1、1无损技术在北庭西大寺盐分分布调查中的应用研究内容摘要：北庭西大寺遗址位于新疆昌吉回族自治州吉木萨尔县。该遗址目前存在局部坍塌、表面严重风化、盐害等许多病害，盐害的发展进一步加剧了局部坍塌和表面风化病害的扩展。本文通过现场取样实测，并结合高密度电法和红外热成像技术分析了西大寺东墙盐分分布规律，结果表明，盐分主要分布在墙体底部，且随墙体高度的升高逐渐降低。高密度电法和红外热成像技术在土遗址盐分调查中的应用，对土遗址病害调查和无损检测分析具有重要意义。 关键词：盐害；无损技术；土遗址；红外热成像；高密度电法 中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：1000-4106（2013）01-0
2、056-04 一 前言 北庭西大寺遗址（又名“高昌回鹘佛寺” ）位于新疆昌吉回族自治州吉木萨尔县，是全国重点文物保护单位即北庭故城遗址的附属建筑。1979 年 7 月至 1980 年 7 月对该遗址进行了两次发掘，主要发掘清理了遗址东侧上、下两级洞窟及正殿南面的五座配殿，南部配殿建筑群中的庭院、平台、库房、僧房和小型配殿，找出了正殿及其西南及北外侧洞窟的轮廓，使该寺院遗址的基本布局和结构得以明确1。 西大寺遗址全部采用 0.50.20.1m 的土坯砌于夯土台基上。平面总体呈长方形，南北残长 70.50m，东西宽 43.80m。目前该遗址存在土坯2结构滑移、局部坍塌、表面严重风化、盐害等许多病害
3、。盐害的发展进一步导致了局部坍塌和表面风化病害的扩展。对于土遗址中盐害问题的研究较多，大多认为盐分在土遗址中的分布主要集中在遗址底部，且随着高度呈现降低的趋势，对土遗址危害较大的盐分主要有硫酸钠和氯化钠2。目前红外热成像技术已广泛应用于电力、材料、医学、建筑、农业等领域3-9，在土遗址保护研究中应用相对较少10。高密度电法技术目前主要应用于水利水电、工程勘察等工程领域11-12，在考古中也有一定的应用13。本文通过对西大寺东墙土体中不同高度和深度盐分测试，利用高密度电法和红外热成像技术对盐分分布进行了无损调查。通过调查发现，红外热成像和高密度电法测试能很好地与现场取样测试结果吻合，因此这两种技
4、术在土遗址病害调查中的应用，对土遗址的无损调查研究具有重要意义。 二 西大寺盐害调查 2.1 取样位置测试方法 通过现场调查，在盐害较为严重的东墙南段进行取样分析（图 1） ，共取 7 个盐分样品，取样间隔从下至上为 20cm。利用美国戴安公司生产的离子色谱仪（2CS-90 Ion chromatography system）进行了易溶盐测试。 2.2 盐分测试结果 表 1 为盐分测试结果，从表 1 可以看出，西大寺东墙土体内阴离子主要以 NO-3 为主，含量最高，SO2-4 和 Cl-含量相对偏少；阳离子仍以Na+和 Ca2+含量最高。图 2 为土体中含盐量随高度变化曲线图，从图中可3以看出
5、易溶盐含量从地面向墙体顶部逐渐减少。 三 高密度电法测试 3.1 测试方法及测试地点 为了调查盐害区域地层中盐分和水汽的分布，特进行了高密度电法测试。选用青岛骄鹏工程技术研究所的 GeoPen E60M 型高密度电法仪，电极排根据文物保护的特点自行研制，测试方法采用施伦贝格装置形式（图 3） 。 在现场共设置了三条测试剖面，在取样点 BTXS YF-1 处设置了两条剖面，一条垂直于地面（A 剖面） ，一条平行于地面（B 剖面） ；在墙体顶部设置了第三条剖面（C 剖面） 。其中 A 剖面总电极为 12 个，电极间距为10cm；B 剖面总电极为 12 个，电极间距为 10cm；C 剖面位于墙体顶部
6、，总电极为 36 个，电极间距也为 10cm。 3.2 高密度电法测试结果及分析 根据现场实测数据，进行墙体电阻率反演计算，A、B、C 三个剖面反演的电阻率剖面分别为图版 25、26、27。 电阻率剖面图表面，从 A 剖面图中可以看出盐分在表面分布较多，向下存在盐分降低的趋势，但整个剖面电阻率都很低，说明该剖面范围内盐分含量较高。 从 B 剖面图可以看出，表面电阻率较低，说明在表面存在的盐分和水分较多。电阻率向内升高，说明土体内部盐分和水分含量较低。 C 剖面位于墙体顶部，从图中可以看出，表面呈现电阻率，经现场实地查看后，表面土体下为一层平铺的砖墙。砖下面出现低电阻，墙体顶4部含盐量较低，向下
7、含盐量和水分含量逐渐增加。 四 红外热成像测试 4.1 测试仪器及方法 本次试验采用设备为杭州美盛红外光电技术有限公司生产的Research-N2 红外热成像系统，主要由红外热像仪和相应的计算机软件以及通讯网络组成。探测器工作波段为 8-14m，测温精度为1。用红外热像仪采集被测目标的温度图像数据，通过必要的接口传输到计算机，实现现场对检测目标的红外图像和温度数据变化进行快速检索和分析处理。 在盐分取样位置对整个区域进行红外测试，测试时，对环境温湿度也进行测量。由于西大寺修建了保护棚，所以测试部位的环境温湿度比较平稳。红外测试时棚内相对湿度为 55%，温度为-1。 4.2 测试结果分析 选择盐
8、分取样所在区域，调节红外热像仪与待测区域之间距离，固定仪器后即可进行检测，利用现场测试实时图像可以观察表面温度的差别。 图版 28 显示，墙面水平方向上，即在距地面同一高度处，温度变化比较一致，基本呈直线状（图 4） 。底部温度（直线 LO1）在-1，和环境温度一致。顶部（直线 LO3）温度在-3，较环境温度低。在垂直方向上（图版 29、图 5）温度从底面向上呈线性降低趋势，且三条直线降低趋势一致。 根据现场实测结果，墙体底部易溶盐含量明显高于顶部，在整个墙5体中呈现从底部到顶部的线性减小趋势。实测红外图像显示的表面温度从底部向顶部逐渐降低，且呈现线性变化趋势。因此，可以利用红外热成像系统进行
9、土体中盐分分布的无损调查。 五 结语 （1）北庭西大寺墙体中盐分分布呈现底部含量高，顶部含量低的趋势。含盐量最高达 6.3%，主要为硝酸盐。 （2）高密度电法测试证明墙体内盐分表面含量高，向内易溶盐含量逐渐降低。 （3）红外热成像系统验证了表面土体中盐分的分布趋势。 （4）高密度电法测试和红外热成像测试这两种无损分析方法将会在土遗址保护中得到广泛的应用，但其应用方法还有待进一步研究。 参考文献： 1中国社会科学院考古研究所. 北庭高昌回鹘佛寺遗址R. 辽宁美术出版社，1991. 2王旭东. 中国西北干旱环境下石窟与土建筑遗址保护加固研究D.兰州：兰州大学博士学位论文，2002. 3袁宏永，赵建
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