潮濕環境土遺址保護理念探索與保護技術展望

內容摘要：潮濕環境土遺址，特別是作為中華文明發源的直接實物證據的一些史前遺址，具有極其突出的歷史、藝術和文化價值，也是我們保護的重要對象。本文通過分析潮濕環境土遺址的病害成因及其主要類型，總結和歸納出了潮濕環境土遺址保護的主要問題，并針對這些問題，探索了潮濕環境土遺址的保護理念，分析了保護所需的技術需求，最終得出潮濕環境土遺址的保護主要是水的問題，通過水環境控制措施，可將潮濕環境土遺址保護問題轉變為“干燥環境”土遺址保護的問題；可將潮濕環境土遺址分為展示類遺址和非展示類遺址，不同類別的遺址采用不同的保護方法和措施；通過保護提前介入，促進保護與考古工作之間的深度交叉與融合等措施，最大限度的保護遺址；將化學與物理加固方法有機結合，形成潮濕環境展示類考古遺址綜合加固技術，是土遺址本體保護加固技術發展的方向和趨勢等結論。

關鍵詞：潮濕環境；土遺址；保護理念；保護技術

中圖分類號：K870.63 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106（2013）01-0001-06

1 前言

我國是歷史悠久的文明古國，也是幅員遼闊氣候地形復雜的大國。潮濕環境土遺址分布范圍很廣，數量龐大。特別是一些具有重大價值的史前考古遺址，是中華文明發源的直接實物證據，具有極其重要的保護意義和展陳價值。然而，受土這一材質的物理、化學性狀決定，土遺址保護是文物保護工作中最為困難的課題之一。潮濕環境中的土遺址，所處自然環境更為復雜惡劣。雨水沖刷，地表水和地下水的滲透和溶脹，夏日暴曬的干縮龜裂，冬季冰凍的表層起殼等都給土遺址保護造成了巨大困難。因此，潮濕環境土遺址的保護成為文物保護技術中一個亟待解決的重大課題。近年來，我國的土遺址保護研究多開展于西北干旱、半干旱地區，并在病害機理、保護加固技術措施方面有所突破，為我國北方地區的一些大型土遺址的保護提供了強有力的技術支撐[1-10]。有關中原、南方等地區潮濕環境的研究主要集中于保護加固材料和潮濕環境概念的探索[11-14]，遺址保護問題仍然非常突出，研究和保護工程都開展的相對較少。從國內潮濕環境的幾個重要土遺址如良渚遺址、金沙遺址、里耶遺址、城頭山遺址來看，保存狀況不容樂觀，遺址的病害極為復雜。為使潮濕環境土遺址保護取得實質性進展，由國家文物局組織，敦煌研究院聯合蘭州大學、中科院地質與地球物理研究所、浙江大學、西北大學、北京大學和中科院上海硅酸鹽研究所開展了科技支撐計劃課題“潮濕環境下考古現場史前土遺址保護關鍵技術研究”，試圖通過該課題的研究，在潮濕環境土遺址保護方面有所突破。

2 潮濕環境土遺址病害及存在的

主要保護問題

2.1 潮濕環境土遺址病害成因及其類型

2.1.1 病害成因

潮濕環境土遺址的病害大多和水密切相關，如遺址發掘后失水產生的干燥開裂和坍塌、過飽和水滲出對遺址的沖蝕、土體在水作用下的軟化、變形和垮塌、土體表部在濕度變化和土體干濕交替作用等因素下出現的風化以及生物因素等作用下出現的各種破壞。

分析土遺址的病害機理可以從內因和外因兩個方面來闡述，內因是土遺址本身的組成與物理力學性質，外因是土遺址的環境因素。就內因而言，土遺址的物理力學性質取決于遺址土的固體顆粒大小和形狀、礦物成分及其三相組成體系在空間的排列與聯結特性。潮濕環境下的土遺址多為含大量黏粒的黏性土組成，三項組成體系中液態部分含量較高，這就決定了遺址土體易在干濕交替作用下發生膨脹和收縮，導致土體坍塌、開裂、粉化。就外因而言，顧名思義，潮濕環境土遺址不但處于潮濕多雨的氣象環境，而且土體也容易遭受地表水、地下水的侵蝕，干濕交替作用頻繁。水化學作用可以溶解土的礦物成分、膠結物或使某些成分結晶、沉淀，導致土的孔隙率、土顆粒的排列方式等微觀結構發生變化，改變土的性狀，使土的天然強度、變形特性發生變化。潮濕環境中濕度的變化將產生不穩定體系，通過自身含水量的增減使小環境達到一種新的平衡，在這個趨于穩定的變化過程中，土質類文物必然會產生膨脹和收縮，黏土礦物含量較高時吸水膨脹、失水收縮的現象更為明顯。埋藏在地下的土遺址經發掘后，從潮濕的地下環境暴露于大氣環境中，遺址土體由于失水發生劇烈收縮而產生裂隙、裂紋、裂塊，不斷發展而導致剝離、坍塌等病害的發生。晝夜和季節交替溫差變化引起遺址土的差異性脹縮，擴大了原有裂隙并產生新的裂隙，形成差異性病變、層狀脫離、裂縫等病害。因此，潮濕環境對土遺址產生破壞作用的主導因素就是水，它可以直接或間接引發土遺址發生病變，加速物理、化學和生物破壞作用。地下水位和土體含水量的變化使土中可溶成分溶解、沉淀、轉移并侵蝕土遺址。

2.1.2 病害類型

以良渚遺址為例來概括潮濕環境土遺址主要存在的病害類型。良渚遺址位于浙江省杭州市余杭區，年降水量在1150-1550毫米之間，屬于典型的潮濕環境土遺址。由于遺址處于高濕地區，使得發掘后的遺址土體處于高含水狀態，并不斷進行干濕交替，各種病害頻發，不利于考古遺址的保存。通過對良渚遺址現場調查，目前遺址體發育的病害有：

（1）水的侵蝕

由于地下水或大量降水在開挖的探坑內形成滲水，浸泡和侵蝕遺址，導致遺址產生病害，包括霉菌、真菌及低等植物滋生、遺址體物理力學性質退化等文物變質腐爛、溶解、水解及沖刷潛蝕、干縮脹裂、地面沉降、坑壁邊坡變形和可溶鹽沉淀覆蓋等等。這些病害直接起因于地下水的循環交替作用和地下水位波動，危害大，影響面廣，幾乎每個遺址都存在此類病害，只是由于所處的水文地質條件不同，其病害類型及程度不同而已。因此，治水是遺址保護的關鍵，也是其后續保護措施得以實施和初見成效的前提條件（圖版1）。

（2）裂隙

遺址裂隙包括干縮開裂和卸荷裂隙。

干縮開裂：原來埋藏在地下的土遺址，被考古發掘揭露出來，本來潮濕的遺址急劇變干而收縮產生微裂隙。裂隙面的土粒不斷風化脫落，使得裂隙逐漸擴大（圖版2）。卸荷裂隙：考古發掘形成坑壁，其周圍產生卸荷裂隙（圖版3）。

（3）根部掏蝕：由于地下水位波動，不斷掏蝕遺址體底部，使其逐漸喪失自身穩定性而坍塌，底部坍塌誘使其上部產生裂隙，最終發育成較大坍塌（圖版4）。

2.2 潮濕環境土遺址存在的主要保護問題

通過對潮濕環境土遺址病害的成因和病害類型的分析，潮濕環境土遺址保護存在的問題主要有以下幾個方面：

（1）水環境控制問題

如前所述，潮濕環境土遺址的保護，關鍵在于水環境的控制，如何防止地表水對遺址的沖刷和下滲；地下水對遺址的浸泡和侵蝕；由于水的作用帶來遺址土體的軟化、坍塌，干濕循環和冷熱交替導致遺址土體粉化等。因此水環境的控制是解決潮濕環境土遺址保護的關鍵因素和先決條件。

（2）遺址土體力學穩定性問題

遺址本體的開裂、坍塌在我國一些重要的潮濕環境土遺址中也時常發生，而且，這對一些遺址單體的破壞往往都是毀滅性的。因此，遺址土體的穩定性問題也是潮濕環境土遺址保護中的重要問題之一。目前潮濕環境考古現場保護多側重于出土器物的保護，對于遺址力學穩定性問題的研究相對較少。

（3）遺址表面防風化問題

潮濕環境土遺址的表面往往承載有較多的歷史信息而成為我們保護的重點，但遺址表面由于干縮開裂、土體粉化等病害也是最容易被破壞的部位，因此防止遺址表面風化也就成為潮濕環境土遺址保護的重要問題。遺址的防風化加固保護是長期困擾我國文物保護界和考古界的難題，而潮濕土遺址防風化關鍵在于保護加固材料和工藝的研發。

3 潮濕環境土遺址的保護理念探索

我國潮濕環境土遺址保護尚處于起步階段，為使該項工作取得實質性進展，并使之符合文物保護的原則，探索潮濕環境土遺址的保護理念顯得非常必要，也是潮濕環境土遺址保護急需開展的重要工作。分析潮濕環境土遺址保護自身特點，結合多年土遺址保護實踐，我們提出以下幾點保護思路，供土遺址保護與研究者共同探討與參考。

（1）展示類遺址和非展示類遺址

將潮濕環境土遺址分為展示類遺址和非展示類遺址，以使我們的保護精力更加集中，保護方向更加明確，工作目的性更強。由于潮濕環境土遺址大多規模較大，全面、完整地展示整個遺址本體，無論在資金還是在保護能力方面均存在很大的難度。因此，在保護工作開始之前，可將遺址分為展示類遺址和非展示類遺址。對于非展示類遺址，考古發掘后立即采取適當措施后回填保護；對于展示類遺址，根據展示目的和需要，采取相應的工程技術措施進行保護。通過將潮濕環境土遺址分為展示類遺址和非展示類遺址，既能較好解決資金和保護力量的不足，也能集中保護力量，重點對遺址的一些重點展示部位采取有效保護。

（2）將潮濕環境土遺址保護問題轉變為“干燥環境”土遺址保護的問題

由于潮濕環境遺址土容易受地表水的沖刷和地下水的侵蝕，加之遺址土體自身較為脆弱的屬性，因此在不改變遺址土屬性的情況下，發掘后露天保護難度極大。因此，對于展示類遺址，可首先通過修建保護棚、降排水、隔阻水、控制小環境等工程措施，將潮濕環境土遺址保護問題轉變為“干燥環境”土遺址保護的問題。如前所述，潮濕環境土遺址的問題關鍵是水的問題，一旦解決了水的問題，一些在干燥環境下成熟的保護加固措施與施工工藝將可通過一定的改進后，在潮濕環境土遺址保護中得到推廣和應用，從而解決潮濕環境土遺址保護的問題。

（3）保護提前介入并與考古工作深度交叉融合

多年來，我國遺址一般是考古發掘先行，保護工作相對滯后。經過多個遺址調查發現，考古發掘打破遺址多年保存環境平衡后，遺址往往處于破壞最快的階段，甚至于在我國潮濕環境考古發掘現場多次發生過遺址體坍塌造成人員傷亡和文物損壞等事故，造成不可挽回的損失。由于保護工作和考古工作之間的時間差，對很多遺址造成了不可挽回損失的同時，也極大增加了保護的難度。因此，潮濕環境土遺址的保護要提前介入考古發掘工作，與發掘清理工作同步實施。通過對遺址的預探測和預加固，搶在遺址變形、干縮開裂、坍塌未發生之前就開展保護。通過保護和考古工作之間的深度交叉融合，在投入較小的情況下，最大限度地保護遺址所承載的歷史信息，并確保考古人員與遺址的安全。

（4）采取綜合保護措施，確保遺址保護效果

多年的保護實踐表明，土遺址保護是一個復雜的多學科問題，而土遺址病害及成因的多樣決定了一種保護方法是不能完全解決所有問題的。因此，潮濕環境土遺址保護需要搭建保護棚、采取降排水、隔阻水進行環境控制；需要采用錨固、灌漿、支頂等物理加固技術；也需要采用保護加固材料進行化學加固的技術手段。理想的土遺址保護項目，應該由多學科的高水平團隊，在全面調查和正確分析病害成因的基礎上，遵循文物保護原則和中國文物古跡保護準則，采用綜合保護加固措施，才可能達到較好的保護效果。

（5）重視遺址監測與現場模擬保護

近年來，隨著科學技術的發展和文物保護理念認識的深化，科學監測越來越成為我們開展科學保護的重要手段。科學監測對了解病害的發生、發展過程，揭示病害機理，評價加固效果，改進保護技術等方面均有十分重要的意義。潮濕環境土遺址原來大多處于埋藏狀態，經過考古后才暴露出來。對考古和保護全過程的監測，可使我們更好地認識和了解原有埋藏環境及發掘后環境的變化、遺址本體發掘前后的變化，對于保護方案的制訂和保護措施的選擇具有很好的指導意義。另外，由于土遺址文物的脆弱性和不可再生性，保護工作的開展必須慎之又慎，將保護加固帶來的不利影響降至最低。因此，需要通過對整個考古及保護過程的現場野外模擬，及早發現考古過程中可能存在的問題；也通過現場模擬保護，總結和凝練出可直接移植于考古遺址的成熟可靠的保護加固技術，確保遺址有效保護。

4 潮濕環境土遺址保護技術措施展望

目前關于潮濕環境土遺址保護研究，國內外多集中于室內和現場保護加固材料研究，而潮濕環境土遺址保護的關鍵問題是水環境控制問題。因此，開展潮濕環境土遺址保護工作時，我們首先考慮的問題應該是如何控制水的問題；在水環境得到較好治理后，急需解決開挖遺址的力學穩定性問題，因為穩定性問題導致的破壞對遺址本體往往是毀滅性的；然后，我們將通過保護加固材料結合錨固、灌漿等綜合措施來解決遺址土體表面粉化、剝離等方面的問題；最后，還應通過長期的監測措施，評估和修正加固措施，并及時開展日常保養和維護。解決以上保護方面的問題，需要研發和拓展以下的主要技術措施。

（1）潮濕環境土遺址水環境監測與控制技術

在詳細調查潮濕環境的基礎上，將文物保護理念和巖土工程技術相結合，研發土遺址現場水環境綜合實時監測技術，達到實時掌握遺址水環境狀況；結合文物保護特殊需求，研發可用于土遺址地表水遮擋，地下水降排、阻隔的綜合防治技術，研發考古現場土體水分快速蒸發導致遺址土體干縮開裂的防治技術。通過以上研發、減少降水和地下水對遺址考古的不利影響。

（2）潮濕環境土遺址保護棚的設計與搭建技術

潮濕環境較大的降水量和高濕度，決定了潮濕環境土遺址露天保護難度極大。因此，將潮濕環境土遺址轉化為“干燥”環境土遺址是潮濕環境土遺址保護的重要思路，轉化的主要方式就是修建保護棚。我國在一些重要遺址修建了一些保護棚，但大多數由于對遺址環境改變研究不足，一些遺址在修建保護棚后，發生了土體風化、剝落、鹽析和霉變等病害。另外一些遺址保護棚的修建，由于基礎坐落在遺址之上，也毀壞了部分遺址的基址。搭建保護棚前，對遺址保存環境影響進行評估，遺址保護棚設計原則與規范，以及如何修建遺址保護棚均是需要開展的研究內容。

（3）潮濕環境考古遺址穩定性預判和預加固技術

雖然我國的考古和保護工作近年都取得了較大的進展，但我國的考古與保護工作之間還是存在脫節的問題，往往都是考古工作結束后保護人員才介入遺址的保護。我們提倡保護工作提前介入，并與考古工作深度融合，即針對潮濕環境史前考古遺址開挖過程中變形、鼓脹、開裂、坍塌等方面的問題，利用相關遺址土體穩定性分析理論，提出考古過程遺址穩定性預判方法，也可引入和改進一些巖土加固措施與方法，使之適合遺址開挖前或遺址開挖發生形變之前對遺址的預加固。通過保護人員的提前介入，最大限度地減少遺址開挖后由于保存環境的變化給遺址帶來的破壞，強化土遺址暴露出土后的保存能力。

（4）潮濕環境考古遺址回填保護技術

對于非展示類遺址，在當前保護技術還不能滿足所有遺址保護需求的情況下，快速回填不失為一種可行之策。因此，在全面調研國內外遺址考古發掘后的回填保護措施、隔離材料，分析回填保護中所用方法的保護效果與利弊的基礎上，全面評估各種回填方法的科學性和有效性，總結和凝練出適合潮濕環境考古遺址的回填技術，可確保遺址的完整保護。

（5）潮濕環境展示類考古遺址綜合加固技術

研究和實踐表明，單一的保護技術已經無法解決潮濕環境土遺址保護中的眾多復雜問題。在充分調查、挖掘傳統建筑材料與工藝的基礎上，深入開展保護加固材料與加固工藝的研發，并結合錨固、灌漿、支頂加固等手段，將化學與物理加固有機結合，形成潮濕環境展示類考古遺址綜合加固技術，是土遺址本體保護加固技術發展的方向和趨勢。我們只有考慮得更全面，準備得更充分，才可能對遺址保護得越來越好、越來越有效。

5 結論

潮濕環境土遺址保護是一個世界性的難題，也是各類材質文物保護中最難的類別之一。在我國文化大發展、大繁榮方針的指引下，大型文化遺址保護需求在不斷增加量的同時，也對潮濕環境土遺址保護技術研發提出了更高的要求。因此，保護工作者只有在深入探索保護理念的前提下，加快保護技術研發速度，才可能真正有效保護好我們珍貴的文化遺產。通過本文研究，可得出以下主要結論：

（1）潮濕環境土遺址的保護主要是水的問題，遺址水環境的控制是解決潮濕環境土遺址保護的關鍵因素和先決條件。通過水環境控制措施，可將潮濕環境土遺址保護問題轉變為“干燥環境”土遺址保護的問題，一些在干燥環境下使用的保護加固措施與施工工藝通過一定的改進后，可在潮濕環境土遺址保護中推廣和應用。

（2）可將潮濕環境土遺址分為展示類遺址和非展示類遺址，不同類別的遺址采用不同的保護方法和措施。

（3）遺址考古發掘打破多年保存環境平衡后，處于破壞最快的階段，可通過保護提前介入，促進保護與考古工作之間的深度交叉與融合等措施，最大限度地保護遺址。

（4）單一的保護技術已經無法解決潮濕環境土遺址保護中的復雜問題。將化學與物理加固方法有機結合，形成潮濕環境展示類考古遺址綜合加固技術，是土遺址本體保護加固技術發展的方向和趨勢。

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國家古代壁畫保護工程技術研究中心通過綜合評審并正式

更名為“國家古代壁畫與土遺址保護工程技術研究中心”

2012年，依托敦煌研究院組建的國家古代壁畫保護工程技術研究中心順利通過了科技部組織的驗收，并予以正式命名，驗收等級為優秀。鑒于國家古代壁畫保護工程技術研究中心在土遺址保護方面的領先優勢，根據驗收專家的建議，科技部同意并正式將工程中心命名為“國家古代壁畫與土遺址保護工程技術研究中心”。

2009 年2 月，科技部將“國家古代壁畫保護工程技術研究中心”列入2008 年國家工程技術研究中心組建項目計劃，“國家古代壁畫保護工程技術研究中心”位列第四，是我國文化遺產保護領域唯一的國家級工程中心。

國家工程中心組建以來，全面完成了任務書中規定的各項考核指標，部分指標超額完成。組建期內，共承擔國家級及省部級項目38項，獲省部級獎勵3項，“文物出土現場保護移動實驗室研發”、“古代壁畫脫鹽關鍵技術研究”兩項課題分別獲2009年度國家文物局文物保護科學和技術創新獎一等獎和二等獎；“土遺址保護關鍵技術研究”獲得甘肅省2010年度科技進步二等獎；申請專利17項，其中發明專利6項。在人員培訓及開放服務方面，培訓技術人員113人次，培養中美英合作壁畫保護研究生14人；舉辦國內學術會議4次，國際學術會議3次；承擔了53項文物保護工程方案設計工作，16項古代壁畫保護修復項目，10項土遺址保護工程項目和37項數字化保護工程項目。正在制訂或完成了15項國家及行業標準；合作建立5個技術推廣工作站。國家工程中心的組建全面促進和提升了我國古代壁畫和土遺址的保護水平和能力。（郭青林）