敦煌莫高窟崖体中盐分分布特征研究

2017-09-06杨善龙王旭东郭青林裴强强

敦煌研究 2017年4期

杨善龙++王旭东++郭青林++裴强强

内容提要：敦煌莫高窟的部分壁画受到起甲、酥碱、疱疹等多种病害的破坏，病害的产生与崖体中盐分的运移有关，深入研究莫高窟崖体砂砾岩中盐分分布特征，对科学防治莫高窟壁画病害具有重要意义。通过对莫高窟第108窟西壁崖体砂砾岩中盐分和莫高窟崖体顶部以下20m深度范围内盐分调查，发现莫高窟崖体砂砾岩中盐分种类主要为硫酸盐和氯盐。整个崖体砂砾岩中盐分在大范围内分布较均匀，但在临空面出现了盐分集聚现象，在洞窟西壁和崖体顶部以下0.5m深度范围内盐分含量很高，平均为2.0%，最高为3.5%。本文首次从较深范围内对莫高窟崖体砂砾岩中盐分的分布特征进行了研究，这为以后莫高窟壁画盐害分析研究提供重要的数据支持。

关键词：莫高窟；砂砾岩；盐分分布；壁画病害

中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：1000-4106（2017）04-0125-06

A Study of the Salt Distribution in the Cliffs of the Dunhuang Mogao Grottoes

YANG Shanlong1，2，3 WANG Xudong1，2，3 GUO Qinglin1，2，3 Pei Qiangqiang2，3

（1. College of Cultural Heritage， Northwest University， Xian， Shaanxi 710069； 2. National Research Center for Conservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites， Gansu， Dunhuang 736200； 3. Dunhuang Academy， Gansu， Dunhuang 736200.）

Abstract： The Dunhuang Mogao Grottoes site is famous for its exquisite wall paintings and statues. Some of these wall paintings have been damaged by flaking， efflorescence， blisters， and other types of deterioration. Many scholars believe the deterioration is related to salt migration from underlying cliffs into the wall paintings， which makes it very important to study the salt distribution characteristics in the Mogao Grotto cliffs in order to control further damage. An investigation of the salt in the west wall of cave 108 and at the top of the cliff at a depth of 20 meters shows that the main salt types are sulfate and chlorine conglomerated within the Mogao cliff. The salt distribution is even over a large scope， but a high concentration can be found toward the surface of the cliff face： salt content is very high on the surface of the west wall of the caves and in the cliff in a depth of 0.5 meters， with a highest value of 3.5% and an average value of 2.0%. This is the first study of the salt distribution characteristics of the Mogao Grotto cliffs， the researchers aim here to provide important supportive information for future data analysis of salt deterioration in Mogao murals.

Keywords： Mogao Grottoes； conglomerate； salt distribution； wall painting deterioration

一前言

莫高窟是在砂礫岩上开凿洞窟的，然后在砂砾岩表面敷泥制作地仗层，再在地仗层上绘制壁画[1]。莫高窟现存有壁画的洞窟为492个，其中有病害的洞窟为245个：酥碱的有61个，龟裂、起甲的82个，烟熏的47个，霉变的7个[2]。

随着对莫高窟壁画病害机理研究的逐步深入，认识到壁画酥碱、疱疹、空鼓等多种病害的形成与洞窟围岩中盐分运移有关[3，4]，因而对莫高窟崖体和壁画中的盐分进行了大量研究[5-8]，但采样大多在崖体表层，或者在壁画地仗层中，崖体深处则没有进行过系统采样研究。对于莫高窟崖体中水分运移也进行过一些研究[9]，由于缺乏崖体砂砾岩中盐分分布特征的深入研究，从而在一定程度上限制了莫高窟崖体中水盐运移机理的研究。本文通过对莫高窟第108窟西壁崖体砂砾岩中盐分和莫高窟窟顶以下20m深度范围内盐分调查分析，初步掌握了莫高窟崖体内盐分分布特征，这为分析莫高窟壁画病害提供重要资料，对莫高窟壁画保护具有重要意义。

二盐分分布调查

2.1 第108窟西壁砂砾岩取样

莫高窟第108窟位于莫高窟南区南段崖体的底层（图1）。该窟西壁壁画大部分已剥落，故选择在其西壁左下角钻孔取样进行盐分测试，在西壁上下共钻两个孔（图2），深度均为4.8m。0～1m每钻进10cm进行取样，1m之后每20cm取样，每个孔共取29个样进行盐分测试。

2.2 莫高窟窟顶砂砾岩取样

在莫高窟九层楼向西150m处开挖直径为0.8m的探井（图3），在探井内取砂砾岩样进行盐分测试。从地面戈壁层向下至0.6m，每10cm取样一个；0.6m至20m深度范围内，每20cm取样一个。在该探井共取102个样品进行了盐分测试。

2.3 试验方法

在第108窟西壁采样，是采用钻机钻至位置后，取砂砾样进行易溶盐测试。窟顶探井利用人工方式开挖，在固定深度处，取砂砾进行颗粒分析，然后用小于0.1mm颗粒样进行易溶盐测试。测试方法按照国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）的试验方法进行测试。

三盐分测试结果

3.1 第108窟西壁崖体中盐分测试结果

通过取样，测试了样品中的阴离子有■、■、■、Cl-，阳离子有Ca2+、Mg2+、Na++K+。通过测试，第108窟两个钻孔中的易溶盐总量随钻孔深度的分布如图4、图5所示。图6和图7分别为1号孔和2号孔中各离子含量变化图。

3.2 窟顶探井崖体中盐分测试结果

同第108窟一样，测试了样品中的阴离子有■、■、■、Cl-，阳离子有Ca2+、Mg2+、Na++K+。通过测试，探井中的易溶盐总量随钻孔深度的分布如图8所示。图9为各离子含量变化图。

四盐分分布特征分析

4.1 窟顶探井中盐分分布特征

窟顶探井内盐分调查结果，易溶盐分布具有如下特征：

（1）从地面至0.6m范围内易溶盐含量很高，在0.4～0.7%之间，这是因为莫高窟地区处于干旱环境中，砂砾层中的水汽运移导致地表盐分积聚，从而使盐分含量较高。

（2）图10为莫高窟窟顶戈壁滩地表以下0.6m范围内易溶盐各离子含量分布图，可见崖体顶部20cm范围内阴离子以■为主，阳离子以Ca2+为主；20—60cm范围内阴离子以■、Cl-为主，阳离子以Na++K+为主。莫高窟崖体顶部地表以下20cm范围内主要以中溶盐硫酸钙为主，这在现场开挖探井时，挖出白色石膏得到了很好的验证。

（3）窟顶崖体0.6m以下范围内的砂砾中易溶盐含量较少，在0.05%左右波动，且不随深度而发生变化。探井开挖中局部存在粉细砂和粉质粘土夹层，该地层中易溶盐含量相对较高，达到0.1%，同时该地层中含水率相对砂砾层高。

4.2 第108窟洞窟内盐分分布特征

第108窟位于莫高窟崖体的最底部，其西壁壁画大部分已脱落，西壁崖体中易溶盐的分布特征基本能代表莫高窟洞窟西壁崖体的分布特征。

（1）同莫高窟崖顶一样，第108窟西壁从表面至0.5m范围内易溶盐含量较高，最高达3.5%，最低为0.54%。0.5m以后，易溶盐总量不随深度发生变化，含量在0.12%左右波动。由于洞窟的开挖，崖体中本来平衡的温湿度环境受到影响，然后温湿度重新分布，从而使得盐分随崖体砂砾层中水分的迁移而积聚在洞窟壁面附近。通过对第108窟1号孔和2号孔内温湿度的长期监测发现，外界温湿度对0.5m以后范围内崖体温湿度很难产生影响[6]100-102，因此0.5m以后范围内崖体中盐分基本保持一致，并没有随水分发生迁移。

（2）从图4和图5中发现一个共同的现象，表面至0.1m范围内的易溶盐含量是0.1—0.2m范围内的一半。这种现象可能与壁画制作过程有关。在壁画制作时，潮湿的地仗层溶解崖体表面的易溶盐，然后地仗在干燥的过程中易溶盐随着水分运移至地仗中，然后由于盐分的作用致使地仗层失去粘接力而掉落，从而发生这种现象。

（3）第108窟西壁崖体表面易溶盐中阳离子主要以Na++K+为主，不同于窟顶表面，这与洞窟内温度常年在20℃以下有关。

4.3 莫高窟崖体中盐分分布整体特征分析

從第108窟西壁和窟顶探井中取样测试的结果发现，莫高窟崖体中阴离子以■、Cl-为主，阳离子以Na++K+为主，盐分主要有硫酸钠和氯化钠，这是莫高窟壁画产生盐害的两种主要盐分。

从盐分分布情况来看，洞窟内盐分主要集中在表面至0.5m深度范围内，易溶盐含量最高达3.5%；0.5m及更深的部位盐分分布较为均匀，且相对较低，易溶盐总量在0.15～0.25%之间。莫高窟窟顶盐分主要集中在地面之下0.6m范围内，盐分含量在0.4～0.7%之间；0.6m以下盐分分布均匀，含量基本在0.1%以下。

通过对整个崖体和洞窟围岩内易溶盐的测试发现，莫高窟整个崖体内易溶盐含量在表面0.5m范围内积聚，主要以硫酸钠和氯化钠为主。图11可以形象表征莫高窟崖体内易溶盐总量分布现状，土中红色部位为易溶盐高含量区，蓝色部位为易溶盐低含量区。

4.4 莫高窟崖体中盐分来源分析

莫高窟处于大泉河的出山口处，地貌属山前冲洪积扇。出山口后水流的分散性和主流的多次改造，使本区的酒泉砾岩在水平方向上岩性有所变化。莫高窟区中更新统主要分布在大泉河出山口地带和三危山前冲洪积扇地带，加之该地层具有明显的层理和沉积韵律，分选性和砾石磨圆度均比较好，显然该地层属冲洪积成因。窟区仅出露于洞窟崖体顶部戈壁层岩性为灰白色砂砾层夹砂层和粉土层透镜体。上更新统砂砾层的层理比较发育，结构松散，砾石分选性较差，磨圆度为棱角状或次棱角状，上更新统也属冲洪积成因。

莫高窟区唯一的地表径流是大泉河，发源于三危山南部盆地—阿克赛盆地。源头为祁连山山前大泉和条湖子泉，全长约20km，由南东向北西径流。从矿化度来看，源头大泉河和条湖子泉矿化度分别为1.836g/L和1.266g/L。径流至大拉牌断面，矿化度基本上没有变化，仍为1.809g/L，但莫高窟前矿化度为2.298g/L，约高出上游段矿化度0.5g/L左右。大泉河水的化学特征表现为矿化度比较高，硬度偏大，属微咸水，水化学类型为SO4-Cl-Na型水。从源头到莫高窟，水的矿化度因中途咸水的汇入而增高[5]62-66。

莫高窟地区的酒泉砾石的岩石成分，有花岗岩、辉长岩、石英岩、千枚岩、石灰岩等。砾石的矿物成分主要有石英、长石、方解石、辉石、角闪石等。

由此可见，莫高窟崖体砂砾层中的盐分主要是在中更新统酒泉组形成过程中，冲洪积成因使大泉河河水中的盐分沉积而形成的。

4.5 莫高窟崖体中盐分分布影响因素分析

莫高窟所在地区常年气候干燥，蒸发强烈，年降水量很小，且降水集中在7、8、9月份。降水只能引起崖体顶部表层范围内盐分的溶解和迁移，再加上莫高窟崖体砂砾岩钙泥质胶结，降雨作用不可能引起莫高窟洞窟围岩中盐分的迁移。洞窟内崖体中0.5m以后范围内温湿度保持恒定，外界温湿度对其影响较小，不会导致盐分随着水汽发生运移从而破坏壁画。因此，壁画盐害的盐分主要与地仗层中的盐分有关，其盐分很大一部分来自于壁画制作时吸附入崖体中的盐分。

五结论

（1）莫高窟崖体中易溶盐主要以硫酸盐和氯化物为主。

（2）在莫高窟崖体顶部戈壁滩表面20cm范围内，盐分主要以硫酸钙为主，戈壁表面以下20cm—60cm范围内以硫酸钠和氯化钠为主，且易溶盐总量在0.4～0.7%之间。60cm之下易溶盐含量分布较为均匀，在0.1%以下，且不随深度发生变化，仅随地层特性不同而发生一些变化。

（3）莫高窟洞窟围岩中，盐分在围岩以内0.5m范围内积聚，盐分主要为硫酸钠和氯化钠，0.5m至更深的部位盐分含量均匀，且不随深度变化。

（4）莫高窟崖体砂砾岩中的盐分主要主要是在中更新统酒泉组形成过程中，由于冲洪积成因，大泉河河水中的盐分沉积形成的。

（5）外界环境的温湿度对洞窟围岩0.6m以后的范围内的温湿度不产生影响，因此也不会导致盐分从崖体砂砾岩中中向洞窟壁画层中运移。

参考文献：

[1]赵林毅，李燕飞，于宗仁，等.丝绸之路石窟壁画地仗制作材料及工艺分析[J]. 敦煌研究，2005（4）：75-82.

[2]王进玉.敦煌莫高窟洞窟现状调查与病害分类[J].敦煌研究，2005（6）：113-117.

[3]郭宏，李最雄，宋大康等.敦煌莫高窟壁畫酥碱病害研究之一[J].敦煌研究1998（3）：153-157.

[4]郭宏，李最雄，裘元勋，等.敦煌莫高窟壁画酥碱病害机理研究之二[J].敦煌研究，1998（3）：159-161.

[5]陈港泉，苏伯民，赵林毅，等.莫高窟第85窟壁画地仗酥碱模拟试验[J].敦煌研究，2005（4）：62-66.