摘要: 2020年5月22日，首都博物馆何海平研究员以“馆藏石质文物科学保护与案例”为题，通过网络会议的形式为我院师生带来精彩演讲。本次讲座的主要内容分为四部分，分别是石质文物的概念和分类、石质文物保护方法、北京孔庙进士题名碑病害及防治技术研究和首都博物馆乾隆御制碑保护。一、石质文物的概念和分类由石材构成的文物称为石质文物，其基本定义是指历史 ...

2020年5月22日，首都博物馆何海平研究员以“馆藏石质文物科学保护与案例”为题，通过网络会议的形式为我院师生带来精彩演讲。本次讲座的主要内容分为四部分，分别是石质文物的概念和分类、石质文物保护方法、北京孔庙进士题名碑病害及防治技术研究和首都博物馆乾隆御制碑保护。

一、石质文物的概念和分类

由石材构成的文物称为石质文物，其基本定义是指历史遗留的以天然石材为原料，经过人类加工改造过的具有历史、艺术、科学价值的遗物和遗迹。从定义可以看出，石质文物主要由岩石构成，按照材质可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，按照功用又可分为石质工具、用具类文物，石质文物建筑和石刻石碑类文物。下面主要介绍按材质的三种石质文物类型。

岩浆岩又称火成岩，是指由岩浆冷凝固结而成的岩石，主要由火山材料组成。这种类型的石质文物非常多，例如北京延庆古崖居和埃及方尖碑，它们均由岩浆岩组成，质地非常坚硬。

左图为北京延庆古崖居 右图为埃及方尖碑

沉积岩指在地表或者近地表处，在常温常压的调节下，由地壳分化剥蚀作用、生物作用或火山作用所提供的一些碎屑物质和溶解的化学物质，经搬运、沉积、成岩等一系列地质作用而形成的岩石。代表性例子有云冈石窟和埃及阿布辛贝神庙。

左图为云冈石窟 右图为埃及阿布辛贝神庙

变质岩是指岩石在地下特定的地质环境中，由于物理、化学条件的改变，使其组成成分和结构发生了明显的变化。经过这样的变质作用形成的新岩石称为变质岩。变质岩是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种岩石自然变质成另外一种岩石，质变可能是重结晶，纹理改变或颜色改变，如大理石就是一种变质岩。代表性例子有北京云居寺石经山的雷音洞和雅典卫城神庙。

左图为北京云居寺石经山的雷音洞 右图为雅典卫城神庙

二、石质文物保护方法

石质文物保护就是最大限度地、长久地保护文物本本身的完整性，使文物的历史、科学、艺术价值能永远保持下去。石质文物保护科学就是应用自然科学手段，借助于先进的石质文物保护技术，对石质文物进行调查研究及保护修复，使它们的风化变质速度降到最低。石质文物保护科学首先要运用现有的科学技术探索出解决难题的新方法，发现各种材质的石质文物保护的特有规律，才能够攻坚克难、救助文物。因此，文物保护要先探清它的风化机理。石质文物保护的基本原则是不改变文物的原貌，此外还有最小干预原则、相容性原则、可再处理原则、与环境统一原则、预防性保护原则等。

石质文物的风化主要有内因和外因。其中，内因包含石质文物的石材化学组成的影响、石质文物石质结构的影响、石质文物石材胶结物的影响和石窟寺建造受地质地理条件的影响。外因就是环境因素，包括邻近地区的气候状况，也包括空气中的一些污染物。我国很多地区的空气质量不容乐观，空气中含有大量的氮氧化物和硫氧化物，直接影响石质文物的寿命。此外，文物区周边地带的生产生活状况也间接影响文物，如龙门石窟文物区内有铁路穿过产生震动，周边的采石场爆破震动也较为强烈，已经引起了一部分岩体崩落。敦煌莫高窟在大地构造的位置属北山断块带的南缘，新构造运动较活跃，是地震活动的频繁地带，对莫高窟的危害比较大。

石质文物环境作用机理的风化被称为三大风化，指物理风化、化学风化和生物风化。物理风化是物理因素对石质文物的破坏，包括水、温度、风砂、盐的结晶与潮解、溶盐的晶变等。化学风化是指水溶液与石材中的矿物进行化学反应，使石材逐渐分解。生物风化是指由于生物活动而对岩石造成的破坏，在高温高湿环境下其作用非常明显。生物风化又分为机械风化和化学风化，如石质文物上生长的植物根系对石材的挤压就是一种机械风化，生物产生的化学物质造成的反应就是化学风化。

这里重点介绍水对石质文物的影响。水在石质文物中以冰、液、汽三种状态存在，并且三种状态随温度变化相互转变，这种转化将对石质文物产生影响。当水变成冰或蒸汽时，体积增大，进而造成石质文物内应力增加而开裂或剥落。这是水在物理风化中产生的作用。化学反应也需要有水的参与，环境中的有害气体与石质文物无法直接发生化学反应，只有与水结合形成溶液后才能对石质文物发生化学反应。生物风化更需要水，生物的生长离不开水，无论是微生物的破坏还是一般生物的危害都是通过生物的生长过程导致的。如图所示，这是北京孔庙111号和112号石碑，碑旁有棵大树，早年没有棚子的时候有局部被大树遮挡，对比可以看出遮挡处和未遮挡处碑面文字不同的清晰程度。

北京孔庙111号和112号石碑

左图为111号石碑正面照 右图为112号石碑正面照

三、北京孔庙进士题名碑病害及防治技术研究

这是当时的博士论文题目。首都博物馆的旧址是北京孔庙，它是1988年公布的第三批全国重点文物保护单位，为研究元明清时期祭祀孔子的仪式以及科举制度等提供了重要的实物资料。孔庙所存的进士题名碑共有198通，记录进士51624人，是研究中国古代科学制度重要的文献资料。但这些题名碑已经出现疏松、裂纹、剥落、风化等严重病害，处于亟待保护的状态。保护的技术路线是先做调查，包括进士题名碑的本体、环境和相关文献记载；其次是对石质文物本体和周围环境进行采样分析；最后是研究其风化机理，建立文物档案，研究保护材料。

北京孔庙进士题名碑

北京孔庙进士题名碑分布图

根据调查，粉化剥落的病害有159通碑，裂隙的64通，断裂的37通，起翘的56通，片状剥落的38通，表面污染的170通，不当修复的30通，局部缺失的20通，倾斜的8通。

在样品的采集中也有一些需要注意的原则。首先，要在背面没有字迹的地方取少许风化严重样品；其次是采集的样品都为即将风化剥落的残片；第三，采集部位应该是距离碑座高度有1-1.5米之间的区域；最后，样品应该尽可能小，能达到分析仪器需要的下限即可。

进士题名碑主要由大理岩、粉砂岩、泥质石灰岩组成，其中大理岩主要产自大石窝镇，根据检测含有化学成分为碳酸钙的各种晶体，容易被酸雨风化。

在环境检测分析中，对北京不同时期的雨水和雪水的pH值进行采集、检测。检测结果显示，在一天内先后进行的两次采集中，初期的酸性更强一些。通过对环保局发布的数据可知全市酸雨概率为25.5%，频率较高，这对石灰岩、大理岩的危害非常大。另外，对孔庙室内外的温湿度进行监测后发现，相对湿度的波动特别大，而温度的变化呈周期性。

根据以上检测推测石碑的风化机理主要有两点，一是酸雨的侵蚀，二是温湿度的周期性变化。相应的，这项工作还对进士题名碑进行管理数据库的设计与初步实践，对加固材料进行研究。最终确定下进士题名碑的保护方案，包括碑身清洗、加固处理、断裂石碑的粘接、石碑缺失的修补、石碑环氧树脂流挂及油漆等污染的清除、剔除所有修复用水泥并使用石质文物修补退浆修复、外露铁扒锔置换，对倾斜石碑进行校正、隔水防潮处理和封护处理。

以上就是保护方案的基本形成过程。

四、首都博物馆乾隆御制碑保护

乾隆御制碑由碑座、碑身和碑帽组成，最初移到首都博物馆时，用钢化玻璃罩住安置在北广场东侧保护。对该碑的保护工作源于三方面的因素，一是石碑本体的通风孔内有灰尘，二是钢化玻璃安全性问题，三是专家们的质疑。

对石碑强度进行评估。采用ZBL-500型非金属超声波检测仪测试石碑内超声波的波速值，采用ZC5型回弹强度仪测试回弹强度值，并根据实验室模拟实验得到汉白玉抗压强度与超声波速、回弹强度值的拟合公式。

对石碑裂缝进行深度检测。采用ZBL-500型非金属超声波检测仪测试石碑内超声波波速值，通过波速的变化来检测石碑内部的结构，如石碑内部是否有空洞或裂缝。

采用胶带结合力试验测试石碑表面测点的酥粉质量，再参考混凝土表面损伤层厚度的检测方法对风化层厚度进行测试。

乾隆御制碑的主要病害有严重的积尘现象、结垢、脏污、锈迹、起皮、裂隙和轻微风化等。但御制碑的整体性保存较为完整，未出现严重的脱落与缺损现象。石碑受自身重力引起的抗压强度远小于估算的石材现有的抗压强度值，石碑整体处于结构安全状态。检测结果表明，玻璃罩对乾隆御制碑有较好的保护作用。

根据检测结果，制定了保护工程的具体内容，包括搜集当年的资料图片、打开玻璃罩并拆除旧钢架、采样分析、无损分析、三维激光扫描、超声波检测、拓片、表面清洗、钢架安装、玻璃安装和外部装饰。

工程中的难点问题主要有时间紧，施工周期在11月至12月份，温度达到零下，影响工程进度。应对措施是周密计划，严定死守，检测设计精准，所有部件都不在现场施工，只在现场从事安装。

修复后的北侧（左图）和南侧（右图）

工程实施后的保护优势主要表现为以下几点：首先，新的玻璃为超白、防眩光玻璃，自爆率比钢化玻璃更低，并在玻璃夹层增加防紫外膜；其次，在靠近竹林的南侧开门，便于以后石碑的保护且不妨碍观展；再者，对石碑环境进行监测，为今后馆藏石质文物的保护提供依据；最后，对现有铝合金折叠梯子进行改造，方便以后石碑的保护。

以上案例的工作启示是：石质文物保护最关键是防水、防酸雨等；乾隆御制碑十年来风化没有加剧，保护罩对石碑有较好的保护作用；冬季采用丙酮清洗石刻具有良好的效果。

本文已经何海平老师审阅

文稿/巨洒洒

编辑/曹芳芳

审核/胡 钢

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