吳官屯石窟A區病害調查及保護研究

閆宏彬，富中華，康敬亭

（1.云岡石窟研究院，山西 大同 037000；2.山西大同大學物電學院，山西 大同 037009）

一、吳官屯石窟簡介

吳官屯石窟位于山西省大同市吳官屯村西，東距離舉世聞名的云岡石窟僅4公里，屬于市級文物保護單位。該石窟的窟龕形制、造像組合、題材及風格與云岡石窟相近，較為典型的龕形是北魏較普遍的圓拱形和盝形，可能是由下層官僚和平民開鑿。[1](P70)吳官屯石窟也因此被稱作云岡石窟的“姊妹窟”。

吳官屯石窟坐北朝南，東西長約200m。現存窟龕32個，多為小型窟龕。整個石窟依山而建，最高的石窟距離地面約達8m，距離地面最低的石窟只有30多cm，幾乎每個窟龕內都有不同規格造型的佛教造像，總計三四百余，最高的佛像大約有1m多高，最低的佛像僅僅有3cm，造像人物包含佛、菩薩、弟子、護法等，在一些石龕上，還刻有飛天造像。

吳官屯石窟歷經千余年的風雨侵蝕，風化現象十分嚴重，大多佛像幾乎看不見本來面目，只剩下大體輪廓。除了自然病害之外，也存在人為破壞，當地人為了保護佛像，用水泥和膠泥將佛像重塑，導致了文物的進一步破壞。1996年，吳官屯石窟被公布為首批市級文物保護單位。2009年以來，109國道的建成及通車，使吳官屯石窟的破壞情況進一步加劇，在國道修建的過程中，忽視了文物保護的重要性，使吳官屯石窟離距離國道不足兩米；地面增高數米，其中，A區的窟1、窟2幾近被地基掩埋。2010年之前，109國道是晉煤外運的主干道，過往車輛產生的煤灰、粉塵對石窟造成極其嚴重的破壞。2011年8月中旬，云岡石窟研究院開始正式接管并保護吳官屯石窟，改善了吳官屯石窟周邊地區臟亂差的環境狀況，推倒了影響石窟整體面貌的磚墻，為石窟遺址換上了鐵藝圍欄，之后又派出文物保護人員對吳官屯石窟進行看護。但是，要從根本上解決吳官屯石窟的保護問題，必須對其進行系統的調查和深入的研究。

二、吳官屯石窟A區病害調查

2017年4月，云岡石窟研究院與山西大同大學的相關人員組成聯合調查小組，對吳官屯石窟的病害情況進行了調查。為了行文方便，將吳官屯石窟分為自東向西的A、B、C、D、E、F六個區域，其中，A區保存最為完整，此次病害調查針地A區展開。A區總長7m，高1.92m，是整個吳官屯石窟保存最為完好的一部分，該區域的佛教造像數量大，規格完整，具有重要的歷史文化研究價值。A區域又可劃分為窟1、窟2、龕1、龕2、龕3、龕4、龕5共七個部分。

圖2.1 A區立面圖

（一）窟1病害 窟1為方形石窟，長為95cm，高為115cm，進深為116cm，洞窟內佛造像已無存，殘留若干現代瓷質造像及其它雜物。主要病害有表面污染、泛鹽、風化及裂隙。洞窟正面被大量煤灰覆蓋，污染面積約1.3m2，約占洞窟面積的10%。表面泛鹽位于洞窟正面左上方，面積約0.6m2，約占洞窟總面積的4%。洞窟左右兩側各有一條裂隙，左側中部的裂隙病害較為嚴重，最窄處約為0.2cm，最寬處約為3cm，長度約156cm。洞窟右側右上部位的裂隙相對較輕，均寬為0.3cm，長度為37cm。

（二）窟2病害 從正面看，窟2上部分為梯形，下部分為方形，上窄下寬，上部分為露出地面的部分，進深相同。上寬為146cm，下寬為167cm，整體高為132cm，露出地面的部分高為34cm，進深為48cm。窟2現存佛造像12尊，分為上下兩部分，下部有兩個主佛像壁龕，分別位于洞窟正面和洞窟左側，洞窟正面主龕有兩個副龕，洞窟左側有1個副龕，共5尊佛像，上部分為佛家弟子造像，共計7尊小佛像，洞窟右側無造像。

窟2主要病害有大氣及粉塵污染、人為刻畫及修補、表面泛鹽、殘缺、風化及裂隙。窟2的大氣及粉塵污染的程度最為嚴重，面積約2.1m2，占整個洞窟面積的30%。表面泛鹽主要位于洞窟左側，是由于該洞窟左側裂隙密布，在石窟內部形成貫通的滲水系統，洞窟頂部的雨水攜帶可溶鹽通過滲水網進入洞窟內部，在洞窟表面形成鹽漬，鹽漬主要分布在裂隙附近，表面泛鹽的面積約為1.2m2，約占該洞窟總面積的25%。不當修補位于洞窟的右側的中間部位，與原洞窟形成鮮明的對比，是后人為保護洞窟，進行不規范的操作所形成的的，病害較為嚴重，不當修補的形狀相當于矩形，長約為60cm，寬約為15cm，面積約為0.09m2。層間裂隙位于洞窟左側和洞窟正面的中間部位，有上下兩條，兩條裂隙的成因相似，都是由于自然風化，加之雨水溶蝕，石材沿著自身的文理發育，形成較淺的裂隙，這兩條裂隙的寬度都在0.2厘米左右，長度約220cm。構造裂隙位于洞窟左側中右部位，是由于石材結構不穩定，而引起的變形，裂隙的上部分較深，深入石材內部，寬度較大，寬約2cm，下半部分較淺，寬度較小，寬約1cm，整條裂隙長約為140cm。

（三）龕1病害 龕1為小型的矩形佛龕，寬為85cm，長為103cm，整個佛龕分為三個部分，主佛像龕，副佛像龕，弟子龕。主佛像龕寬為39cm，長為43cm，內有一尊佛像，在佛像兩邊有兩個大小相等的副佛像龕，副佛像龕寬為20cm，長為32cm。每個佛龕各有一尊佛像，在龕1的頂部有一處弟子龕，內有9名弟子像。主佛像龕中的佛像除了頭部缺失外，其余地方相對保存較好，佛像的衣服紋飾仍清晰可見，但在佛像的合手處有一處殘缺。副佛像龕中的佛像同樣缺失頭部，但兩尊佛像的的形體姿態仍可看出。弟子龕的多名弟子僅剩9尊，其余多處弟子像由于自然風化的原因，基本辨別不出來。

龕1的病害主要在于自然風化，其中佛龕的上部與下部最為嚴重。佛龕的下半部分附著厚厚的煤灰，屬于大氣及粉塵污染。龕1共有三條層間裂隙，弟子龕上下各有一條，副佛像龕與主佛像龕下部橫穿一條裂隙。龕1表面泛鹽不明顯，該病害位于弟子龕右側。主佛像龕的頭部缺失嚴重，是在人為破壞的基礎上，再風化所形成的。大氣及粉塵污染主要在龕1的下半部位，尤其在主佛像龕的佛像的基座處，煤灰層最厚，大氣及粉塵污染的病害面積約0.25m2。第一條層間裂隙位于弟子龕上部，與地面幾乎平行，裂隙的寬度約為0.2cm，裂隙的長度約為90cm，第二條層間裂隙位于弟子龕的下部，相切于主佛像龕的頂部，裂隙的寬度約為0.5cm，裂隙的長度約為120cm，第三條層間裂隙位于兩個副佛像龕的下部，主佛像龕的中部，裂隙較長，寬度較淺，走勢不明顯，該條裂隙的寬度為0.2cm，長度約為150cm，其中第一條與第二條裂隙是由于石質本身的構造發生改變造成的，第三條是由于自然風化，風和雨沿著石材的紋路所侵蝕成的裂隙。表面泛鹽位于弟子龕的右側，分布范圍較小，表面覆蓋層較淺，便面泛鹽的面積約0.05m2。

圖2.2 龕1正面

（四）龕2病害 龕2為小型矩形佛龕，寬為87cm，長為124cm，整個佛龕分為8個部分，一個主佛像龕，六個副佛像龕，一個弟子龕，主佛像龕的寬為41cm，長為62.5cm。主佛像龕有一尊佛像，左上龕有一尊佛像，剩下的副龕都是兩尊佛像，弟子龕共有12名弟子像。主佛像龕的佛像大部分已經殘缺，只剩下佛像的外型輪廓，左上副龕缺少一尊佛像，左中、左下，右中、右下的副龕保存完好，弟子龕上半部分還能看清楚，下半部分已經消失。

龕2的病害主要有大氣及粉塵污染、局部缺失、構造裂隙、表面泛鹽、表面粉化剝落。大氣及粉塵污染位于主佛像龕的下部，病害面積約0.04m2。局部缺失位于主佛像龕的佛像身上，病害面積約0.06m2。構造裂隙位于整個佛龕的下部，寬度約為0.5cm，長度約80cm。表面泛鹽位置分散，病害程度較輕，面積約0.01m2。表面粉化剝落位于左上副龕與弟子龕左側，面積約0.02m2。

圖2.3 龕2正面

（五）龕3病害 龕3分為左右兩部分，全長1.58m，高0.48m，總面積約為0.76m2。龕3內有六個較為完整的小龕，龕內各有一坐佛。其中左一龕和左二龕的龕楣均雕有供養人像。左二龕可見尖拱龕楣。造像風化較為嚴重，只留下模糊的身軀輪廓。該龕整體保存狀況不佳，風化很嚴重，大面積分布著嚴重的大氣及粉塵污染與鹽害，還有著明顯的人為破壞痕跡。該龕的主要病害類型有：大氣及粉塵污染、表面泛鹽、層間裂隙、淺表性裂隙、表面片狀剝落、人為污染、局部缺失。層間裂隙主要集中于龕3右半部，調查共發現三處，總長度約為100cm。典型的一處病害位于龕3右上方，為一條長約40cm的層間裂隙。該裂隙沿著巖石肌理發育，病害程度一般。

圖2.4 龕3層間裂隙

大氣及粉塵污染附著于龕3內石質造像表面的大部分區域，覆蓋面積較廣，病害程度較嚴重，總面積約為0.55m2。人為污染。該病害主要位于龕3中部，為一紅色油漆書寫的“佛”字，總面積大約為0.04m2。表面泛鹽。該病害在龕3區域內伴生于大氣及粉塵污染病害，并且分布廣泛，病害程度較為嚴重，應當及時進行處理。總面積約為0.33m2。

（六）龕 4病害 龕 4長 1.35m，高 1.38m，總面積約為1.45m2。龕4分為左右兩部分，右半部分長 0.53m，高 0.6m，左半部分長 0.82m，高 1.38m。兩龕因同在一龕楣下而被劃分為同一個龕。左龕可見上下重龕，其上層龕龕頂略作圓拱形，內雕一交腳彌勒菩薩像，左手下垂置于體側，右手上舉，體態依稀可見。下層龕形制為近方形，上有尖拱門楣，龕內雕刻釋迦多寶二佛并坐像。上下兩層龕楣均雕供養人群像，具體數目已不清晰。左龕的左右兩側各鑿出對稱的三層小龕，小龕中均雕二立人或二立菩薩像。右半部分共有四小龕，龕內各有一座坐佛像。龕4內全部造像的面部、四肢均風化比較嚴重，模糊不清，只留下身軀輪廓。該龕整體結構保存完整，但風化較為嚴重，有較為明顯的表面泛鹽病害。龕中部上方接近龕楣的位置有大面積局部缺失，并伴有大面積的大氣及粉塵污染。除此之外整個龕還有嚴重的粉塵污染，分布范圍較廣。該龕的主要病害類型有：大氣及粉塵污染、表面泛鹽、層間裂隙、表面片狀剝落、斷裂、鱗片狀風化剝落、局部缺失。層間裂隙在龕4有兩處，總長度約為83cm，病害程度較為嚴重，但石質文物整體結構較為穩定。局部缺失主要分布在龕4中部龕楣下方，面積較大，病害程度嚴重，并伴有大面積的大氣及粉塵污染。總面積約為0.058m2。

表面片狀剝落在龕4內多處發生，主要集中在龕4左半部分下層龕中兩對坐造像的底部，可見有較大面積的巖石表面片狀剝落，病害程度一般，總面積大約為 0.053m2。

圖2.5 龕4表面片狀剝落

大氣及粉塵污染附著于龕4石質造像表面大部分區域，尤其是石質文物局部缺失的部分，病害程度較嚴重，總面積約為0.73m2。建議及時進行表面清洗。斷裂。龕4左半部分中上層龕的頂部有一條明顯的斷裂，大約8cm長，病害程度嚴重，應當及時修補。

（七）龕 5病害 龕 5長 0.94m，高 1.33m，總面積約為1.5m2。龕5中央主龕內雕一坐佛，其左手下垂置于體側，右手部位缺失。主龕龕頂略圓，龕飾為寶帳式。龕楣分為上下兩層，上層雕供養人群像，數量不甚清晰；下層雕過去七佛，造像數量依稀可見。主龕左右兩側鑿出互為對稱的三層小龕，小龕中各雕一立人或菩薩像。龕5其造像風化程度較為嚴重，除龕中央主佛像之外，其余石質文物造像均只留下模糊的身軀輪廓。

該龕整體結構保存較為完整，但風化嚴重，有較為明顯的表面泛鹽病害。其左半部為明顯的水泥人工修補痕跡。該龕的主要病害類型有：表面泛鹽、人工修補、局部缺失、表面片狀剝落。人工修補集中分布于主龕內造像之上，有4處明顯的人工開鑿圓形坑，形狀大小類似，共5個，總面積約為0.005m2。水泥修補。龕 5左側被水泥抹平大約 4.5cm寬的一條，剩余露出部分也被部分水泥痕跡污染。病害總面積約為0.2m2。

圖2.6 龕5人工修補

圖2.7 龕5水泥修補

表面片狀剝落主要分布在龕5中主像下方，尤其是主龕造像底部，病害程度較為嚴重。總面積約為0.13m2。表面泛鹽。該病害嚴重程度一般，主要分布于龕5中央的頂部區域，總面積大約為0.08m2。局部缺失主要集中分布于主龕的造像之上，造像的頭部、左手部有明顯的缺失，病害程度一般。總面積約為0.05m2。大氣及粉塵污染。該病害主要集中分布于主龕的造像及其周圍，以及龕右半部分的三層小龕處。病害程度一般。總面積約為0.5m2。

三、吳官屯石窟A區病害成因分析及保護方法探討

（一）病害成因分析

1.煤塵污染

運煤車輛帶來的揚塵和煤灰污染是導致吳官屯石窟大氣及粉塵污染病害的直接原因。大同干燥且常年多風，又是一個以煤礦產業為主的工業城市，運煤車輛及吳官屯地區的風沙引發的揚塵尾氣、煤灰以及石窟附近范圍內的民用燃煤與工礦企業的存在，都是吳官屯石窟周邊自然環境惡化的因素。需要強調的是，吳官屯石窟距離109國道僅十幾米，石窟內的佛龕石雕與轟然飛馳的運煤車輛僅僅隔著一道無法起到保護作用的鐵欄桿，汽車揚塵、尾氣及粉塵污染嚴重，往來載重數十噸的重型運煤車輛使石窟處于不間歇的震動之中，加速了吳官屯窟內石質文物的老化速度。

2.風沙侵蝕

風沙侵蝕對吳官屯石窟內石質文物的破壞作用也不容小覷。大同地區風沙較大，吳官屯石窟直面109國道，洞窟和石雕造像沒有屏障和遮擋，其所受到的風力大且直接。此外，吳官屯石窟周邊環境綠化面積小，又有來往運煤車輛產生的揚塵尾氣及煤灰，導致吳官屯石窟的洞窟與石雕被風攜帶的石質顆粒和塵垢不斷吹蝕、磨蝕，造成石雕造像表層的磨損與石質成分的損失，最終使得石質文物嚴重風化，窟龕之內的造像模糊不清，失去了許多重要的歷史信息。

3.太陽輻射和空氣污染

太陽輻射和空氣污染也是造成吳官屯石窟內多種病害的原因。大同市屬大陸性季風氣候，且緯度較高，日照強烈。白天在太陽曝曬下，石質文物表里層產生了溫度差異，其溫差應力一旦超過巖石本身的抗拉強度，就會給石質文物帶來不可逆的破壞。大同常年強烈的太陽輻射尤其是紫外線輻射，是導致巖石礦物粘結能力降低的罪魁禍首。巖石的粘接能力降低，風化作用也就乘虛而入。此外，吳官屯石窟面臨一條公路，來往的重型車輛排放的尾氣中含有大量的有害物質，尤其是二氧化碳、二氧化硫。遇到下雨的時候，這些污染物在雨水的共同作用下，會和石窟內的石質文物產生酸化、氧化還原等化學反應。在這一系列化學反應的作用下，巖石中的膠結物和碳酸鈣逐漸溶蝕，巖石強度降低，造成吳官屯石窟石質文物的表面形成了嚴重的風化解體病害。

（二）保護方法探討 吳官屯石窟規模較小且分布集中，這有利于對其實施集中的管理與保護。保護措施的實施也需要全面地、多方位地考慮病害的成因，可以采取多種保護技術相結合的保護修復方法，做到因地制宜、有針對性的保護。

1.修建保護性建筑

日曬、風吹、雨淋及粉塵和大氣污染是導致石巖風化的主要因素，根據吳官屯石窟的特點，首先選擇修建窟檐或棚罩。保護性窟檐既能有效阻止日曬引起的石質文物表面溫度劇烈變化，減緩石質文物表面的風化、剝蝕，又能減少惡劣的天氣因素對石窟的直接破壞。[2]大同地區的小石窟多有窟檐搭建的先例，保護效果較好。在修筑窟檐時，要注意把握窟檐的構造形式、體量、與石窟的關系，盡量做到不破壞文物本身所表現的歷史面貌和所表達的歷史信息，避免對石窟巖體本身造成干預，把保證石窟安全放在第一位。此外，修筑簡易棚罩也可以對吳官屯石窟石質文物起到同樣的保護效果，這樣一來改變了石窟的向陽背陽情況，并且能夠有效減少吳官屯石窟受到的汽車尾氣揚塵及粉塵的污染。

2.灌漿加固

灌漿加固技術是采用液壓、氣壓的方式將凝固的液體注入巖體裂隙或孔隙中的一種加固技術，能夠改善吳官屯石窟的物理力學性質，有效地加固石窟巖體。在加固過程中要注意漿液的滲透能力，漿液的穩定性、結石率、漿液的含水量、容許灌漿壓力。綜合考慮可以采用PS漿材。PS漿材固化后結石的強度、性能與需要加固部分的巖體可以比較接近；PS溶液對裂隙兩側的風化層具有滲透加固作用，保證漿材的結石體與裂隙巖體密實性、牢固性和整體性，加固性優越；取材廣泛，成本低，灌漿工藝簡單，易于操作。[3]

3.表面清洗

吳官屯石窟長期暴露于外，受到煤塵、雨水、微生物、低等生物的侵損腐蝕，表面生成了大片黃黑色的污斑，還有人為污染（煙熏）、水泥、苔蘚等表面污垢的沉積病害對石材的壽命造成了極大的威脅，只有經過清洗，才能使其呈現出本來面目，使其價值得以再現。清理石材表面時，先用毛刷或竹簽等機械物直接去除文物表面附著的植物、菌類、灰層等，再用溶劑進行清洗。常見的清洗方法水清洗、機械清洗、熱清洗和化學清洗，針對吳官屯石窟較大面積的、陳舊性的煤塵污染，建議采有激光清洗技術，該項技術曾于2011在云岡石窟進行現場實驗，取得了較好的效果，尤其對灰塵沉積類污染具有較強的去除力。[4](P126-127)

四、結論

吳官屯石窟A區調查總面積為13.74 m2，病害總面積為8.706m2，超過63%的區域存在明顯的病害。病害種類主要有大氣及粉塵污染、表面泛鹽、層間裂隙、淺表性裂隙、表面片狀剝落、人為污染、局部缺失、人工修補、斷裂、煙熏、表面粉剝落等。其中，大氣及粉塵污染病害所占比重最大，占62%，程度十分嚴重。風化病害所占比重達32%（其中，表面泛鹽26%、剝落6%），裂隙占3%，病害總長度達11.87m，縱橫交錯，有個別裂隙不僅威脅到洞窟的穩定性，而且裂隙滲水將會誘發諸多病害。人工修補及其它病害占3%。

該石窟緊臨109國道，且常期暴露于外，幾乎沒有保護措施。過往車輛尤其是運煤車所造成的揚塵、尾氣，以及震動，是主要的致病因素。此外，風沙侵蝕及強烈的太陽輻射導致巖石礦物粘結能力降低，再加上雨水沖刷，導致石質文物產生酸化、氧化還原等化學反應，巖石中的膠結物和碳酸鈣逐漸溶蝕，巖石強度降低，最終造成石質文物風化解體。

針對病害比例較大的大氣及粉塵污染、風化及裂隙等三類病害，建議采取以下保護措施。首先，修建窟檐或棚罩，以減少日曬、風吹、雨淋及粉塵和大氣污染等主要導致石巖風化因素的產生。其次，采用灌漿加固技術，改善吳官屯石窟的物理力學性質，有效地加固石窟巖體。最后，采有激光清洗技術，去除石窟表面的煤塵沉積、結晶鹽、黑色硬殼及其它污漬。