文若干，是我国研究书法艺术极为珍贵的实物资料之一。檐枋四周及下部雕刻神话故事及人物花草，栩栩如生，表现了我国汉代雕刻艺术家们超高的艺术水平[3]。同时从古建筑角度看，高颐阙格调浑厚精致、比例匀称、协调美观，展现了我国东汉建筑设计艺术的古雅朴实风格，为我国建筑史提供了极其珍贵的实物资料。

作为特殊的石质文物珍品，1800余年来，高颐阙长期处于室外露天环境，这样的保存环境使得高颐阙出现了多种病害，近些年高颐阙周边剧增的人类活动更是加剧高颐阙病害的发育。目前高颐阙已经出现了严重的残缺、粉化、剥落、微生物侵蚀、裂隙、墨迹污染等病害。近几年在频繁的地质活动如“5·12”汶川大地震和“4·20”芦山大地震的影响下，阙体震裂，部分构件脱落掉块。目前高颐阙处于岌岌可危的境地，其保护工作迫在眉睫。

长期以来，考古、艺术、建筑等学科专家学者对高颐阙的历史、艺术、科学、社会和文化价值进行了深入地考证与阐释，相关报道见诸各类学术期刊和著作。而对高颐阙本体所面临的各类病害研究却鲜有报道，特别在近些年每况愈下的保存环境下高颐阙的健康调查与研究未有报道。

本文从文物保护的角度出发，对雅安高颐阙进行现场科学调查，并对高颐阙的病害类型、病害程度进行统计分析；在此基础上，经有关部门批准，在高颐阙特殊部位取样进行室内实验分析，采用科学的实验方法获得相关结论来分析病害的形成原因，以期在今后的保护工作中可以做到“对症下药”，使保护措施能够科学、合理、有效地实施。

1 高颐阙所在地区环境调查

1.1 气候特征

高颐阙位于雅安市雨城区，地处四川西部，青藏高原东侧边缘地带，属于亚热带湿润季风气候区。东部亚热带温暖湿润气流与西部高原冷低压气流汇合于此，造成该地区常年多雨，素有“雨城”之称。区域内冬少严寒，夏无酷暑，近20年年平均气温在14.1 ℃～17.9 ℃之间，日最高气温37.7 ℃，最低-3.4 ℃。每年平均有218 d为雨天，平均降水量可达1 732 mm；最多可达2 367.3 mm(1966)。降雨存在暴雨多、绵雨多、夜雨多的特点，是全川暴雨中心之一，有“雅无三日晴”之说，“西蜀漏天”之称。日照偏少，湿度较大，年日照率为23%。年平湿度为79%。风力小，城区年平风速1.7 m/s，无霜期长，降雪稀少。这种温暖潮湿的气候有利于动植物、微生物的生长繁殖，对高颐阙的保护具有不利影响。

1.2 地质环境特征

雅安市属于四川盆地西缘山地，是盆地到青藏高原的过渡地带。区域内山脉纵横，地表崎岖，地貌类型复杂多样。高颐阙所处地为青衣江河流阶地，地势较平坦。区域构造上，受龙门山构造带和川滇构造带的影响。历史地震资料表明，区域内断裂不发育，没有区域孕震断裂，地震活动性较弱。但受邻近的宝兴地震带和石棉地震带发生的中强度地震影响明显。近几年来，受2008年“5·12”汶川大地震和2011年“4·20”芦山大地震的影响，高颐阙多处出现松动，局部掉落。所幸相关部门于1983年对高颐阙基础进行过加固维修处理，在经历两次大地震后，高颐阙并没有结构性失稳的可能。

1.3 人类活动特征

高颐阙位于雅安市城市建设新区，北距国道108京昆线仅50 m。同时，高颐阙处在京昆高速和成渝环线高速乐雅段相夹的三角形中心，西距京昆高速1.5 km，东距成渝环线高速4 km。近年来，随着雅安城市扩建，高颐阙周边人类活动加剧，各类工程开工建设导致高颐阙所处环境更加恶劣。目前，围绕高颐阙已经修建了雅安汉阙博物馆，同时占地28 866.67 hm2、总投资达6 000万元的高颐阙公园一期已于2016年底完工对外开放，公园二期也于2018年底完工投入使用。综上，高颐阙目前位于居民点密集区，处于旅游风景区，靠近公路，机动车往来、人类日常生活以及工业生产活动产生的粉尘、烟灰以及硫化物、氯化物、氮氧化物等有害气体，对高颐阙所处的大气环境造成较为严重的污染。

2 高颐阙病害类型

经现场调查研究发现，高颐阙病害情况较为严重，表现形式多样，基本遍布于东西两阙及两石辟邪。根据《石质文物病害分类与图示(WWT 0002-2007)》，高颐阙病害有：植物病害、微生物病害、动物病害、残缺、表面泛盐、表面粉化剥落、表层片状剥落、鳞片状起翘与剥落、孔洞状风化、表面溶蚀、浅表性裂隙、表层空鼓、水锈结壳、人为污染、水泥修补、断裂等病害。其中主要病害如下。

2.1 孔洞状风化

高颐阙孔洞状风化表现为阙体岩石表层矿物溶解风化、软质夹杂物溶解脱落，导致在文物表面产生星点状孔洞凹坑，该类病害主要发生于阙体中下部。岩石表面孔洞的形成使得阙体上字迹漫漶、雕刻图案模糊不清。同时，孔洞的存在使得岩石表面污染物易于附着、微生物易于滋生、昆虫类动物易于筑巢等导致进一步的病害发育(见图1)。此外，酸性降雨会导致这一病害更加发育。

2.2 表面粉化剥落

表面粉化脱落(如图2所示)表现为岩石表面粉化并在重力和外力作用下脱离母体，使得岩石表面粗糙不平，导致阙体表面雕刻文字和图案模糊不清甚至近于消失，文物所承载的历史、艺术、科学信息也随之逐渐消失。该类病害主要发生于高颐阙中下部，受风吹雨淋的下部尤为明显。

2.3 表层片状剥落

表面片状剥落(如图3所示)表现为高颐阙四周裸露处岩石表面形成一层厚度约1 mm～2 mm的薄片，薄片四周脱离岩石母体形成空隙，轻敲声沉闷，稍微用力即可将薄片击碎或使薄片整体脱落。表层薄片脱离后，内部岩层继续风化形成空腔，周而复始，高颐阙部分区域已经形成台阶状凹坑，严重影响高颐阙的美观。

2.4 表面生物病害

高颐阙表面生物病害(如图4所示)表现为两类：一类为动物病害，蛞蝓、飞蛾等长期在阙体表面攀爬并筑巢，尤其在孔洞状风化集中区；一类为苔藓和藻类生物附着于文物表面，高颐阙阙体下部均有分布，两个辟邪全身均有分布。表面生物的附着直接影响高颐阙的观赏，覆盖、遮蔽文物信息，同时表面生物排泄物分解或分泌有机酸类物质直接加速文物的风化。

2.5 机械裂隙、缺失

高颐阙在1800多年漫长的历史过程中，经历过多次地震，加之数十吨重量和基座不稳固导致的地基不均匀沉降，产生了部分机械裂隙。至1983年时，基座最大下沉达15 cm，上部错位裂隙达22 cm。相关部门于1983年对地基进行了加固并对高颐阙进行了加固[4]。

但近几年在频繁的地质活动如“5·12”汶川大地震和“4·20”芦山大地震的影响下，高颐阙阙体出现震裂裂缝，部分构件脱落掉块缺失(见图5)。

2.6 人为污染

高颐阙上汉隶阴刻铭文若干，为我国研究书法艺术极为珍贵的实物资料，同时阙上檐枋四周及下部雕刻神话故事及人物花草栩栩如生，表现了我国汉代雕刻艺术家们超高的艺术水平。因而历朝均有众多爱好者对高颐阙进行拓片，为高颐阙的深入研究起到了积极作用。但是无节制的拓片使得高颐阙墨迹斑斑(见图6)，对高颐阙的外观造成了极大的影响。

3 物相及微观特性研究

经有关部门同意，在不破坏文物的基础上，在高颐阙不同部位采集了岩样及污染物样品进行实验室分析。通过岩矿鉴定、物理力学性质测试、X-射线衍射分析、离子色谱分析、扫描电镜显微观察等分析手段，查明各样品的矿物组成结构、基本物理性质及力学性质、矿物成分、微观结构等方面特点，并通过对比分析不同风化程度样品间的相互关系，为分析高颐阙病害的成因提供依据。

3.1 岩矿分析

对现场采集于西阙不同层位的三组剥落岩样，委托西南石油大学分析检测中心进行了岩样矿物成分鉴定。实验中，将岩样制成薄片并染色后采用Olympus BX51型偏光显微镜进行岩相显微观察。

结果表明：三组岩石样品岩矿鉴定结果相似，均为含钙质极细粒岩屑长石砂岩，中等风化程度。主要成分为陆源碎屑和填隙物，其中陆源碎屑占总量约78%～84%，主要为石英、钾长石、斜长石，石英含量达碎屑的50%以上，其他为少量；填隙物占总量约16%～22%，主要为方解石(12%～18%)和泥质(3%～4%)，含少量石英和伊利石。砂岩为颗粒支撑类型，嵌晶式胶结。碎屑疏密均匀，碎屑以次棱角状为主，协同次圆状。粒度为0.07 mm～0.13 mm，以极细粒砂为主，极细砂占95%，细砂仅占5%，分选性良好。岩屑为粉砂岩屑、石英岩屑、灰岩屑、白云岩屑等。粒间方解石胶结、铁质胶结。见粒间孔0.25 mm，零星孤立的长石粒内溶孔、粒间溶孔，呈它形蜂巢状。

3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析

采用扫描电子显微镜对风化岩样表面微观结构进行分析。实验中将样品喷金处理后，采用日系Hitach fields S-4800型扫描电镜，在5 kV压下进行观察分析，扫描电镜照片见图7。

岩样中可以清晰的看到微生物大肠杆菌菌体及虫卵(见图7(a))。部分样品的裂缝处发现有植物根须(见图7(b))，同时岩样表面还发现有聚合物等污染物附着(见图7(c))。此外，部分岩样中矿物已经大面积黏土化，并伴有次生片状伊利石等膨胀性黏土矿物，可看到长石溶蚀形成溶沟(见图7(d))。有些岩样中还可见大量棉絮状、蜂窝状的蒙脱石依附于颗粒表面(见图7(e))，并存在大量针状次生石膏(见图7(f))。

3.3 X射线荧光光谱(XRF)分析

采用X射线荧光光谱仪可对风化岩样所含元素进行定性定量分析。实验中采用的是XRF-1800型X射线荧光光谱仪。实验中选取了两组风化岩石样品进行测试，所得结果如表1所示。

表1 样品中各元素含量表

由表1可知，风化岩样中含有O，Ca，C，Si，S，Al，Fe，K，Mg等主要元素。其中O，Ca，C和Si元素含量最大，可推知样品中主要的成分为SiO2和CaCO3。砂岩主要系硅酸盐类，因此主要成分为SiO2。但红砂岩中红层钙质胶结物较多，容易受到溶蚀，形成碳酸氢钙而流失。而少量S元素的存在可能为空气污染物所致，并有可能形成硫酸钙。

3.4 XRD矿物成分检测

采用X射线衍射仪可对风化岩样分子或原子形态、成分等进行分析。实验中，将待测岩样研磨后使用DX-1000型X射线衍射仪进行观察分析。所出图谱见图8。

由图谱解读可知，2θ为21°，26.5°，50°，60°，68°,附近是石英的特征峰；30°，36°和40°的峰值是方解石的特征峰；在23.5°，27.5°，51°附近归属于微斜长石和钠长石的特征峰；在9°，46°附近是白云母的特征衍射峰；25°，37.5°附近是高岭石的特征峰；41.5°左右是赤铁矿的衍射峰。由此可知高颐阙风化砂岩样品的主要矿物成分是石英、高岭石、微斜长石、白云母、赤铁矿等。对三组测试样品成分及含量统计如表2所示。

表2 X衍射分析结果

4 高颐阙病害机理分析

通过以上的各类分析检测、现场调研及气候环境调查，可以确定雅安高颐阙病害的主要原因总体来说可以分为文物自身因素和外界环境因素。文物自身因素主要体现在构成文物岩石的矿物组成及其结构，外界环境因素主要是外界环境导致对文物的物理、化学和生物风化。其中文物自身材质因素是造成病害的基础，外界多种环境因素导致风化加速病害日趋严重。

4.1 岩石矿物组成

我国南方地区石质文物主要为砂岩类，砂岩特殊的矿物组成是该类文物风化的物质基础和先决条件。对高颐阙岩矿鉴定分析可知，文物的主要矿物为石英、钾长石、方解石。石英为稳定矿物，在自然状态下不易发生风化；钾长石在酸性条件下易于风化形成黏土，扫描电镜可见部分岩样已经大面积黏土化，伴有次生片状伊利石等膨胀性黏土矿物，并可看到长石溶蚀[5](见图7(d)，图7(e))。方解石在酸性条件下易分解形成可溶物而流失。对风化产物取样XRD分析可知(见表2)，石英、高岭石、白云母等为主要风化产物。

岩相显微观察到陆源碎屑间的填隙物主要为方解石和泥质，随着方解石的不断溶蚀，泥质的水化膨胀流失，部分碎屑颗粒也将脱离母体，砂岩颗粒间形成贯通的溶蚀裂缝(见图9(a)，图9(b))，这在文物表面宏观表现为粉化剥落病害，当大面积的砂岩颗粒脱离母体，造成整片脱落，在宏观上就表现为孔洞状风化病害。

在显微镜下观察到的长石溶蚀孔隙表明该岩样已经产生风化[6]。高颐阙石材胶结物主要为泥质、钙质、铁质等，其中泥质和钙质容易受到溶蚀而流失，胶结物的溶蚀流失使得颗粒间的连接能力减弱，加速风化发展[7]。此外，在风化产物云母片富集的地方，容易出现较大裂缝(见图9(c)，图9(d))，使得风化速度加快。

4.2 岩石结构因素

从扫描电镜照片和岩相显微观察看到，砂岩为粒状碎屑结构，呈嵌晶式胶结，颗粒间排布较为疏松，孔隙率较大，孔隙的联通使得砂岩文物具有“呼吸性”。粒间方解石、泥质呈片状、带状胶结。由于颗粒间的孔隙具有较好的连通性，水分、空气中颗粒物等容易进出，导致岩石内部泥质水化膨胀流出，钙质溶解析出，孔隙率进一步上升，导致岩石的结构体发生重大变化，易于形成开裂，表现为片状剥落。同时，由于砂岩为沉积岩，在沉积过程中不同时期沉积物间具有可见或不可见的层理界面，在构件受力过程中易于形成层理裂隙，构件受压形成横向的压张性裂隙或纵向的劈理。

4.3 外部环境因素

高颐阙位于雅安市雨城区，属于亚热带湿润季风气候。东部亚热带温暖湿润气流与西部高原冷低压气流汇合于此，造成该地区常年多雨，素有“雨城”之称。日照偏少，湿度较大。这种温暖潮湿的气候有利于植物、微生物的生长繁殖。导致文物表面的生物病害。岩样扫描电镜照片可以清晰地看到大肠杆菌及虫卵(见图7(a))，表明有昆虫、微生物的存在。微生物生长过程中排泄的有机酸对岩石有极强的腐蚀作用[8]。并且从肉眼也可见岩体上有大量微生物及其粪便。此外，某些岩样的裂缝处有植物根系(见图7(b))。植物根系生长需要吸收和排泄有机酸，同时从岩石中吸取营养成分，造成岩石土壤化和腐蚀。再者，植物根系深入岩石内部，形成空隙，使得岩石内部结构松动，进一步对其稳定性造成威胁[9]。

受雅安山间河谷盆地特殊地形和不利气象条件的影响，同时上风方向的大气污染严重，SO2,NOx等污染物质随气流移动向西扩散到雅安市区上空,近年来雅安市的酸雨不断加重[10]。酸雨的出现加速文物岩石内部钙质胶结物的溶蚀流出，文物病害加剧。XRF结果即检测出S元素的存在证明了酸雨对文物的危害。同时，扫描电镜照片还发现空气中有害颗粒物尤其是有机聚合物颗粒的降落附着(见图7(c))，这些有机聚合物等污染性物同样会对岩体产生较强的腐蚀作用[11]。

5 结论

1)根据对雅安高颐阙的实地调查，可知高颐阙主要有孔洞状风化、表面粉化剥落、表面片状剥落、生物病害、机械裂隙、表面人为污染等病害。2)高颐阙为含钙质极细粒岩屑长石砂岩，主要成分为石英、钾长石、方解石。砂岩为颗粒粒间方解石胶结、铁质胶结，部分含泥质。3)高颐阙 自身材质因素是造成病害的基础，岩石矿物组成和岩石结构特征使得文物易于受到外部因素而产生风化。4)潮湿多雨的气候、酸雨等环境是导致高颐阙病害加剧的不利外部环境因素。