世界遗产乐山大佛位于四川盆地西南的丘陵区,由紫红色砂岩雕刻而成。作为中国西部唯一的自然与文化双遗产,乐山市和四川省的重要的旅游景区之一,如何合理开发利用和保护好这一民族的瑰宝、全人类的共同遗产,是我们当代人的历史责任,也是政府相关部门的职责所在。从古至今,乐山人民对大佛极其关心和爱护,上世纪分别于1914 年、1929 ～1934 年、1962 ～1963年、1972～1975年、1996年,进行了5次较大规模的维修; 进入21 世纪以来, 在2001 年、2003 ～2004年, 2次对大佛及其周边环境进行了一系列维修保护,对大佛的保护起到了重要作用。但是乐山大佛面临的主要危险并未消除,日晒雨淋、风化剥蚀,大气污染、酸雨侵蚀、佛身渗水、生物病害等对大佛的威胁仍然存在。乐山大佛面部、胸部的整容式维护,已由原来平均每10～20 a 1次,缩短到了每5～7 a1次。而这种整容式维护,并不能从根本上解决上述乐山大佛面临的主要威胁。地表水、地下水目前仍然在经乐山大佛佛身渗流。大佛躯体未风化岩层所剩厚度已不多,我们不能等到大佛躯体岩石全部都成了风化岩层,甚至成粉粒状掉落时再进行保护,那时为时已晚。如何有效地保护好乐山大佛,解决大佛日晒雨淋和佛身渗水这两个关键的问题,已显得十分迫切和紧要。1)

1　风化剥蚀的主要原因

1 　物理风化

乐山大佛位于大渡河、岷江、青衣江三江交汇的凌云山。凌云山总走向为N35°W,山脊呈“之”字形,中部略高,东西两侧稍低,海拔约470 m,属红层丘陵区“丹霞地貌”景观。大佛雕凿于凌云山主峰西侧临江面的陡崖处,地势较山顶低十多米,夏季暴雨时有来自后山的地表径流排向岷江,大佛景区内发育断面呈“V”型的树枝状冲沟,表明地表径流冲刷作用较强。大佛建成于公元803年,同时完工的还有为大佛遮风挡雨的13层楼阁式建筑物———大像阁,对大佛的保护起到至关重要的作用,后因战火被毁。历史上,乐山大佛有楼阁覆盖保护的时间约为450 a,处于露天状态的时间约为750 a[ 2 ] 。由于长时间佛体处于露天环境,受日晒雨淋,大佛砂岩受季节和昼夜温差变化影响,导致热胀冷缩等物理风化作用加剧,佛身砂岩已风化蚀损严重[ 3, 4 ] 。笔者实地调研发现,与相距仅115 km,地理环境差异不大,同属“红层砂岩”摩崖石刻,但有挡雨建筑物的四川荣县大佛相比(荣县大佛修成于公元1092年,只比乐山大佛晚建成289 a) ,裸露的乐山大佛,其风化剥蚀程度要强烈得多(图1) 。荣县大佛整个佛体均未暴露于露天环境,至今大佛脸部还残存有历史上维修的彩绘,表明其受风化剥蚀厚度不大,且荣县大佛与其两侧没有挡雨建筑的石刻小佛像相比较,小佛像风化剥蚀程度也明显强烈得多(图2) 。可见露天环境下,热胀冷缩、雨水淋滤等物理风化作用是导致乐山大佛毁损的重要原因之一。

1 　化学风化

11211　岩性特征导致容易风化

雕凿大佛的岩石为白垩系下统夹关组( K1 j )紫红色砂岩,属于四川盆地红层基岩,为一套陆相沉积的碎屑岩。作者多年研究发现,四川红层基岩有一个共同特点,就是胶结物中碳酸钙含量相对较高。四川的红层砂砾岩,从矿物成分看, 主要是硅酸盐类矿物,按理说应有很好的抗蚀性。但这些硅酸盐368 山　地　学　报27卷类矿物主要存在于砂粒或砾石中, 在连接砂粒或砾

石之间的胶结物中, 硅酸盐类矿物含量很低,铁质、碳酸盐类矿物含量反而比一般砂砾岩高。铁质、碳酸盐类矿物不耐酸,大气中的CO2 气体融入水中形成碳酸,以雨水、地表水或地下水形式流经大佛躯体时,对大佛砂岩胶结物产生强烈的溶蚀破坏,所以无论是大佛砂岩,还是四川其他红层石质遗产,它们的抗水蚀性相对较差[ 5, 6 ] 。由于大气中始终存在CO2气体,所以碳酸型水对裸露于露天环境下的大佛基岩的破坏是始终存在的。

11212　酸雨对砂岩淋滤溶蚀破坏作用强烈

由于大佛基岩胶结物中铁质、碳酸钙含量相对较高,所以雕凿乐山大佛的岩石极易受到酸雨淋滤溶蚀的破坏。四川是我国大气污染和酸雨危害较严重的省份之一,乐山位于四川盆地中心偏南位置,乐山大气污染和酸雨危害以工业污染、生活污染、交通污染为主,由于处于成都- 德阳- 绵阳经济发达区的下游、下风口,亦有部分由高空气流带来的“外源”污染。乐山市降水酸度一年中最大值出现的季节是冬季、春季,最小是夏季、秋季,其酸雨特征及其变化规律

与四川省总体酸雨特征和变化规律基本一致。[ 6, 7 ]乐山工业及生活燃煤含硫量高,位于乐山大佛上风方向的部分厂矿烟囱至今尚未安装脱硫除尘装置,加上近些年汽车数量大增,导致汽车尾气排放的氮氧化物增多,乐山大佛基岩受到大气污染形成的碳酸、硫酸、硝酸等酸性雨水破坏的危害是很大的。

1 　生物风化

乐山市中区年均降雨量达1 300 mm左右,年均气温1614～1715℃,空气相对湿度81100%左右,气候温暖湿润,使大佛岩石常年处于较湿润状态,为苔癣、真菌和植物的生长提供了有利条件,佛身裸露基岩表层常着生一些小草、苔癣类植物,加速了大佛裸露基岩的破坏。其破坏机理,一是植物根系生长的“根劈”作用对基岩的物理破坏;二是植物根系的生长不断吸收由分解岩石矿物成分而来的养分,这是一种对基岩的生物化学破坏作用;三是植物根系分泌的有机酸对岩石矿物的分解破坏作用;四是植物的呼吸作用产生大量的CO2 气体,使得植被与裸露基岩表层之间的土壤中, CO2 含量高出大气CO2 正常含量数十乃至数百倍[ 8 ] ,加之佛身常年处于湿润状态,使CO2 气体能大量溶入水中,导致这些部位岩石的酸性分解作用十分强烈。所以对大佛的保护,注意随时清除佛身裸露基岩表层着生的小草、苔癣类植物,显得尤为重要。

2　渗水病害的主要机理

1 　渗水病害主要由化学溶蚀作用造成

渗水水流对佛身造成的破坏一是物理冲刷,二是化学溶蚀。由于渗水流量小,水流速度缓慢,物理冲刷破坏作用小,佛身渗水病害主要由化学溶蚀作用造成。由于大佛砂岩胶结物中含有碳酸钙,地表及地下水中溶解有CO2 气体,因而渗水能溶蚀大佛砂岩胶结物,导致岩石出现孔、溶缝、溶槽,甚至分解为粉粒。其作用机理类似于碳酸盐岩分布区的“喀斯特”作用。在溶蚀大佛岩石的过程中,地下水中溶解的CO2 气体也不断消耗殆尽,溶蚀破坏作用强度也不断减弱甚或停止。但流动的地下水,由于不断有含新鲜CO2 气体的地下水流补给,其溶蚀破坏作用强度不会降低,反而会随着溶孔、溶缝、溶槽的增大,得到更多新的CO2 气体补给,破坏作用强

度增大。佛身渗水,是因为流动的地下水对大佛的溶蚀破坏作用很大。以往采取的消除大佛身体内积水,在佛身上引排渗水的方法,不能从根本上解决佛身渗水病害问题,彻底解决的法应该是不让有水体通过佛身渗流。

1 　渗水来源、类型及危害

乐山大佛景区属地表及地下水的排泄区,佛身渗水的来源是大气降水。大气降水通过基岩裂隙渗入岩层转化为地下水,并通过佛身渗流,对大佛岩石造成危害。组成乐山大佛躯体的红色砂岩,为中厚层- 巨厚层砂岩夹薄层泥岩、页岩互层,岩层走向为北东-南西向,倾向北西,倾角5°左右,产状极为平缓。其中砂岩属于含水层,间夹的薄层泥、页岩为局部隔水层。乐山大佛景区的地下水类型主要是基岩裂隙水。进一步可划分为表层风化带基岩裂隙潜水、层间裂隙水和构造裂隙水三类。区域上,乐山大佛景区的地下水径流方向是由北东流向南西。上述三类地下水中的后两类均具有一定承压性。

21211　风化带裂隙潜水

大佛基岩的表层风化裂隙主要分布在砂岩的裸露面上。乐山一带红层基岩风化裂隙带厚度一般有数十厘米至数米,个别地方可达十数米。裂隙常呈网纹状分布,相互联通性较好,因而大佛基岩表层风化裂隙潜水近于呈面状分布,受大气降水补给,经短程径流后就近排向当地河流溪谷。大佛景区紧邻的岷江河谷、麻浩崖等周围溪谷均为风化裂隙潜水的排泄地。其水量及地下水动态特征明显受当地气象、气候条件的影响。一次降雨后,大佛佛身渗水量的明显增加,表明风化裂隙潜水对大佛基岩的影响不容忽视。该类渗水由于与地表、大气沟通,能不断得到含新鲜CO2 气体的水流补给,渗水的化学溶蚀破坏作用很强,对大佛基岩的危害也很大。

21212　层间裂隙水

大佛基岩的层间裂隙主要分布在薄层泥岩、页岩与中厚层- 巨厚层砂岩之间的层面处。由于薄层泥岩、页岩具有隔水作用,使上覆砂岩中地下水难于下渗,只能沿层面顺层流动,故可称其为顺层裂隙水。大佛基岩层间裂隙水的渗出部位也往往是砂岩和泥岩、页岩的分界处。由于大佛躯体不同高度上分布有薄层泥岩、页岩,导致了躯体不同高度上都有顺层裂隙水渗出.层间裂隙水沿岩层倾向方向由南东流向北西,部分经由大佛躯体渗出,排向岷江河谷。笔者实地

调查发现,该层间裂隙水补给来源有二:一是位于大佛景区的东南面,原乐山岷江氮肥厂一带,侏罗纪(J)与白垩纪(K)地层分界处,即白垩系岩层沿倾向方向的上游露头区,属于近源补给;另一补给源则属于远源补给,来自沿岩层走向方向的地下水上游方向,即北东方向(岷江上游方向的砂岩露头区) 。该类佛身渗水量及动态特征受当地气象、气候条件的影响较风化带裂隙潜水小。其中,近源补给的层间裂隙水因流程短,水中所含新鲜CO2 气体相对远源补给的层间裂隙水为多,其化学溶蚀破坏作用也相对较强,对大佛基岩的危害也比远源补给的层间裂隙水为大。

21313　构造裂隙水

大佛基岩的构造裂隙主要分布在砂岩内部。由于大佛基岩受地质构造作用影响不强,岩层产状平缓,断裂不发育,因而基岩内部的构造裂隙较少,但并非没有。赋存在构造裂隙中的地下水即为构造裂隙水。大佛基岩构造裂隙水一般呈脉状分布,具有一定承压性,其补给主要源自前述沿岩层走向的北东方向,属远源补给,水量稳定,动态特征受当地气象、气候条件的影响不明显。由于构造裂隙单体规模较大,常切穿含水层和局部隔水层,沟通不同层位的层间裂隙水,并有可能与表层风化裂隙水通联,造成大佛体内“积水”或自大佛体内向外渗水现象,其水量较大,对大佛基岩的危害不容忽视。

3　病害防治对策

1 　防治风化剥蚀方案

恢复重建大佛头顶原有的古建筑,是彻底解决大佛遭受日晒雨淋、风化剥蚀和酸雨侵蚀的最好方案。即使没有酸雨侵蚀,大佛遭受日晒雨淋,风化剥蚀依然存在。考虑到即使解决了近源污染、远源污染在短期内也难以有效解决,乐山市工业也需要大力发展,而工业的发展或多或少会带来一些污染,所以根本的解决措施,就是尽快恢复修建大佛头顶原有的古建筑“大像阁”。既能有效地为大佛遮风挡雨,防止日晒雨淋,减少风化剥蚀及酸雨侵蚀,又能恢复大佛旧貌,增加新的景观看点,吸引更多回头客,进一步发展旅游;同时也符合世界遗产保护公约修旧如旧、恢复原貌的原则规定。在技术力量上,我国已成功地对北京故宫、西藏布达拉宫等遗产进行了大规模维护修缮,积累了丰富的修复经验,具有一批高水平的古建筑设计人员和施工队伍,完全可以胜任大像阁的复原设计和修复工作。资金问题上,可考虑政府拨款、社会捐赠、宗教筹款,或向世界遗产保护组织申请援助等多种渠道解决。

1 　根治乐山大佛佛身渗水病害方案

据了解,在2001 年3 ～4 月的大佛维修工程中,为防大佛渗水的水蚀危害,采取了“在佛身通过

370 山　地　学　报27卷铺设五道暗管导流,再经过抹灰层处理”的防渗措施[ 9 ] ,现在看来效果并不好。笔者认为,大佛身体已有很多孔洞(图3) ,表面风化严重,岩层经过长期风化剥蚀,强度很低,在大佛身体上或附近岩体上做任何防渗工程均会使岩体进一步破碎,危及大佛安全。应尽量避免在大佛躯体上或靠佛身很近位置的岩石上施工,解决佛身渗水的方案,再也不能在乐山大佛躯体上或靠佛身很近位置的岩石上,采取堵截、疏排水工程,而应从区域范围内弄清大佛周边地下水分布径流情况,利用大佛所在凌云山体量规模小,又与周围山体基本分离,仅“基座”相连特点,在大佛所在凌云山与周围山体间地势低洼处,进行帷幕灌浆堵截或挖沟疏排(明、暗渠均可,或二者结合使用)流向大佛的地下水,同时对大佛所在凌云山采取全面的防大气降透措施。其治理原则应是截断水源,不让有水体通过佛身渗流,而不应该是让水流入大佛体内再设法引流排往体外。因为在水体流经佛身的过程中,对大佛岩石的破坏总是存在的。

4　转变观念与乐山大佛的保护

那种认为“乐山大佛几百年来,已习惯了露天裸露环境”的观念必须要转变。对绝大多数世界遗产及生态环境而言,最大的破坏往往就来自我们人类自身。在大佛景区,要尽早恢复重建大佛头顶原有的古建筑,彻底解决大佛遭受日晒雨淋、风化剥蚀和酸雨侵蚀问题,尽快组织力量对大佛周边区域地下水径流、分布情况作出精确勘查,出台相应防治对策。在大佛所在凌云山与周围山体间地势低洼处,进行帷幕灌浆堵截或挖沟疏排流向大佛的地下水,同时制定对大佛所在凌云山采取全面科学防滲的具体措施。从根本上解决大佛佛身的渗水病害。要尽早制定科学合理的旅游环境容量,合理规划大佛景区周围的城市建设、工矿建设规模,控制常住人口数量,切实把大佛景区水、气中的CO2、SO2和NOx含量降下来。位于大佛上风、上游方向的工厂烟卤近期应尽早安装“脱硫除尘”装置,远期应搬迁到下游和下风方向去(如五通桥区以下) 。大佛景区周边居民、厂矿应尽快搬迁,现阶段应取缔大佛周边10 t以下工业及生活用燃料锅炉,居民和厂矿均应改用天然气、液化气、沼气、电等能源。应取消大佛头顶山上的人造景观“苏园”小溪、东方佛都内人造小溪(或采取有效的防渗措施) ,消除大佛人为

渗水危害。对乐山高新技术开发区大渡河边的厂房应搬迁或后退100～200 m,避免河谷风把新的大气污染传输至大佛。调整乐山市工业布局,把污染大的厂矿迁至五通桥区以下的岷江河下游和下风方向去,减少对乐山市区和大佛景区的污染。今后新建工厂,也应考虑放在五通桥区等下游、下风方向上。只有转变观念,采取科学合理的治理措施,才能真正切实保护好乐山大佛。

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乐山大佛风化剥蚀及渗水病害防治措施