石质文物表层风化的原位检测与防治以云冈石窟为例

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1、④密级中国科学院大学U¨iVPI·s“、otChigleSt'～c：I(1cm、nrSciences博士学位论文石质文物表层风化的原位检测与防治一一以云冈石窟为例作者姓名：旦坐指导教师：王昌缝熬援生垦型生医盔芏高蝰副班窒虽生国塞也亟芒班嚣医学位类别：堡堂墟±学科专业：抖挂耋直培养单位：主围型堂医直堂挂塾塑兰直丛盟基匝2叭3年5月InSituDiagnosisonSurfaceWeatheringandTreallnentsofStoneCulturalHeritage：ExamplesfromYungang

2、GrottoesByHuaZhoUADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencespartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInstituteofVertebratePaleontologyandPaleothropology,CASMay,2013中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导

3、下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。储签名：闻车E1期：洲3耳r日碍学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密的学位论文在解密后适用本声明。作者签名：日

4、期：瞪乃B茸r4垤导师签名：日期：己昂嚏’、’_——～I专、(．1要摘要石质文物(包括石窟寺、石雕像、摩崖石刻和碑刻等)在我国历史文化遗产中占有极其重要的地位。石窟寺是石质文物最为重要的代表，其通常都开凿在山体的崖壁上。山体的岩石组成虽有不同，但多为砂岩夹薄层泥岩和页岩，大约占到总体I【I体岩石的80％，而山西省则是我国砂岩质石窟寺的ji要分布地之一。石窟暴露在自然界中，受各种自然和人为因素的影响，极易产生类型复杂、程度不等的病害。这一现实决定了石窟寺保护技术的复杂性和艰巨性。以往欲保护大型的不可移动文物，

5、首先需要大量采样，进行实验室模拟老化实验，探索其病害机理，再以此为基础，确定相应的保护方案。不难认识到，这类保护方案存在若干不尽人意之处，例如所采样品不一定具有代表性，且对文物本体总将产生一定的损伤，更令人深感遗憾的是：所取样品难以还原石窟的水文状况和气候环境，自然也难以确保相关保护方案的可靠性。第二次世界大战后，无损、微损检测技术得以迅速发展，逐渐成为‘+门新兴的工程科学。该项技术对检测对象无损、无害，可为文化遗产，尤其是不可移动文物的原位检测与保护提供不可替代的技术支撑。实践表明，无损检测技术在检测石质

6、文物风化程度、评价风化石雕加固效果、探测裂隙分布和裂缝灌浆效果等方面皆具有无可比拟的优势，而原位测试将在不破坏文物的前提下，对同一位置进行多种方法，多个时域的持续测量，是长期跟踪检测和监测的有效手段。山西大同的云冈石窟是著名的世界文化遗产，1500多年的自然风化及人为因素影响，使其风化病害具有一定的代表性。正是这一重要性和典型性，使云I刈石窟的保护问题长期受到国家的高度重视。令人欣慰的是，云冈石窟半个多世纪的系统研究工作为本项目的开展提供了得天独厚的条件。文献调研指出，20世纪80年代以前，云冈石窟的保护主

7、要基于石窟寺的稳定性研究；20世纪80年代至20世纪初主要基于治水研究及环境影响研究；而近十多年以来则主要探讨石质文物表层的风化机理。纵观其研究历史，可知云冈石窟的保护研究多集中于风化机理，或者某个影响因素对风化的影响特点，几乎不见表层风化程度的探讨，更未考虑风化程度的表征及石质文物的防治效果。T在此背景下，本文拟认真捋清石质文物风化和劣化的相关概念，辨析石质文物风化和地质学风化的概念差异与相关性，并依照文物学科的理念，界定风化、风化深度、风化速率及风化剥落速度等概念，基于无损、微损分析技术，提出石质文物风

8、化及防治效果评估的若干核心指标和方法。具体说来，论文将采用三维激光技术表征石质文物的风化剥落深度；采用钻入阻力仪揭示其风化深度和程度；采用里氏硬度计量化石质文物的风化程度。与此同时，论文还采用地球物理学方法中的高频探地雷达、微电极测深系统反演了石窟的风化层，即风化深度，结果表明，地球物理学方法对微观尺度石质文物的风化研究具有可行性。论文尝试采用时域核磁技术对文物岩石材料含水率、孔隙率、孔径分布等问题进行了原位无损