云冈石窟辖区地表水、地下水中阴离子含量检测及变化规律

石质文物佛像表面的凝结水甚至水汽,在和岩石之间发生相互作用后就会形成风化等破坏现象,水中阴离子的含量是影响文物风化程度的重要因素。运用高压离子色谱法检测了云冈石窟辖区地表水、地下水采样点水样的阴离子含量。选用戴安IonPac AS14型阴离子分离柱(4×250 mm)进行分离,以3.5 mmol·L^(-1)Na_(2)CO_(3)和1.0 mmol·L^(-1)NaHCO_(3)混合溶液进行淋洗,流速1.2 mL·min^(-1),柱温30℃,检测云冈石窟辖区地下水、地表水中4种无机阴离子F^(-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)含量。按照国标的检测方法,实测水样中4种阴离子的峰面积与浓度均具有良好的线性关系,相关系数r均大于0.9990,精密度在0.31%~1.68%之间,并对2023年5月与2020年5月测定的四组水样、2023年2月与2023年5月测定的一组水样中阴离子含量显著性差异进行了分析。为云冈石窟保护和科学管理提供了数据支持。

岩体表层凝结水的形成与转化规律:对岩石风化水分来源的指示意义

水对岩石风化具有重要控制作用,但人们对非露天岩石表层的水分来源一直认识不足。本文以我国北方云冈石窟的岩石壁面为例,利用频域反射技术开展了岩石浅表层含水率监测,利用2020年5月至2021年5月逐小时的岩石视含水率数据为例,识别了夏季和冬季岩石含水率波动的控制机理。从6月初到10月初,大气湿度变化是岩石视含水率先增大后减小的直接控制因素,当存在指向山体内部的大气湿度梯度时,水汽迁移至岩石孔隙内,发生毛细凝聚转变为液态水,从而引起视含水率增大;当存在指向山体外部的大气湿度梯度时,岩石孔隙内的液态水蒸发,从而引起岩石视含水率下降。从10月中旬至次年6月初,岩石普遍较干燥,但是12月中旬浅部岩石含水率在冻结吸力控制下还是会发生明显增大现象,表明岩石中存在可迁移、可发生化学风化的弱结合水。本研究识别了非露天石质文物壁面水分的一种重要来源,加深了对凝结水形成机理及其对风化控制作用的认识,可为石质文物保护提供决策依据。

地下水化学组分对酸雨的滞后响应--以云冈石窟上层滞水为例

酸雨入渗显著改变了某些地区的地下水水质,但关于地下水化学组分对酸雨响应过程的研究少有报道。以山西云冈石窟景区为研究区,通过对比酸雨、河水和地下水20年时间尺度的水化学组分变化,揭示了酸雨如何控制不同类型地下水的水化学演化过程。结果表明:2003年以来云冈石窟山体的饱和带地下水中SO_(4)^(2-)浓度未发生明显变化,其较高浓度的SO_(4)^(2-)来源为地下水区域尺度水循环过程中的水-岩反应;2003年和2012年二窟泉水中SO_(4)^(2-)浓度较低,但近几年其SO_(4)^(2-)浓度大幅度上升,分析成因为历史上的酸雨于近几年到达二窟泉,酸雨与砂岩的水-岩作用也引起了二窟泉水中其他阳离子浓度的明显上升;2003年以来石窟顶部上层滞水水质无明显变化,指示了历史上的酸雨至今尚未通过非饱和带下渗至上层滞水对应层位,证明石窟顶部粉土层具有良好的阻水作用。通过研究二窟泉水和石窟山体上层滞水对酸雨的响应关系,加深了对云冈石窟山体不同部位地下水来源的认识,对云冈石窟水害治理具有重要意义。

云冈石窟区域水样中的阴离子测定

本文建立了离子色谱法测定云冈石窟窟区水样中阴离子的方法。采用戴安Ion Pac AS14阴离子柱(4×250 mm)分离,以3.5 mmol/L Na2CO3-1.0 mmol/L NaHCO3混合溶液为流动相,流速为1.2mL/min。在最佳色谱条件下,4种阴离子F^-、Cl^-、NO3^-和SO^2-4于15 min内完全分离,且各阴离子的峰面积和浓度之间有良好的线性关系,线性相关系数r>0.9990,F^-、Cl^-、NO3^-、SO^2-4的RSD分别为0.49%、0.91%,0.60%,1.41%。根据水样测试结果进行水循环化学特征分析,为云冈石窟文物保护工作提供基础数据的支持。

山西大学毛主席塑像表面黑垢成因分析及清洗

用扫描电镜表观形貌分析结合X射线荧光光谱法和X射线衍射分析法对山西大学毛主席塑像表面黑垢样品进行病症勘测和病理分析。结果表明黑垢的主要成分为二水石膏(CaSO_4?2H_2O)以及少量的二水合磷酸氢钙(CaHPO_4?2H_2O),黑垢主要来源于环境污染导致的系列化学反应。结合国内外清洗技术及清洗案例,使用微粒子喷射清洗法对塑像表面黑垢进行清洗,并修复了塑像的其它裂隙病害。

吴官屯石窟A区病害调查及保护研究

吴官屯石窟位于云冈石窟西北约4公里处,属于云冈石窟群的组成部分,其窟龛形制及造像风格与云冈石窟晚期风格相近,是北魏洛阳时期主要由民间力量开凿的石窟,具有较高的历史文化价值。经实地考察发现,由于长期暴露于外,该石窟病害严重,主要存在风化、大气及粉尘污染、裂隙等病害。基于实验结果,建议采用修建窟檐或棚罩、激光清洗、灌浆加固等措施,清除并防治病害。其病害调查及保护研究,对于云冈石窟的保护具有一定借鉴意义。

基于红外热成像技术的石窟壁面凝结水形成规律研究

凝结水会加剧石质文物的风化,以往确定凝结水量的实验设备布置复杂、监测范围有限,并且无法实时反映凝结状态,从而制约了对凝结水形成过程的认识以及对石质文物凝结水的有效防治。文章利用红外热成像技术开展凝结水形成规律研究,实现了对石窟壁面凝结水的大范围无损连续观测,并利用微波水分测试技术进行验证。针对一次降雨事件,对云冈石窟第19窟壁面进行了连续100 h的红外热成像监测,揭示了降雨前和降雨期间的壁面温度昼夜变化规律,通过对比空气露点温度识别出2个具备凝结水形成条件的时期:降温前凝结期,从降雨前16 h开始到降雨期间气温发生骤降为止;降温后凝结期,从气温骤降开始到降雨结束后12 h。同时,利用微波水分仪进行了连续56 h的浅表层岩石含水率动态监测,发现尽管壁面上无法用肉眼直接观察到凝结水,但岩石内部含水率增大,表明岩石内部已经优先凝结。降雨过程中气温在1 h内从18.5℃骤降到15.6℃引起大气中的水汽凝结,导致露点温度下降,使得壁面不再具备凝结水形成条件。该研究对石质文物的凝结水防治具有重要的指导意义。

云冈石窟第3窟后室顶板加固治理与监测

云冈石窟第3窟是云冈石窟开凿规模最大的洞窟,在开凿过程中戛然而止。特殊的洞窟结构加上千年的自然风化催生了多种病害,其中后室顶板崩塌最为严重。为此,采用岩石测试、地质雷达和钻孔勘查等多种方法,查明了顶板岩石性质和破坏形式。在钢结构支护的前提下,利用环氧树脂裂隙注浆结合玻璃纤维锚杆牵拉的方法对顶板进行加固。对施工完成后121 d的裂隙、倾斜和应力监测数据进行分析,表明加固效果良好,具有广泛的借鉴意义。

盂县藏山祠周边岩体工程地质特征研究

藏山祠作为全国重点文物保护单位,因见证"赵氏孤儿"的故事而闻名于世,具有极高的文化价值。经过野外勘察和室内测试分析发现,藏山祠周边岩体以白云岩和石灰岩为主,物理力学性质较好,抗风化能力较强,但其周边岩体在早期强烈地质作用和后期各种自然营力的影响下,危岩体十分发育,极易发生崩塌,威胁下方文物和游客的安全,亟需治理。

鲁班窑石窟病害调查及保护研究

鲁班窑石窟位于武周川水西岸,东距云冈石窟约700米。据其洞窟形制及造像风格判断,为云冈石窟早、中期作品,是云冈石窟群的重要组成部分。辽代重修该窟,明代窟顶曾筑有烽火台,具有较高的历史文化及艺术价值。该石窟的地理环境及岩石特性与云冈石窟相似,其病害调查及保护研究对于云冈石窟的保护具有一定的借鉴意义。2015年以来,相关专业团队曾两次对该石窟展开实地调研。经调查发现,由于长期暴露于外,且无人看管,石窟处于半坍塌状态,尤以第3窟最为严重,窟顶塌陷,洞窟内存在废土及石块堆积问题。鲁班窑石窟整体病害情况较为严重,主要存在风化、危岩体、窟顶砌体堆积及岩体破碎等问题。基于实地调查及已有的工程实验结果,建议在"最小干预"和"不改变文物原状"的原则下,采用裂隙灌浆、预应力锚杆加固、钢梁支顶防护、混凝土浇铸及窟檐搭建等措施治理病害。