杭州烟霞洞造像大气降水与洞窟渗水关系调查研究

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　　摘要：杭州烟霞洞山体岩石主要由碳酸盐岩构成，文物保护区内山体形成相对发育的岩溶微地貌，地形环境较复杂。由于洞窟岩体溶蚀作用及存在大量的构造裂隙，洞窟内常年渗水。大气降水及山体内地下水沿着各种裂隙及溶洞渗流进入洞窟内，致使佛像表面产生钙华沉积、溶蚀等病害，严重影响石刻造像的长期保存。通过对烟霞洞山体的地质调查、造像洞窟内渗水裂隙调查、渗水点与降水监测结果分析，研究得出烟霞洞内渗水点的渗流路径及与大气降雨的关系，从而为制定相应的切实可行的渗水治理措施提供技术依据。
　　关键词：烟霞洞造像;构造裂隙;渗水点;地质调查;水量监测
　　引言
　　烟霞洞造像区是杭州西湖南山造像文物保护区的组成部分之一，为杭州洞窟造像中最古老的一处，洞内现存五代吴越时期的石雕罗汉13尊，是研究吳越国佛教艺术的重要实物资。2006年西湖南山造像（慈云岭造像、烟霞洞造像、天龙寺造像）被公布为全国重点文物保护单位，归入第二批国保“飞来峰造像”。
　　南山造像文物保护区坐落于西湖风景名胜区翁家山的南麓，与南高峰相距约800米，北邻西湖，南望杨梅岭。烟霞洞系由石灰岩溶蚀而成的天然洞穴，洞窟坐北朝南，轴线近南北向展布，进深约36.5米，由洞口向内逐渐收缩，最窄处约1米，宽处约4米，低处高度约1.5米，高处约8米（图1）。佛龛龛面依洞窟东西两壁而凿，龛面近直立，龛顶处略倒坡倾斜，造像底部高程164.8～165.5米。
　　烟霞}同洞内东西两壁及顶部存在长期渗水。一方面，岩溶地区渗水产生的钙华沉积在造像表面;另一方面造像区域的裂隙长期渗水导致造像表面岩石风化和溶蚀，对造像均产生严重破坏。为分析其渗水原因和渗流通道，了解洞窟渗水的主导因素究竟是大气降水的地表水还是远程地下水，本文通过对烟霞洞}同内渗水裂隙调查、渗水点与大气降水监测成果分析等方式。，研究}同窟渗水模式和渗水途径。
　　一、气候环境及地形地貌特征调查
　　气候环境和区域地形地貌、岩性特征是研究石窟渗水机理的必要条件。其中气候环境，尤其是区域降水特征、年降水量大小是研究洞窟渗水的基础资料;区域地形地貌是研究地表水人渗和径流情况的主要因素;洞窟区域岩石性质及水文地质特征是研究洞窟渗水机理和渗水途径的必要因素。因此本项研究首先针对烟霞洞所在区域的气候环境和地质情况进行调查。
　　（一）区域气候环境和地貌特征
　　烟霞洞地处亚热带季风区，四季分明，冬夏季风交替显著，气温适中，日照较多，年平均气温均16.4℃（1月平均气温4.2℃，7月平均气温28.6℃）;降水量充沛，多年平均降水量900～1600毫米，平均降水天数为130～170天，全年各时期的降水比例为：春雨期（3-4月）占17%，梅雨期（5-6月）占27%，秋雨期（9月）占12%。
　　烟霞洞位于翁家山南高峰一侧山体南坡麓，所在山体整体为东北西南走向，山体浑圆，属岩溶低丘地形，自然地形坡度20°～30°，山脊海拔高程为215～257米。烟霞洞后缘为翁家山山顶，至南高峰峰顶两处山脊之间为平缓坡地，自然地形坡度5°～15°（图2）。
　　烟霞洞以翁家山为至高点，处于山腰中部，洞底高程约164米，洞顶高程约168米，洞窟上部山体高程约172～188米;洞窟区山体低矮，基岩多裸露，主要由碳酸盐岩构成。由于长期受流水侵蚀以及近南北向断裂切割作用，在洞窟区地表形成相对发育的岩溶微地貌，主要发育溶沟、小型溶洞，个别地方还有溶蚀漏斗、石芽及溶孔等岩溶地貌发育。烟霞洞顶部山体及后缘坡体主要发育陡坎及溶槽，其中斜坡溶蚀裂隙进一步发展形成溶沟、溶槽等微地貌（图3），近南北向展布延伸，呈梳状与烟霞洞轴线平行（图4），溶蚀区宽0.2～5米不等，多覆盖层黏性土充填，粗大乔木生长，树木连线亦与洞线平行。
　　（二）地层岩性特征
　　根据勘察钻孔资料及野外区域调查，烟霞洞区域分布有石炭纪石灰岩地层，岩性以深灰色至灰黑色厚层块状灰岩为主，局部含生物屑灰岩，层状、巨厚层状结构，岩质坚硬，风化程度为弱风化未风化，局部溶蚀作用强烈，含方解石脉，方解石脉呈网状分布洞顶裂隙一般宽度为0.2～5厘米，洞内裂隙宽度最宽可达2厘米）;新鲜基岩厚度一般大于20米，在整个洞窟区均有分布;区域内还分布有第四系（残）坡积物，主要成分为黏土、粉质黏土、含碎石粉质黏土，局部夹腐植土，其中含碎石粉质黏土主要分布于烟霞洞后缘斜坡及溶槽内。
　　（三）水文地质特征
　　根据现场调查及地下水赋存条件、水理性质、水动力特征，烟霞洞区域地下水类型可划分为松散岩类孔隙潜水和岩溶水两大类：
　　1.松散岩类孔隙潜水
　　主要赋存于第四系洪积碎石层。中，直接接收大气降水补给，分布于满觉陇凹沟附近，地下水补给来源于两侧山体（翁家山、南高峰）南侧地下径流。地下水位埋深一般在2～3米，地下水量与松散层厚度和汇水面积关系密切，经现场观测统计，一般地下水涌水量在1～3立方米/天，最大可达50立方米/天。
　　2.裸露型岩溶裂隙水
　　岩溶裂隙水受岩性构造、地貌形态控制。区域上岩溶水主要赋存于石炭系碳酸盐岩的溶洞、裂隙中;覆盖型岩溶水主要分布于南高峰向斜构造东西两翼的龙井流金桥岩溶带、满觉陇岩溶带第四系堆积物之下，其天然水位埋深约2～10米，与地形相对应，岩溶水补给条件较好，单井涌水量多为1000～2000立方米/天，埋深40米以上的溶洞常为黏土充填，水量贫乏，埋深40米以下充填物多为砂、砂砾石，水量较丰富。
　　通过对翁家山南高峰南侧山岭4平方千米范围内的水文地质调查，烟霞洞区为裸露型岩溶地区，地下水水位埋深较深，地下水露头多见于雨季，位于翁家山南麓山脚的水乐洞内，岩溶水从山脚岩石溶蚀裂缝中流出，雨季水量较大，洞内积水约0.5米深，旱季地下水位下降，流量0.15升/秒，常年有水，水泉补给主要来源于翁家山山体岩溶水。烟霞洞区地下水出露点位于烟霞}同洞内（图5），高程一般在168米左右，出水点补给主要来源于灰岩裂隙水，局部在}同壁形成渗流，洞壁钙华沉积较厚，干旱季节有少量滴水或断水。雨季岩溶裂隙水受降雨直接补给，经地表下渗沿岩体裂隙产出，对佛像的影响较大（图6）。 　　二、洞内裂隙渗水与降雨关系调查分析
　　在基本摸清了烟霞洞保护区地质情况和大气环境的基础上，研究组对洞窟进行了裂隙调查、监测主要渗水点及分析渗水特征等工作，目的是探明渗水点的水量大小，并根据渗水水量及渗水时间来分析渗水水源是远程水还是地表大气降水，以便为}同窟渗水治理工作提供科学依据。
　　（一）烟霞洞东壁裂隙特征及与降雨监测结果分析
　　1.裂隙调查
　　洞窟东侧洞壁佛龛所在崖面倾向255°～280°，洞内凿有12尊石刻造像，洞窟底部高程164.1～164.4米，造像所在洞壁进深约23米，高2.1～6.5米，造像龛底距地面高1.2～1.5米，龛高1.3～3.2米、宽1.0～1.5米。龛面近直立，顶部洞壁略呈倒坡状。根据现场地质测绘及佛龛裂隙渗水监测，}同窟顶主要发育有两条裂隙（编号为Ll、L2，详见图7）。
　　洞内佛龛主要发育有12条渗水裂隙（编号DLIDL12），其性状特征见表1。
　　2.渗水特征分析
　　烟霞洞东侧洞壁共发育多处渗水裂隙（渗水点位置见图8），其中佛龛DF9右侧1.5米位置（桩号K25.8米）发育渗水裂隙DLI，雨天均有渗水，渗水以滴水、挂水形式出现，遇中雨乃至大雨天后，渗水会出现涓流形式。涓流基本能在一个晴云天后消逝，但滴水时间较长，虽然对洞内佛龛表面无影响，但渗水容易造成洞尾部分地面潮湿乃至淌水。
　　佛龛DF9-DF10龛顶及四周发育有4条溶蚀裂隙（DL2、DL3、DL4、DL5），出水点位于灰岩基岩与方解石脉交界处，溶蚀程度不一。渗水点DS2、DS4基本闭合，一般雨天无明显渗水，但持续雨天或暴雨后，渗水明显，水停滞时间长，渗水点长期较湿;DSI、DSI-1（水量监测结果见图9）和DS3（水量监测结果见图10）为洞壁佛龛主要渗水点，渗水量较大，雨天均有渗水，DSl渗水点滴水至DF12佛像脚，对佛龛侵蚀较重，渗水点DS3位于DF9和DF10龛檐之间，雨季渗水以涓流形态出现，佛龛之间钙华沉积较厚，渗水量较大，水流虽没直接流至佛像本体，但雨天及其后两三日晴天后均有渗水，渗水再沿岩壁沾湿佛像。
　　佛龛DF6、DF7龛檐之间发育有溶蚀裂隙DL7，渗水点主要表现为滴挂水，雨天渗水滴速明显增加，渗水缓慢，消逝时间长，形成为渗水斑迹，渗水一直沾濕至佛像肩部;佛龛DF6龛后发育溶蚀裂隙DL12，裂隙贯穿至佛像本体北部，一般小雨或阵雨天不渗水，但遇大雨或持续雨天后，渗流量较大，可见裂隙底部孔洞冒水，形成积水坑，一个晴天后，裂隙渗水停滞。
　　佛龛DF3、DF4之间发育有溶蚀裂隙DL9，主要形成渗水点DS8、DS8-1，雨天DS8滴水明显，滴速较块，消逝亦较块（水量监测结果见图11）;而同属一条渗水裂隙的DS8-1，渗水量小，但长期保持稳定滴速，两处渗水点共同作用使得佛像DF4左肩较湿，龛底形成渗水斑迹。
　　佛龛DF1上方发育有渗水裂隙DL11，裂隙一直延伸至洞外，根据监测，一般雨天均有渗水，渗水量不大，裂隙面潮湿，呈现为快湿快干现象，跟晴雨天气关系较大，遇大雨或暴雨，渗水一直延伸至佛龛DF1本体，使得佛像本体及龛面较湿。该裂隙渗水与降水直接相关，裂隙渗水通道直接与洞顶相连。
　　（二）烟霞洞西壁佛龛裂隙特征及与降雨监测结果分析
　　1.裂隙调查
　　洞窟西侧洞壁佛龛所在崖面倾向75～95°，龛内凿有8尊石刻造像，洞窟地面大约有30厘米高差，造像所在洞壁长约35.8米、高2.0～4.5米，造像龛底距地面高1.2～1.5米，龛高1.2～3.3米，宽1.0～1.5米（龛面近直立，顶部洞壁略倒坡）。根据现场地质测绘及佛龛裂隙渗水监测，洞窟顶主要发育有4条裂隙（编号L3、L4、L5、L6），洞内佛龛渗水裂隙主要发育有12条裂隙（编号XL1-L12，性状特征见表2）。
　　2.渗水特征分析
　　烟霞洞洞窟西侧渗水裂隙主要发育于龛顶洞壁，雨季渗水严重，渗水形式以滴水为主，局部渗水汇成涓流、渗流形式，底部钙华沉积较厚（渗水位置见图12）。
　　佛龛XF3-XF5龛顶及四周发育2条溶蚀裂隙（编号XL3、XL4），裂隙切口基本闭合，溶蚀程度不均一，一般雨天表现为滴水，滴速3～4滴/10秒，但大雨或暴雨后，渗水量较大，滴速10～12滴/10秒，虽然滴水未直接影响至佛龛本体，但雨天至其后2～3日晴天后均有滴水，局部渗水沿岩壁沾湿佛龛龛面（渗水点XSl-XS4水量监测结果见图13）。
　　渗水裂隙xL5直接横贯佛龛XF5、XF6，渗水点主要表现为滴挂水，雨天渗水滴速明显增加，渗水缓慢，消逝时间长，表现为缓慢滴水及渗水斑迹，渗水一直沾湿至XF6佛像，对佛像影响较大（渗水点XS6-XS8水量监测结果见图14、15）。
　　佛龛XF7四周共发育4条渗水裂隙（XL6、XL7、XL8、XL9），雨天渗水点裂隙的各渗水点滴水明显，滴速较块，消逝时间长，4条渗水裂隙共同作用使得佛龛XF7雨天整体较湿，且2～3日后，佛像本体及佛龛龛面保持潮湿状态（渗水点XS9水量监测结果见图16）。
　　在西壁佛龛XF9左侧2.5米位置发育有渗水裂隙XL11，一般雨天无渗水，持续降雨后1～2天内出现滴水，滴水时间长，晴天后以挂水形式出现，裂隙面长期保持潮湿;桩号K19.3米位置发育有渗水裂隙XL10，雨天渗水明显，裂隙面以快速滴水或涓流形式，晴天后流量明显减小，但后续滴水时间长;桩号K31.4米位置裂隙XL12两端闭合，渗水量小，但持续时间长，一般雨天或晴天均有渗水，裂隙长期保水潮湿，雨季渗流量略增大，上述DL10、DL11、DL12三条裂隙渗水、止水时间较长，虽然对洞内佛龛无影响，但渗水使得洞尾部分地面潮湿乃至地面淌水（渗水点XS10-XS12水量监测结果见图17、图18）。
　　三、结论
　　本文通过对烟霞洞研究区地质调查、地形地貌及水文地质调查，并对洞内裂隙渗水与降水关系进行调查分析，重点研究烟霞洞东壁、西壁佛龛裂隙特征及大气降雨时渗水点渗流特征，探测分析烟霞洞内渗水点的渗流路径及与大气降雨的关系，从而为制定相应的切实可行的渗水治理措施提供技术依据。该项研究得出如下几点
　　结论：
　　1.烟霞洞所在山体主要由碳酸盐岩构成，由于长期受流水侵蚀以及近南北向断裂切割作用，在区内地表形成相对发育的岩溶微地貌，主要发育的溶沟、小型溶洞主导方向为近南北向，个别地方还有溶蚀漏斗、石芽及溶孔等岩溶地貌发育。
　　2.经地质调查，烟霞洞区域的松散岩类孔隙潜水主要赋存于第四系洪积碎石层中，直接接收大气降水补给，地下水补给来源于两侧山体翁家山、南高峰南侧地下径流。覆盖型岩溶水主要分布于南高峰向斜构造东西两翼的龙井流金桥岩溶带、满觉陇岩溶带第四系堆积物之下，其天然水位埋深约2～10米，岩溶水补给条件较好。
　　3.烟霞洞东侧洞壁共发育多处渗水裂隙，其中4条（DL2、DL3、DL4、DL5）为主要渗水裂隙;3个渗水点（DS1、DS1-1和DS3）为洞壁佛龛主要渗水点，渗水量较大，雨季渗水以涓流出现;3个渗水点（DS2、DS4、DS5）基本闭合，一般雨天无明显渗水，但持续雨天或暴雨后，渗水明显，停滞水时间长，渗水点长期较湿;3个渗水点（DS6、DS7、DS8）雨天滴水明显，滴速较块，消逝亦较快。
　　4.烟霞洞西侧渗水裂隙主要发育于龛顶}同壁，雨季渗水严重，渗水形式以滴水为主，局部渗水汇流成涓流、渗流形式。3个渗水点（XS5、XS6和XSl0）为洞壁佛龛主要渗水点，渗水量较大，雨季渗水以涓流出现;4个渗水点（XS1、XS8、XS9、XS12）基本闭合，一般雨天无明显渗水，但持续雨天或暴雨后，渗水明显，停滞水时间长，渗水点长期较湿;8个渗水点（XS2、XS3、XS4、XS5、XS6、XS7、XS10、XS11）雨天渗水点滴水明显，滴速较块，消逝亦较快。
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