吴官屯石窟A区病害调查及保护研究

闫宏彬，富中华，康敬亭

（1.云冈石窟研究院，山西 大同 037000；2.山西大同大学物电学院，山西 大同 037009）

一、吴官屯石窟简介

吴官屯石窟位于山西省大同市吴官屯村西，东距离举世闻名的云冈石窟仅4公里，属于市级文物保护单位。该石窟的窟龛形制、造像组合、题材及风格与云冈石窟相近，较为典型的龛形是北魏较普遍的圆拱形和盝形，可能是由下层官僚和平民开凿。[1](P70)吴官屯石窟也因此被称作云冈石窟的“姊妹窟”。

吴官屯石窟坐北朝南，东西长约200m。现存窟龛32个，多为小型窟龛。整个石窟依山而建，最高的石窟距离地面约达8m，距离地面最低的石窟只有30多cm，几乎每个窟龛内都有不同规格造型的佛教造像，总计三四百余，最高的佛像大约有1m多高，最低的佛像仅仅有3cm，造像人物包含佛、菩萨、弟子、护法等，在一些石龛上，还刻有飞天造像。

吴官屯石窟历经千余年的风雨侵蚀，风化现象十分严重，大多佛像几乎看不见本来面目，只剩下大体轮廓。除了自然病害之外，也存在人为破坏，当地人为了保护佛像，用水泥和胶泥将佛像重塑，导致了文物的进一步破坏。1996年，吴官屯石窟被公布为首批市级文物保护单位。2009年以来，109国道的建成及通车，使吴官屯石窟的破坏情况进一步加剧，在国道修建的过程中，忽视了文物保护的重要性，使吴官屯石窟离距离国道不足两米；地面增高数米，其中，A区的窟1、窟2几近被地基掩埋。2010年之前，109国道是晋煤外运的主干道，过往车辆产生的煤灰、粉尘对石窟造成极其严重的破坏。2011年8月中旬，云冈石窟研究院开始正式接管并保护吴官屯石窟，改善了吴官屯石窟周边地区脏乱差的环境状况，推倒了影响石窟整体面貌的砖墙，为石窟遗址换上了铁艺围栏，之后又派出文物保护人员对吴官屯石窟进行看护。但是，要从根本上解决吴官屯石窟的保护问题，必须对其进行系统的调查和深入的研究。

二、吴官屯石窟A区病害调查

2017年4月，云冈石窟研究院与山西大同大学的相关人员组成联合调查小组，对吴官屯石窟的病害情况进行了调查。为了行文方便，将吴官屯石窟分为自东向西的A、B、C、D、E、F六个区域，其中，A区保存最为完整，此次病害调查针地A区展开。A区总长7m，高1.92m，是整个吴官屯石窟保存最为完好的一部分，该区域的佛教造像数量大，规格完整，具有重要的历史文化研究价值。A区域又可划分为窟1、窟2、龛1、龛2、龛3、龛4、龛5共七个部分。

图2.1 A区立面图

（一）窟1病害 窟1为方形石窟，长为95cm，高为115cm，进深为116cm，洞窟内佛造像已无存，残留若干现代瓷质造像及其它杂物。主要病害有表面污染、泛盐、风化及裂隙。洞窟正面被大量煤灰覆盖，污染面积约1.3m2，约占洞窟面积的10%。表面泛盐位于洞窟正面左上方，面积约0.6m2，约占洞窟总面积的4%。洞窟左右两侧各有一条裂隙，左侧中部的裂隙病害较为严重，最窄处约为0.2cm，最宽处约为3cm，长度约156cm。洞窟右侧右上部位的裂隙相对较轻，均宽为0.3cm，长度为37cm。

（二）窟2病害 从正面看，窟2上部分为梯形，下部分为方形，上窄下宽，上部分为露出地面的部分，进深相同。上宽为146cm，下宽为167cm，整体高为132cm，露出地面的部分高为34cm，进深为48cm。窟2现存佛造像12尊，分为上下两部分，下部有两个主佛像壁龛，分别位于洞窟正面和洞窟左侧，洞窟正面主龛有两个副龛，洞窟左侧有1个副龛，共5尊佛像，上部分为佛家弟子造像，共计7尊小佛像，洞窟右侧无造像。

窟2主要病害有大气及粉尘污染、人为刻画及修补、表面泛盐、残缺、风化及裂隙。窟2的大气及粉尘污染的程度最为严重，面积约2.1m2，占整个洞窟面积的30%。表面泛盐主要位于洞窟左侧，是由于该洞窟左侧裂隙密布，在石窟内部形成贯通的渗水系统，洞窟顶部的雨水携带可溶盐通过渗水网进入洞窟内部，在洞窟表面形成盐渍，盐渍主要分布在裂隙附近，表面泛盐的面积约为1.2m2，约占该洞窟总面积的25%。不当修补位于洞窟的右侧的中间部位，与原洞窟形成鲜明的对比，是后人为保护洞窟，进行不规范的操作所形成的的，病害较为严重，不当修补的形状相当于矩形，长约为60cm，宽约为15cm，面积约为0.09m2。层间裂隙位于洞窟左侧和洞窟正面的中间部位，有上下两条，两条裂隙的成因相似，都是由于自然风化，加之雨水溶蚀，石材沿着自身的文理发育，形成较浅的裂隙，这两条裂隙的宽度都在0.2厘米左右，长度约220cm。构造裂隙位于洞窟左侧中右部位，是由于石材结构不稳定，而引起的变形，裂隙的上部分较深，深入石材内部，宽度较大，宽约2cm，下半部分较浅，宽度较小，宽约1cm，整条裂隙长约为140cm。

（三）龛1病害 龛1为小型的矩形佛龛，宽为85cm，长为103cm，整个佛龛分为三个部分，主佛像龛，副佛像龛，弟子龛。主佛像龛宽为39cm，长为43cm，内有一尊佛像，在佛像两边有两个大小相等的副佛像龛，副佛像龛宽为20cm，长为32cm。每个佛龛各有一尊佛像，在龛1的顶部有一处弟子龛，内有9名弟子像。主佛像龛中的佛像除了头部缺失外，其余地方相对保存较好，佛像的衣服纹饰仍清晰可见，但在佛像的合手处有一处残缺。副佛像龛中的佛像同样缺失头部，但两尊佛像的的形体姿态仍可看出。弟子龛的多名弟子仅剩9尊，其余多处弟子像由于自然风化的原因，基本辨别不出来。

龛1的病害主要在于自然风化，其中佛龛的上部与下部最为严重。佛龛的下半部分附着厚厚的煤灰，属于大气及粉尘污染。龛1共有三条层间裂隙，弟子龛上下各有一条，副佛像龛与主佛像龛下部横穿一条裂隙。龛1表面泛盐不明显，该病害位于弟子龛右侧。主佛像龛的头部缺失严重，是在人为破坏的基础上，再风化所形成的。大气及粉尘污染主要在龛1的下半部位，尤其在主佛像龛的佛像的基座处，煤灰层最厚，大气及粉尘污染的病害面积约0.25m2。第一条层间裂隙位于弟子龛上部，与地面几乎平行，裂隙的宽度约为0.2cm，裂隙的长度约为90cm，第二条层间裂隙位于弟子龛的下部，相切于主佛像龛的顶部，裂隙的宽度约为0.5cm，裂隙的长度约为120cm，第三条层间裂隙位于两个副佛像龛的下部，主佛像龛的中部，裂隙较长，宽度较浅，走势不明显，该条裂隙的宽度为0.2cm，长度约为150cm，其中第一条与第二条裂隙是由于石质本身的构造发生改变造成的，第三条是由于自然风化，风和雨沿着石材的纹路所侵蚀成的裂隙。表面泛盐位于弟子龛的右侧，分布范围较小，表面覆盖层较浅，便面泛盐的面积约0.05m2。

图2.2 龛1正面

（四）龛2病害 龛2为小型矩形佛龛，宽为87cm，长为124cm，整个佛龛分为8个部分，一个主佛像龛，六个副佛像龛，一个弟子龛，主佛像龛的宽为41cm，长为62.5cm。主佛像龛有一尊佛像，左上龛有一尊佛像，剩下的副龛都是两尊佛像，弟子龛共有12名弟子像。主佛像龛的佛像大部分已经残缺，只剩下佛像的外型轮廓，左上副龛缺少一尊佛像，左中、左下，右中、右下的副龛保存完好，弟子龛上半部分还能看清楚，下半部分已经消失。

龛2的病害主要有大气及粉尘污染、局部缺失、构造裂隙、表面泛盐、表面粉化剥落。大气及粉尘污染位于主佛像龛的下部，病害面积约0.04m2。局部缺失位于主佛像龛的佛像身上，病害面积约0.06m2。构造裂隙位于整个佛龛的下部，宽度约为0.5cm，长度约80cm。表面泛盐位置分散，病害程度较轻，面积约0.01m2。表面粉化剥落位于左上副龛与弟子龛左侧，面积约0.02m2。

图2.3 龛2正面

（五）龛3病害 龛3分为左右两部分，全长1.58m，高0.48m，总面积约为0.76m2。龛3内有六个较为完整的小龛，龛内各有一坐佛。其中左一龛和左二龛的龛楣均雕有供养人像。左二龛可见尖拱龛楣。造像风化较为严重，只留下模糊的身躯轮廓。该龛整体保存状况不佳，风化很严重，大面积分布着严重的大气及粉尘污染与盐害，还有着明显的人为破坏痕迹。该龛的主要病害类型有：大气及粉尘污染、表面泛盐、层间裂隙、浅表性裂隙、表面片状剥落、人为污染、局部缺失。层间裂隙主要集中于龛3右半部，调查共发现三处，总长度约为100cm。典型的一处病害位于龛3右上方，为一条长约40cm的层间裂隙。该裂隙沿着岩石肌理发育，病害程度一般。

图2.4 龛3层间裂隙

大气及粉尘污染附着于龛3内石质造像表面的大部分区域，覆盖面积较广，病害程度较严重，总面积约为0.55m2。人为污染。该病害主要位于龛3中部，为一红色油漆书写的“佛”字，总面积大约为0.04m2。表面泛盐。该病害在龛3区域内伴生于大气及粉尘污染病害，并且分布广泛，病害程度较为严重，应当及时进行处理。总面积约为0.33m2。

（六）龛 4病害 龛 4长 1.35m，高 1.38m，总面积约为1.45m2。龛4分为左右两部分，右半部分长 0.53m，高 0.6m，左半部分长 0.82m，高 1.38m。两龛因同在一龛楣下而被划分为同一个龛。左龛可见上下重龛，其上层龛龛顶略作圆拱形，内雕一交脚弥勒菩萨像，左手下垂置于体侧，右手上举，体态依稀可见。下层龛形制为近方形，上有尖拱门楣，龛内雕刻释迦多宝二佛并坐像。上下两层龛楣均雕供养人群像，具体数目已不清晰。左龛的左右两侧各凿出对称的三层小龛，小龛中均雕二立人或二立菩萨像。右半部分共有四小龛，龛内各有一座坐佛像。龛4内全部造像的面部、四肢均风化比较严重，模糊不清，只留下身躯轮廓。该龛整体结构保存完整，但风化较为严重，有较为明显的表面泛盐病害。龛中部上方接近龛楣的位置有大面积局部缺失，并伴有大面积的大气及粉尘污染。除此之外整个龛还有严重的粉尘污染，分布范围较广。该龛的主要病害类型有：大气及粉尘污染、表面泛盐、层间裂隙、表面片状剥落、断裂、鳞片状风化剥落、局部缺失。层间裂隙在龛4有两处，总长度约为83cm，病害程度较为严重，但石质文物整体结构较为稳定。局部缺失主要分布在龛4中部龛楣下方，面积较大，病害程度严重，并伴有大面积的大气及粉尘污染。总面积约为0.058m2。

表面片状剥落在龛4内多处发生，主要集中在龛4左半部分下层龛中两对坐造像的底部，可见有较大面积的岩石表面片状剥落，病害程度一般，总面积大约为 0.053m2。

图2.5 龛4表面片状剥落

大气及粉尘污染附着于龛4石质造像表面大部分区域，尤其是石质文物局部缺失的部分，病害程度较严重，总面积约为0.73m2。建议及时进行表面清洗。断裂。龛4左半部分中上层龛的顶部有一条明显的断裂，大约8cm长，病害程度严重，应当及时修补。

（七）龛 5病害 龛 5长 0.94m，高 1.33m，总面积约为1.5m2。龛5中央主龛内雕一坐佛，其左手下垂置于体侧，右手部位缺失。主龛龛顶略圆，龛饰为宝帐式。龛楣分为上下两层，上层雕供养人群像，数量不甚清晰；下层雕过去七佛，造像数量依稀可见。主龛左右两侧凿出互为对称的三层小龛，小龛中各雕一立人或菩萨像。龛5其造像风化程度较为严重，除龛中央主佛像之外，其余石质文物造像均只留下模糊的身躯轮廓。

该龛整体结构保存较为完整，但风化严重，有较为明显的表面泛盐病害。其左半部为明显的水泥人工修补痕迹。该龛的主要病害类型有：表面泛盐、人工修补、局部缺失、表面片状剥落。人工修补集中分布于主龛内造像之上，有4处明显的人工开凿圆形坑，形状大小类似，共5个，总面积约为0.005m2。水泥修补。龛 5左侧被水泥抹平大约 4.5cm宽的一条，剩余露出部分也被部分水泥痕迹污染。病害总面积约为0.2m2。

图2.6 龛5人工修补

图2.7 龛5水泥修补

表面片状剥落主要分布在龛5中主像下方，尤其是主龛造像底部，病害程度较为严重。总面积约为0.13m2。表面泛盐。该病害严重程度一般，主要分布于龛5中央的顶部区域，总面积大约为0.08m2。局部缺失主要集中分布于主龛的造像之上，造像的头部、左手部有明显的缺失，病害程度一般。总面积约为0.05m2。大气及粉尘污染。该病害主要集中分布于主龛的造像及其周围，以及龛右半部分的三层小龛处。病害程度一般。总面积约为0.5m2。

三、吴官屯石窟A区病害成因分析及保护方法探讨

（一）病害成因分析

1.煤尘污染

运煤车辆带来的扬尘和煤灰污染是导致吴官屯石窟大气及粉尘污染病害的直接原因。大同干燥且常年多风，又是一个以煤矿产业为主的工业城市，运煤车辆及吴官屯地区的风沙引发的扬尘尾气、煤灰以及石窟附近范围内的民用燃煤与工矿企业的存在，都是吴官屯石窟周边自然环境恶化的因素。需要强调的是，吴官屯石窟距离109国道仅十几米，石窟内的佛龛石雕与轰然飞驰的运煤车辆仅仅隔着一道无法起到保护作用的铁栏杆，汽车扬尘、尾气及粉尘污染严重，往来载重数十吨的重型运煤车辆使石窟处于不间歇的震动之中，加速了吴官屯窟内石质文物的老化速度。

2.风沙侵蚀

风沙侵蚀对吴官屯石窟内石质文物的破坏作用也不容小觑。大同地区风沙较大，吴官屯石窟直面109国道，洞窟和石雕造像没有屏障和遮挡，其所受到的风力大且直接。此外，吴官屯石窟周边环境绿化面积小，又有来往运煤车辆产生的扬尘尾气及煤灰，导致吴官屯石窟的洞窟与石雕被风携带的石质颗粒和尘垢不断吹蚀、磨蚀，造成石雕造像表层的磨损与石质成分的损失，最终使得石质文物严重风化，窟龛之内的造像模糊不清，失去了许多重要的历史信息。

3.太阳辐射和空气污染

太阳辐射和空气污染也是造成吴官屯石窟内多种病害的原因。大同市属大陆性季风气候，且纬度较高，日照强烈。白天在太阳曝晒下，石质文物表里层产生了温度差异，其温差应力一旦超过岩石本身的抗拉强度，就会给石质文物带来不可逆的破坏。大同常年强烈的太阳辐射尤其是紫外线辐射，是导致岩石矿物粘结能力降低的罪魁祸首。岩石的粘接能力降低，风化作用也就乘虚而入。此外，吴官屯石窟面临一条公路，来往的重型车辆排放的尾气中含有大量的有害物质，尤其是二氧化碳、二氧化硫。遇到下雨的时候，这些污染物在雨水的共同作用下，会和石窟内的石质文物产生酸化、氧化还原等化学反应。在这一系列化学反应的作用下，岩石中的胶结物和碳酸钙逐渐溶蚀，岩石强度降低，造成吴官屯石窟石质文物的表面形成了严重的风化解体病害。

（二）保护方法探讨 吴官屯石窟规模较小且分布集中，这有利于对其实施集中的管理与保护。保护措施的实施也需要全面地、多方位地考虑病害的成因，可以采取多种保护技术相结合的保护修复方法，做到因地制宜、有针对性的保护。

1.修建保护性建筑

日晒、风吹、雨淋及粉尘和大气污染是导致石岩风化的主要因素，根据吴官屯石窟的特点，首先选择修建窟檐或棚罩。保护性窟檐既能有效阻止日晒引起的石质文物表面温度剧烈变化，减缓石质文物表面的风化、剥蚀，又能减少恶劣的天气因素对石窟的直接破坏。[2]大同地区的小石窟多有窟檐搭建的先例，保护效果较好。在修筑窟檐时，要注意把握窟檐的构造形式、体量、与石窟的关系，尽量做到不破坏文物本身所表现的历史面貌和所表达的历史信息，避免对石窟岩体本身造成干预，把保证石窟安全放在第一位。此外，修筑简易棚罩也可以对吴官屯石窟石质文物起到同样的保护效果，这样一来改变了石窟的向阳背阳情况，并且能够有效减少吴官屯石窟受到的汽车尾气扬尘及粉尘的污染。

2.灌浆加固

灌浆加固技术是采用液压、气压的方式将凝固的液体注入岩体裂隙或孔隙中的一种加固技术，能够改善吴官屯石窟的物理力学性质，有效地加固石窟岩体。在加固过程中要注意浆液的渗透能力，浆液的稳定性、结石率、浆液的含水量、容许灌浆压力。综合考虑可以采用PS浆材。PS浆材固化后结石的强度、性能与需要加固部分的岩体可以比较接近；PS溶液对裂隙两侧的风化层具有渗透加固作用，保证浆材的结石体与裂隙岩体密实性、牢固性和整体性，加固性优越；取材广泛，成本低，灌浆工艺简单，易于操作。[3]

3.表面清洗

吴官屯石窟长期暴露于外，受到煤尘、雨水、微生物、低等生物的侵损腐蚀，表面生成了大片黄黑色的污斑，还有人为污染（烟熏）、水泥、苔藓等表面污垢的沉积病害对石材的寿命造成了极大的威胁，只有经过清洗，才能使其呈现出本来面目，使其价值得以再现。清理石材表面时，先用毛刷或竹签等机械物直接去除文物表面附着的植物、菌类、灰层等，再用溶剂进行清洗。常见的清洗方法水清洗、机械清洗、热清洗和化学清洗，针对吴官屯石窟较大面积的、陈旧性的煤尘污染，建议采有激光清洗技术，该项技术曾于2011在云冈石窟进行现场实验，取得了较好的效果，尤其对灰尘沉积类污染具有较强的去除力。[4](P126-127)

四、结论

吴官屯石窟A区调查总面积为13.74 m2，病害总面积为8.706m2，超过63%的区域存在明显的病害。病害种类主要有大气及粉尘污染、表面泛盐、层间裂隙、浅表性裂隙、表面片状剥落、人为污染、局部缺失、人工修补、断裂、烟熏、表面粉剥落等。其中，大气及粉尘污染病害所占比重最大，占62%，程度十分严重。风化病害所占比重达32%（其中，表面泛盐26%、剥落6%），裂隙占3%，病害总长度达11.87m，纵横交错，有个别裂隙不仅威胁到洞窟的稳定性，而且裂隙渗水将会诱发诸多病害。人工修补及其它病害占3%。

该石窟紧临109国道，且常期暴露于外，几乎没有保护措施。过往车辆尤其是运煤车所造成的扬尘、尾气，以及震动，是主要的致病因素。此外，风沙侵蚀及强烈的太阳辐射导致岩石矿物粘结能力降低，再加上雨水冲刷，导致石质文物产生酸化、氧化还原等化学反应，岩石中的胶结物和碳酸钙逐渐溶蚀，岩石强度降低，最终造成石质文物风化解体。

针对病害比例较大的大气及粉尘污染、风化及裂隙等三类病害，建议采取以下保护措施。首先，修建窟檐或棚罩，以减少日晒、风吹、雨淋及粉尘和大气污染等主要导致石岩风化因素的产生。其次，采用灌浆加固技术，改善吴官屯石窟的物理力学性质，有效地加固石窟岩体。最后，采有激光清洗技术，去除石窟表面的煤尘沉积、结晶盐、黑色硬壳及其它污渍。