甘肃地区砂岩石窟孔洞状风化病害特征研究

作     者：覃一伦 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谌文武;裴强强

授予年度：2023年

学科分类：1304[艺术学-美术学] 0601[历史学-考古学] 13[艺术学] 060107[历史学-文化遗产与博物馆] 06[历史学] 060109[历史学-专门考古] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：砂岩石窟 孔洞状风化 病害 演化过程 

摘      要：孔洞状风化是一种广泛分布于世界各地石质文物上的表层风化病害,文物保护行业标准《石质文物病害分类与图示》(WW/T 0002-2007)中将其与表面粉化剥落、表面泛盐等其他五种病害定义为由于外界自然因素的破坏作用而导致的石质文物表面病害。本文基于甘肃省科技重大专项计划项目“砂岩石窟寺防风化技术研发与应用示范(项目编号:18ZD2FA001),选取甘肃地区18处砂岩石窟与1处砂砾岩石窟作为研究对象,以文献查阅与野外调查为主、XRD分析为辅的研究方法,力图探究孔洞状风化在砂岩中的病害表现特征,并解释其演化过程。本文得到主要结论如下:(1)甘肃省砂岩石窟发育的孔洞状风化可分为顺层型和裂隙型。顺层型孔洞状风化是指孔洞状风化分布基本与地层层理走向一致,是普遍的发育模式,通常最开始形成于沉积层理的不同干燥中心,成排分布;裂隙型孔洞状风化是指沿着裂隙发育的孔洞状风化,是一种较为少见的发育模式。(2)孔洞状风化大都发育在崖体南面或者东面,这是因为东南面比西北面日照多,蒸发量大,更容易遭受盐结晶破坏和冻融作用影响。潮湿地区孔洞内以粉化剥落为主,温差大干燥地区以鳞片状剥落为主。(3)通过对比XRD试验分析,孔洞状风化重点表现为胶结物和粘土矿物的流失,结合显微镜观察发现,盐晶在其中发挥了重要作用,破坏胶结物填充孔隙,大的颗粒相较于小颗粒先剥落。(4)对孔洞状风化发育地区石窟病害与环境影响因子进行典型相关分析和主成分分析,整体受岩性和水两方面的影响比较大。岩性具体表现在粒径方面,孔洞状风化更易在细砂岩区(0.1-0.25mm)发育。水的影响主要体现在代表极端降水情况的累年日降水量≥25.0mm日数和代表持续降水情况的累年降水量两项指标为主要影响因素。(5)孔洞状风化演化过程可分为三步,第一步为初始发育阶段,此阶段经过各种环境的综合作用后,砂岩表面颗粒选择性脱落,开始在合适的岩层初具雏形。第二阶段为发展阶段,此时随着内部的破化,发育愈来愈快,逐步的向四周扩展,或贯通,或崩塌,差异性风化明显。第三阶段即是消亡同是新生阶段,此阶段老的孔洞状风化已经剥落,新露头的岩石有开始了新一轮的选择性差异风化。