（一）龍多山石刻及其典型病害

龍多山摩崖石刻位于重慶市合川區(qū)，石窟造像大多開鑿于晚唐至宋代，題記主要集中在東崖一帶，多為宋代游人題記（圖一∶1、3），也有少數(shù)造像題記（圖一∶2），這些造像題記對于研究巴蜀地區(qū)的造像和題記分布及龍多山地區(qū)佛教、道教文化都有非常重要的史料價值。

整個龍多山地層為侏羅系遂寧組（J3s）砂巖夾泥巖，山體結(jié)構(gòu)及其自身材質(zhì)致使龍多山題刻存在明顯的卸荷裂隙與危巖體等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題。同時，其所在地區(qū)屬中亞熱帶濕潤氣候，冬暖夏熱，春早夏長，秋雨連綿。多年平均相對濕度約80%RH，絕對濕度在17.7hPa左右，夏、秋雨量集中，多發(fā)生暴雨。龍多山摩崖石刻保護區(qū)的地下水分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，地表放生池及題刻旁泉水的水化學(xué)類型均為HCO?-Ca水，水體pH值大于7.5，水中Cl^-、SO?²?離子含量遠(yuǎn)高于雨水。砂巖沉積的紋理發(fā)育導(dǎo)致多層節(jié)理，在紋理面上聚集黏土礦物，在水的作用下，黏土礦物往復(fù)膨脹收縮、可溶鹽循環(huán)結(jié)晶對砂巖造成破壞，最終導(dǎo)致砂巖文物開裂、粉化（圖二∶1、2）。而高濕的環(huán)境更利于微生物等生存，也會對石刻產(chǎn)生嚴(yán)重影響（圖二∶3）。

（二）典型病害分析

1.表面粉化酥堿檢測

龍多山石刻及南方戶外保存砂巖石刻表面普遍存在粉化脫落現(xiàn)象，極易導(dǎo)致石雕石刻表面粗糙，紋飾造型彌散不清。為進一步認(rèn)知表面粉化現(xiàn)象，我們在多處采集龍多山石刻表面酥堿風(fēng)化層和內(nèi)層未風(fēng)化的新鮮巖石（表一）進行巖石薄片分析（圖三）、X射線衍射（XRD）分析（型號為D/max-2500）（表二、圖四）、硬度分析（表三）及可溶鹽分析（ICS-90/1000離子色譜儀）（表四、圖五）等。

由巖石薄片分析及XRD分析可看出，龍多山石刻所在巖體為典型的南方砂巖材質(zhì)，其主要成分為石英、斜長石、鉀長石、方解石、伊利石、綠泥石。而新鮮巖石具細(xì)砂結(jié)構(gòu)，巖石由砂（85%±）和膠結(jié)物（15%±）組成。其中大多數(shù)砂粒為細(xì)粒砂，顆粒分選好，粒徑為0.1～0.2mm，微觀結(jié)構(gòu)可見棱角分布，且顆粒間通過黏土礦物膠結(jié)。填隙物包括細(xì)粒石英、碳酸鹽礦物、碎屑粒間及邊部形成的鈣質(zhì)膠結(jié)，而其所固有的多層節(jié)理發(fā)育為砂巖風(fēng)化提供了基礎(chǔ)。龍多山石刻表層風(fēng)化樣品中，鈣質(zhì)、鐵質(zhì)及泥質(zhì)膠結(jié)物的含量明顯下降，鏡下明顯可見風(fēng)化巖石孔隙增大，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)物流失，石英、長石等顆粒剝落嚴(yán)重（圖三）。

同時，新鮮未風(fēng)化樣品中綠泥石等黏土礦物的存在，使題記和造像在干濕循環(huán)作用下，容易層狀、片狀剝落，極易粉化，不利于文物的長期保存。而其中方解石作為鈣質(zhì)膠結(jié)物，其膠結(jié)強度較弱，弱酸性降雨會加速其溶解：

正是因為鈣質(zhì)膠結(jié)物流失，長期發(fā)育導(dǎo)致微裂隙不斷擴大，致使巖石最終粉化剝落。同時龍多山石刻風(fēng)化層樣品中檢出硫酸鈣（石膏）和大量可溶鹽（表四、圖五）。

根據(jù)奧地利技術(shù)規(guī)范B3355-1重要歷史構(gòu)件及重要文物鹽含量評價指標(biāo)（Trockenlegung vonfeuchtem Mauerwerk-Teil 1:Bauwerksdianostik und Planungsgrundlagen）來看，所含可溶鹽類型主要為硫酸鹽，可溶鹽危害屬于嚴(yán)重程度。風(fēng)化層中大量硫酸鹽的檢出和大氣污染與酸性降雨有關(guān)。

結(jié)合文獻中重慶地區(qū)其他砂巖質(zhì)文物分化層巖礦組成的變化（表五），可以看出高濕地區(qū)砂巖普遍存在的表面酥堿粉化同水體侵蝕導(dǎo)致的膠結(jié)質(zhì)流失及水鹽運移破壞有著直接關(guān)系。

2.水體侵蝕導(dǎo)致的微生物富集

為了解生物侵蝕對龍多山摩崖石刻的影響，現(xiàn)場采集并觀察相關(guān)微生物樣本（圖六），經(jīng)顯微觀察鑒定，苔蘚類生物共發(fā)現(xiàn)四種，分別為褶葉小墻蘚［Weisiopsis anomala（Broth.et Par.）Broth.］、真蘚（Bryum argenteum Hedw.）、叢生真蘚（Bryum caespiticium Hedw.）、東亞小石蘚［Weisia exserta（Broth.）Chen］。

同時現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)生物風(fēng)化巖石表面有溶蝕作用產(chǎn)生的麻點狀溶蝕坑、溶蝕孔等（圖七），物理作用產(chǎn)生的微裂隙、層片剝落等，通過超景深顯微系統(tǒng)及掃描電鏡對生物風(fēng)化及新鮮巖石進行表面形貌觀察，發(fā)現(xiàn)有生物形成的網(wǎng)絡(luò)狀微構(gòu)造及瘤突等結(jié)構(gòu)（圖八）。從顯微剖面可看出，生物風(fēng)化引起的網(wǎng)絡(luò)狀微構(gòu)造深度達(dá)到1～1.5mm左右。在掃描電鏡下觀察，風(fēng)化樣品有不同程度的溶蝕，溶蝕孔形狀不規(guī)則，生物菌絲體深入到巖石內(nèi)部，采用能譜儀對石刻表面無地衣覆蓋區(qū)域向地衣覆蓋區(qū)域進行線掃描，結(jié)果可看出，Si、Al等元素含量明顯降低，同時，微生物酸性分泌物絡(luò)合分解石材中的金屬離子，巖石表面基質(zhì)發(fā)生機械破壞，形成裂隙、孔洞等微結(jié)構(gòu)，巖石結(jié)構(gòu)變得疏松，強度降低，進一步可導(dǎo)致巖石發(fā)生微破裂及脫離等（圖九、圖一〇）。

3.層片狀脫落

龍多山摩崖石刻，尤其朝陽面石刻表面普遍存在平行石刻巖面的層片狀剝離及空鼓現(xiàn)象。該類病害主要表現(xiàn)為在溫差作用及重力作用下呈層片狀剝落，剝落形態(tài)及層片厚度有差異性，剝落層從2～25mm不等，剝落嚴(yán)重部位伴隨較大程度空鼓，嚴(yán)重影響石刻穩(wěn)定性（圖一一）。該類病害的產(chǎn)生與夏季陽光直射和南方地區(qū)短時強降雨雙重作用導(dǎo)致的劇烈溫差，以及長期的水體侵蝕導(dǎo)致的膠結(jié)質(zhì)流失和微裂隙有著直接關(guān)系。

從現(xiàn)場調(diào)查、文獻檢索可知南方砂巖文物病害無論是表面粉化、表層剝離、空鼓及微生物侵蝕均與水體侵蝕有著直接關(guān)系。而既往現(xiàn)場保護研究過程中很難完成對表面水分分布尤其是表層不同深度水分分布或運移情況的探查工作。為此在本文研究過程中特別引入紅外熱成像和微波測濕儀器，以完成戶外砂巖多孔隙文物表面水分分布及內(nèi)層不同深度水分分布和運移規(guī)律的現(xiàn)場迅速探查，以期全面詮釋病害分布規(guī)律及誘發(fā)因子。

（一）紅外熱成像表面水分平面分布探測

既往調(diào)查中一般采用肉眼觀察評估石刻可見的裂隙、滲水點、分層等信息，但詳細(xì)程度較低。紅外熱成像是利用紅外輻射原理，將被測物體表面溫度分布情況轉(zhuǎn)化為直觀的熱像圖像，具有無接觸遠(yuǎn)程大面積檢測、無損傷、響應(yīng)快、高精度等優(yōu)點。這種方法適用于極端溫度，其溫度誤差可小至0.08℃。國外早在20世紀(jì)60年代就對紅外熱成像技術(shù)展開了廣泛的研究。同時，紅外熱成像技術(shù)不僅用于工業(yè)檢測與設(shè)備維護領(lǐng)域，在防火、夜視以及安防領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。M.R.Clark等學(xué)者介紹了紅外測溫技術(shù)在混凝土和砌體橋梁無損檢測中的應(yīng)用。而在文物保護領(lǐng)域中，M.R.Valluzzi等學(xué)者采用紅外熱成像等無損檢測技術(shù)對威尼斯已改造的歷史建筑進行了分析，并對維護狀態(tài)等進行評估；Gokhan Kilic利用雷達(dá)探測、紅外熱成像等無損分析技術(shù)分析了土耳其一座奧斯曼帝國歷史建筑，以無損檢測在多學(xué)科評估策略中發(fā)揮的作用展示其在該領(lǐng)域的價值；國內(nèi)方云、吳育華等學(xué)者也利用紅外熱成像技術(shù)對石質(zhì)文物滲水情況進行了探測應(yīng)用。

在龍多山石刻水分檢測過程中，我們首先采用紅外熱成像儀［日本NECInfra Red Camera R500 Pro型號，設(shè)備參數(shù)：可以測量-40～2000℃范圍內(nèi)的溫度變化；波長8～14μm；溫度分辨率0.03℃（環(huán)境溫度30℃）；精度為±1℃（環(huán)境溫度20～30℃），±2℃或±2（其他范圍）］，在上午環(huán)境溫度25℃時，對石刻表面滲水、生物損害等部位進行了紅外熱成像拍攝（圖一二）。

紅外熱成像分析拍攝時段為雨后上午，巖石處于升溫過程，從紅外熱成像觀察圖譜可以看出，龍多山題刻普遍存在雨水侵蝕現(xiàn)象，在雨水沖淋部位砂巖含水率普遍偏高，且低等生物生長繁密，導(dǎo)致該區(qū)域紅外熱成像呈現(xiàn)出藍(lán)色低溫區(qū)域。而在非雨水沖淋區(qū)域尤其是雨水沖淋區(qū)域周邊極易出現(xiàn)層片狀開裂與脫落，紅外熱成像圖像呈高溫紅色。紅外熱成像顯示出雨水流掛區(qū)域周邊的異常紅色，闡釋了砂巖題刻空鼓和層片狀脫落的產(chǎn)生與周邊環(huán)境溫度的波動有著直接關(guān)系，尤其是夏季高溫，受陽光直射的巖體，在重慶地區(qū)短時強降雨的影響下極易產(chǎn)生溫差，形成沿巖體表面的層片狀脫落與空鼓。同時，雨后面流水對石質(zhì)文物次生病害包括粉化、脫落及生物病害等的發(fā)生有很大影響。綜上可見，紅外熱成像技術(shù)對于巖石表面水體分布有著較好的探測作用。

（二）微波測濕儀多層面掃描檢測

紅外熱成像對巖石巖壁的滲水點及其面流分布具有較好的快速無損檢測效果，但由于紅外波無法深入滲透到砂巖中，紅外熱成像獲得的信息僅限于表面。而微波測濕是根據(jù)復(fù)介電常數(shù)的大小來確定樣品中含水量的高低，材料中的水分子在微波場作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)極化現(xiàn)象，從而消耗微波能量。這一方法具有快速、連續(xù)、非接觸、響應(yīng)快、可測范圍廣等優(yōu)點。可測量的水分范圍為0.001～90%。微波測濕法可以多層面完成不同高度不同深度的水體分布規(guī)律研究，多層面掃描，為病害機理及其分布規(guī)律提供直接數(shù)據(jù)支撐。在土木工程中，微波測濕無損檢測方法通常用于評價混凝土，確定結(jié)構(gòu)的劣化和異常，如H.Kääriäinen等學(xué)者采用微波測濕儀對建筑材料中的水分進行測量研究。在文物保護領(lǐng)域，也有相關(guān)應(yīng)用，如ScottAllanOrr等學(xué)者利用微波測濕與雷達(dá)技術(shù)在花崗巖墻體和砂巖塔上對比研究了石材砌體中的水分監(jiān)測，得出兩種方法在不同情況的適用性條件；戴仕炳等學(xué)者采用微波測濕、紅外熱成像等技術(shù)對澳門圣母雪地殿教堂進行了分析研究。

在龍多山石刻現(xiàn)場檢測過程中，我們采用微波測濕儀［Moist350B型號，設(shè)備參數(shù)：濕度測量范圍為0％<F<400％（干燥質(zhì)）、0%<F<80%（潮濕基底）。使用溫度范圍為0～55℃。探測精度為1～2％。配有不同探測深度的探頭2個，分別為表面探頭MOIST‐R1M（測量深度達(dá)3cm）及其探頭MOIST‐PM（測量深度30cm）］對龍多山摩崖石刻表面及其表層水分進行探測研究（圖一三）。在測試范圍內(nèi)，間隔20cm網(wǎng)狀布點探測，更換探頭測得不同深度水分?jǐn)?shù)據(jù)，采用電腦擬合出不同深度水分?jǐn)?shù)據(jù)等高線圖，直觀記錄不同深度水分含量分布情況，以期更好地分析水的遷移等因素對其粉化剝落等表層病害的影響并為后期治理提供指導(dǎo)與借鑒。由微波測濕結(jié)果可看出，微波測濕可以得到由高到低平行巖面的水分分布等高線圖，同時可以得到不同深度切面的水分分布圖。T1石刻中，可見石刻上部滲水位置濕度較大。T30、T57及千佛龕石刻造像中，可看出存在毛細(xì)水上升影響，低處濕度較大。同時，整體來看，石刻表面面流水部位濕度均大于崖體內(nèi)部，說明龍多山題刻的水害主要來源于大氣降雨及表面水。同一深度下，濕度較大的區(qū)域向相對干燥的區(qū)域進行水的運輸，不同深度下，水分分布不均，表現(xiàn)為內(nèi)外雙向輸送。同時，龍多山摩崖石刻所處區(qū)域潮濕多雨，下雨后，巖體表面濕度明顯增大，濕度越大，越易引起水鹽運移。伴隨溫度、鹽離子、微生物等多種因素，石質(zhì)文物將會產(chǎn)生復(fù)合病害。通過現(xiàn)場觀測，這些表面酥堿、微生物富集及層片狀脫落位置含水量或內(nèi)外水分含量變化均高于未風(fēng)化部位。

南方高濕地區(qū)砂巖多孔隙材質(zhì)文物風(fēng)化病害產(chǎn)生的原因與其材質(zhì)特征和保存環(huán)境有著直接關(guān)系，主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）砂巖材質(zhì)中的鈣質(zhì)膠結(jié)和軟弱泥質(zhì)夾雜在水體侵蝕的作用下，尤其是降雨和巖面滲流的作用下，發(fā)生流失，導(dǎo)致表面粉化現(xiàn)象發(fā)生。不同位置礦物組成及構(gòu)造特征具有差異性，風(fēng)化產(chǎn)物中石英、方解石增加，長石及黏土礦物減少，新生成石膏。而水解溶蝕加上大氣污染加劇了表面可溶鹽循環(huán)結(jié)晶和表面鹽析現(xiàn)象。

（2）降雨及高溫導(dǎo)致生物侵蝕現(xiàn)象普遍存在。南方高濕環(huán)境下砂巖石刻表面多存在生物侵蝕，有地衣、苔蘚等覆蓋的巖石Si、Al元素含量明顯降低，形成不規(guī)則溶蝕孔，生物菌絲體深入到巖石內(nèi)部，進一步導(dǎo)致巖石發(fā)生開裂、剝落等。而微生物侵蝕部位，紅外及微波測濕均顯示出表面高濕現(xiàn)象，說明生物侵蝕的存在與漂雨尤其是面流水有著直接關(guān)系。

（3）溫濕度波動和短時強降雨易誘發(fā)表面層片狀剝落現(xiàn)象的發(fā)生。魚鱗狀起翹和沿著非節(jié)理方向表層片狀脫落與溫差和雨水直接沖淋有著直接關(guān)系。微波測濕結(jié)果顯示存在粉化的表層濕度明顯高于內(nèi)層，濕度分布與降雨或表面面流有著直接關(guān)系。可以說水體侵蝕是誘發(fā)南方砂巖石質(zhì)文物病害的核心因素。

綜合視覺、微波測濕及紅外熱成像無損原位檢測幾種方式，可以完成不同層面的面掃描水體分布規(guī)律研究，支撐病害分布規(guī)律及病害機理的深層次研究，繼而為全面了解砂巖文物的現(xiàn)狀以及保護方法研究提供更為精確的指導(dǎo)。在水分探測方面，紅外熱成像非常容易獲取二維平面水分分布圖像，尤其是在升溫過程中可以快速無損完成石刻巖壁滲漏出水點及其面流分布規(guī)律的快速探測工作。而對于不同高度與不同深度的石刻表層水分分布及其運移規(guī)律探測，可以借助微波測濕設(shè)備獲取更為可信的數(shù)據(jù)信息。

戶外大型石質(zhì)文物表面酥粉、剝落、生物病害等的發(fā)生與水分分布有直接關(guān)系，多發(fā)生在水體集中區(qū)域，尤其與漂雨及面流相關(guān)。戶外大型石質(zhì)文物水分含量及分布規(guī)律探測非常重要

紅外熱成像儀及微波測濕儀均能反映一定的砂巖含水量信息，將微波測濕與紅外熱成像無損原位結(jié)合分析可以有效探測砂巖文物表面及深處水體分布、滲水部位、滲水來源及水分活動規(guī)律等情況。

紅外熱成像可探測石質(zhì)文物表面溫度分布情況，應(yīng)注意探測時需在適宜的天氣情況下進行，以確保探測數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。微波測濕分析可多層面完成不同高度不同深度的水體分布規(guī)律研究。

紅外熱成像及微波測濕原位檢測技術(shù)用于探測砂巖文物的水分、隱藏裂隙、滲水點等狀況較傳統(tǒng)肉眼觀察更有優(yōu)勢，同時具有快速、準(zhǔn)確、無損、無接觸等優(yōu)點，即時反饋的信息為實時決策提供依據(jù)，值得在砂巖文物勘察中推廣。