宜昌市三游洞摩崖石刻地质环境调查与评估

李 青

（宜昌市三游洞管理处，湖北 宜昌 443000）

三游洞摩崖石刻距离湖北省宜昌市大约10 km，为历代先民镌刻于西陵山北峰峭壁自然巨大山洞及其周边岩体之上摩崖题刻类古文化遗存，具有极高的历史、文化及其艺术价值，2006年5月25日，三游洞摩崖就列入了第六批全国重点文物保护单位。三游洞及其周边岩体保存的碑刻题记是三峡地区至今为止保存数量最多，历史跨度最大（北宋至民国）的摩崖石刻，该地区是研究唐宋在历史上的政治、经济、文化地位很重要的资料。它的内容对反映唐宋以来曾游访三游洞的历史人物、该地区的自然景观和人文景观的历史沿革，具有重要的历史价值[1]。其中只题刻的作者就包括唐宋以来很多著名的文学家、书法家，题刻的字体风格也包含了多种不同的书法形式，具有较高的艺术和文学研究价值。

但由于题刻依存的山体属于岩溶地貌，其材质组成主要为石灰岩基地，而石灰岩在地表径流的作用下，极易发生溶蚀、水流溶蚀作用，加之摩崖题刻自身结构的影响：在重力、沿边裂隙的作用下，多处发生崩落、坍陷等现象[2]。而题刻区域存在影响石刻及其遗存长期稳定存在的危岩裂隙、表面风化等病害的产生、发展及其变化与其保存环境尤其是地质环境有着直接的关系，为了更好地认知摩崖题刻病害的机理、发展规律及其治理关键因子，对三游洞保存环境、工程地质条件、地质环境展开详细的勘查与评估，是三游洞摩崖题刻综合保护与合理利用的前提与基础，这也是本为展开相关研究与评估的核心目的。

1 三游洞自然环境特征

1.1 气候特征

三游洞位于宜昌市，属于亚热带大陆季风气候。年平均气温16.8℃，四季分明，冬季一月份最冷，平均气温4.7℃，极端最低气温-9.8℃；夏季7月份最热，平均气温28.3℃，极端最高气温43.9℃。降水丰沛，多年平均降水深1 213.6 mm，年最低降水深643.9 mm；多年平均蒸发量1 271.3 mm，潮湿系数0.91，为湿度适中带。

1.2 水文特征

由于三游洞三面环水，背靠长江三峡的西陵峡口，面对下牢溪。而长江流域属亚热带季风气候区，西南季风和东南季风均可进入，为暴雨的形成提供了有利条件。长江降雨量丰沛，多年平均降雨量1 057 mm，在正常年份，长江流域的雨带从三四月起，自东南向西北移动，中下游的雨季早于上游，江南早于江北。降雨量分布由东南向西北递减，中下游降雨多于上游。长江是雨洪河流，洪水变化规律与暴雨大体相应，其入汛时间中下游早于上游，一般年份，鄱阳湖水系和洞庭湖湘江4—6月为主汛期，洞庭湖的资、沅、澧水则为5—7月，上游各支流7—9月，如遇有秋汛，10月份也会发生大洪水。长江干流各控制站年最高水位和最大流量出现时间一般在6—9月，而以7—8月为最多。长江的年径流量为8 890亿m3，其中上游来量占47%，洞庭湖占21%，鄱阳湖占17%。长江的大暴雨洪水可分为全流域性和局部区域性两种类型；前一种降雨范围广，历史长，上下游雨季重迭，且雨区移动方向大致与干流流向一致，干支流洪水发生严重遭遇，如1954年和1998年；后一种是干流某些河段和若干支流发生大强度大面积的暴雨所造成，如中游的1935年、1996年，上游的1981年，汉江的1983年等。

宜昌市地下水主要类型为上层滞水和孔隙潜水。上层滞水补给来源为大气降水和地下水管漏水，一般水量较贫乏，但受降水量与周边下水道的渗水量的变化影响很大。孔隙潜水与长江有密切的水力联系，其水位受长江水位的控制，具稳定连续的潜水面，并与长江水位基本一致，含水层厚度大，水量丰富，在洪峰期间具承压性[3]。

景区的基岩地下水主要为基岩岩溶裂隙潜水、基岩层间岩溶裂隙潜水，赋存于各种构造裂隙、岩溶空洞中，主要受大气降水和地表水的补给，埋藏浅，有的可见悬挂水，动态变化大，空间分布不均。灰岩不同程度发育有溶洞、溶缝、溶孔，规模与层厚、部位及构造有关。

1.3 地貌特征

景区地貌为岩溶地貌，是灰岩经受水流溶蚀、侵蚀以及岩体重力崩落、坍陷等作用过程，形成地表和地下各种侵蚀和堆积物体形态[4]。主要变现成为：

(1)石柱或石笋，主要为地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），使原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋（图1）。

图1 石柱地貌

(2)落水洞，主要为地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，超过100 m深后形成。

(3)溶洞，由于落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动而形成。溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步扩大。三游洞的主洞即为地下水长期溶蚀而形成的溶洞。

2 三游洞地质勘查结果

2.1 地层分布特征及岩石岩性特征

三游洞出露地层主要为寒武系上统（€2sn）灰色、深灰色中厚—巨厚层白云质灰岩，白云岩及灰岩。顶部含燧石结核，中部夹少量薄层页岩（图2）。由于地下水的不断溶蚀，岩层露头面积较大。岩层面较缓，产状为145°∠5°。受地下水的溶蚀严重，而且裂隙宽度和长度较大，较发育，部分裂隙有黏土、碎石充填（图3），见表1。裂隙走向玫瑰花图见图4。裂隙的切割导致岩体剥落，崩塌，在景区多处可见。

灰岩：灰、灰白、灰黑色，主要矿物为白云石、黏土矿物和碎屑矿物。白云石含量达25%～50%。岩石结构为碎屑和晶体结构。块状构造。抗风化能力较弱，含水透水性差。具软硬相间特征，力学强度不均一，受构造变动较为强烈，在构造和卸荷裂隙的共同作用下，易沿软弱夹层、结构面产生崩塌、滑移、岩溶塌陷等工程地质问题。

表1 三游洞岩体主要裂隙勘察统计表

图2 灰岩

图3 裂隙发育

图4 裂隙走向玫瑰花图统计

2.2 地质构造特征

宜昌市位于鄂中褶断区的黄陵断穹与江汉断陷的过渡带（黄陵断穹核部南东25 km，远安大断裂南西45 km处）。受黄陵断穹和远安大断裂的影响，区内一系列褶皱和断裂均向黄陵断穹倒转、逆冲或环绕，而沉积的白垩系红层逾近远安大断裂，厚度渐厚。

宜昌地区在区域地质构造上，处于扬子准地台、上扬子台坪鄂中褶断区的西部、黄陵断穹东面。区域性断裂构造主要有：香溪镇南—五峰渔洋关以南逾10 km的北北西走向的仙女山断裂（带）、秭归九畹溪—龙马溪的近南北走向的九湾溪断裂、宜都红花套—秭归天阳坪的北西西走向的天阳坪断裂、黄陵断穹北部的北西—北西西走向的雾渡河断裂，以及秭归龙会观—保康县城北西面的 北北东—东向的新华断裂等（图5）。

图5 宜昌市构造体系图（来源：作者根据相关资料绘制）

2.3 三游洞地震活动评估

位于西北面的新华断裂、南面的仙女山断裂和九湾溪断裂、南东面的天阳坪断裂以及北东面的雾渡河断裂，在挽近期都有过不同程度的活动。这些活动性断裂的长度由30～120 km不等。垂直滑动速度为0.05～0.11 mm/α；它们在挽近期的构造活动，无论是其强度或升降幅度，均具继承性的特点。第四纪以来，在鄂西山区范围，主要表现为间歇性、不均匀性和强烈上升的“掀斜性”（西部快，东部慢）与部分断裂的再活动。区内地震活动较活跃，但以弱震为主。自1959年在三峡和宜昌地区范围建立地震台网观测以来，经仪器记录到的最大震级为5.1级（1979年5月22日秭归龙会观地震，与新华断裂活动有关）。震源深度8～16 km，震中烈度V～Ⅶ度，历史上在宜昌地区境内，未发生过6级以上的破坏性地震。强震分别出现于鄂西南咸丰县的大路坝（1856年6月10日，6.5级，震中烈度Ⅷ度，并伴随严重的山崩、地陷等灾害）、河南南阳地震（公元46年）、陕西安康地震（公元788年）及湖南常德大地震（公元1631年）。后三者的震级均在6.5级以上，震中烈度均为Ⅶ度。以上这些破坏性大地震与工程区平均距离200 km以上。

综上所述，景区所处地段发生6级以上破坏性地震的可能性较小。

3 三游洞地质环境及地质灾害分析

3.1 周边的地质环境和地质灾害分析

3.1.1 主洞

三游洞的主洞位于陡壁之上，洞室开阔，洞宽约20 m，高10余 m，深约20 m（图6），为地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀而形成的溶洞，洞中横排3根钟乳石柱，为原先成层分布的石灰岩被溶洞分开而成。立面图和剖面图见图7、图8。岩质边坡坡度较陡，接近垂直，岩层产状145°∠5°。上覆石灰岩体厚13 m左右，顶上有约3 m的覆盖层，灌木丛生。现溶洞发育已进入晚期，仅洞内有少量的水溶蚀。洞内所形成的3根钟乳石柱对洞体的稳定起到了很好的作用。主洞整体基本稳定。

主洞右侧可见一危岩体（图9）。该危岩体被一条长约0.5 m的裂隙切割而成，并且上面的植被已见松动，随着重力的作用和地表水的持续冲刷，发生剥落和垮塌的可能性较大，需及时进行加固处理。

主洞左侧可见一岩腔体（图10），正对人行通道上方，为人工开挖而成。该危岩体裂隙发育，被岩层面和裂隙切割为多个孤立的块体，有较大的临空面，由于上覆岩体有十几米厚，重力大，崩塌的可能性较大，并且下方即为游客通道，危险性大，必须及时进行支撑处理。

图6 主洞全貌

图7 主洞立面图

图8 主洞剖面图

图9 主洞右侧危岩体

图10 主洞左侧岩腔体

3.1.2 “鬲凡”壁刻

“鬲凡”壁刻位于主洞右侧，为清人陆维的隶书壁刻（图11）。该处裂隙发育。可见4组大的裂隙。但所切割的块体较大较完整，未脱离岩体主体，整体稳定性较好。

3.1.3 张飞擂鼓台

图11 “鬲凡”壁刻

张飞擂鼓台位于三游洞的西陵山顶，面临大江处，为一柱形石峰（图12）。立面图、剖面图见图13、图14。擂鼓台左侧下方为一凹形岩质边坡（图15），边坡坡度60°～80°，坡体树木茂盛，并有大的块石堆积，为上部岩体垮塌堆积，游客通道处有一排石碑雕刻。由于坡体植被茂盛，覆盖率较高，对坡体起到很好的固着作用，发生大的地质灾害的可能较低。

图12 张飞擂鼓台

图13 张飞擂鼓台立面图

图14 张飞擂鼓台剖面图

图15 张飞擂鼓台下方边坡

擂鼓台正下方岩体破碎严重，可见较大的3组裂隙，分别为290°∠69°，250°∠85°，225°∠73°，而且大部分岩体被裂隙切割，并已脱体岩体主体，发生过崩塌，三游洞管理处已对其用柱进行支撑处理（图16）。但仍有一些大的块体已悬空，有很大的下落空间，而且有些破碎的小块体随时有剥落的可能，危险程度仍很高，需及时进行处理。建议对悬空的大块体进行锚索支护，对小块体进行挂网支护。

图16 张飞擂鼓台下方崩塌岩体

3.1.4 南宋军事遗址

因三游洞位于西陵峡峡口，军事地位尤为突出。此段墙体为杨修之修建三游洞城的局部（图17）。

图17 南宋军事遗址

遗址位于基岩之上，地基较稳固，高度较小，约3 m。顶上为游客行道，背面的坡度较缓，为20°～30°，覆盖层薄，坡上植被茂盛，水土流失很弱。遗址的地质环境相对较稳定，发生垮塌的可能性较小。

3.1.5 郭沫若题词

该题词面临长江，题词位于陡坎之上（图18），岩体裂隙较发育，题词处岩体较完整，稳定性较高。但左侧多处岩体被裂隙切割成块体，而且上部覆盖层的土质已较为疏松，植被覆盖率低（图19），若有持续性的降水，将导致覆盖层的垮塌和岩体的崩塌，影响游客的安全，建议对其进行喷锚支护处理。另外，紧靠陡崖边上的游客楼梯通道，由于地基的沉降，现已出现较大程度的下陷，需要及时进行加固处理。

图18 郭沫若题词

图19 左侧岩体

3.1.6 峡口军垒遗址

峡口军垒遗址位于三游洞后山，东临峡口，南滨大江，1983年发现该遗址，南北长十几米，东西宽9 m，残高3 m，均用几何纹和绳纹砌就（图20），并出土大量文物，其剖面图见图21。

由于三面环水，为三游洞的地势最低处，地势平坦，坐落在基岩上，地质环境相对较稳定，但是长期受到江水的冲刷侵蚀，对遗址地基的影响较大，需加强地基的保护。

图20 峡口军垒遗址

图21 峡口军垒遗址剖面图

3.2 景区的地质灾害等级划分

以上对三游洞的地质、地貌、水文、地质灾害等方面的特征进行了描述和分析，总结了景区地质灾害发生的地质背景、地貌条件、水文条件等方面的性质，通过对各个题刻的实地调查和分析，可为三游洞各题刻的地质灾害进行等级划分。划分等级和依据见表2。

表2 三游洞景区地质灾害等级划分依据

严重等级：在该等级中，题刻的地质灾害是容易发生的，受到地质灾害的威胁比较严重，需要及时采取一定的保护措施，主要有：主洞左侧危岩体、主洞右侧岩腔体、张飞擂鼓台下方崩塌体、郭沫若题词左侧岩体。

一般等级：在该等级中，题刻区域的地质灾害可能会发生，但不严重，需要采取简要的保护措施，主要有：主洞、峡口军垒遗址。

轻微或无地质灾害等级：在该等级中，题刻所在区域的地质环境良好，地基稳定，地形平缓，地质灾害的影响不严重。主要有：南宋军事遗址。

4 三游洞文物遗存点地质灾害防治规划建议

4.1 地质灾害防治规划的原则

根据目前对三游洞摩崖题刻地质环境及地质灾害等的调查，再考虑到景区总体的保护规划，景区的地质灾害防治规划遵循的原则是：

(1)总体原则，应符合景区保护规划的总体原则，在总体保护规划的原则下，进行地质灾害的防治规划的制定。

(2)优先原则，根据具体的情况，对景区的地质灾害防治要有轻重缓急，哪些需要优先治理，哪些可以放后治理，如对一些即将发生地质灾害的应优先治理。

(3)重点原则，对一些重要的题刻所在区域应该进行重点防治。

(4)现实原则，根据现有的技术能力和财力，对题刻所在区域的防治要用最小的资金达到最好的效果。

(5)美观原则，对题刻所在区域的地质灾害采取的防治措施，尽量不要影响题刻的原貌和美观，实施的工程在用材、色彩、表观上要与景区原貌和谐统一。

(6)渐进原则，在地质灾害防治的过程中，应该来取先易后难的方式渐进进行，在获得治理经验的基础上，再对较难防治的地质灾害进行治理[5]。

4.2 各文物遗存点的地质灾害防治措施

在景区地质灾害防治的原则指导下，根据实地调查的情况，建议对各题刻所在区域的地质灾害防治采用如下措施，如表3所示。

表3 各题刻所在区域地质灾害防治措施建议

5 结束语

户外保存的大型摩崖题刻、石窟寺均属于不可移动文物范畴，其病害尤其是影响长期稳定存在的沿边开裂、崩塌、垮塌、危岩体等发生、发展与其保存环境地质结构有着直接的关系。本文从三游洞地层结构、岩石特性、工程地质缺陷诸多方面展开现场勘察工作，并按照三游洞摩崖题刻文物价值、赋存状况、展示利用需求，总结出适合于三游洞摩崖题刻类户外大型石质文物地质灾害防治的综合评估方法体系，不仅可以指导三游洞文物遗存的地质灾害治理工作的科学、合理、有序展开，还可为类似文物文化遗存的科学保护提供借鉴与支持。