本文摘要：摘要在石窟寺的保護(hù)工作中，裂縫水害對(duì)石窟文物的影響是廣泛且嚴(yán)重的。地球物理勘探技術(shù)依據(jù)不同的巖體構(gòu)造及不同的巖石物性所產(chǎn)生的物理場(chǎng)來(lái)了解巖體的裂隙特征，具有無(wú)損高效的優(yōu)勢(shì)，是石窟寺等巖體文物的保護(hù)工作基
摘要在石窟寺的保護(hù)工作中，裂縫水害對(duì)石窟文物的影響是廣泛且嚴(yán)重的。地球物理勘探技術(shù)依據(jù)不同的巖體構(gòu)造及不同的巖石物性所產(chǎn)生的物理場(chǎng)來(lái)了解巖體的裂隙特征，具有無(wú)損高效的優(yōu)勢(shì)，是石窟寺等巖體文物的保護(hù)工作基礎(chǔ)。本文通過(guò)廣泛調(diào)研，系統(tǒng)地總結(jié)了探地雷達(dá)技術(shù)、電法勘探技術(shù)、核磁共振技術(shù)等多種常用的地球物理探測(cè)手段在巖體文物裂縫探測(cè)中的相關(guān)工作，歸納了在石窟寺裂縫探測(cè)應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題及解決方案。本文的研究?jī)?nèi)容不僅在石窟寺的保護(hù)研究與修復(fù)加固工作中具有重要意義，也有利于地球物理探測(cè)技術(shù)在石質(zhì)相關(guān)文物保護(hù)工作中的推廣與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞石窟寺;巖體裂縫;地球物理探測(cè);文物保護(hù)
引言石窟寺屬于古代廟宇建筑，建造時(shí)通常就著山勢(shì)，從山崖壁面向內(nèi)部縱深開鑿，是最古老的佛教建筑形式。石窟寺遺跡集建筑、雕塑、壁畫、書法等藝術(shù)于一體，是悠久歷史的印記與見(jiàn)證，也是極為寶貴和豐富的歷史文化遺產(chǎn)，具有極高的藝術(shù)價(jià)值和研究?jī)r(jià)值。
但由于建立時(shí)代的久遠(yuǎn)，經(jīng)過(guò)千百年來(lái)風(fēng)吹日曬、冰雪凍融以及人為因素等多種影響，石窟寺巖體不斷的發(fā)生變形、破裂與錯(cuò)位，雕像表面巖體發(fā)生滑移、脫落、垮塌等，從而產(chǎn)生了表現(xiàn)程度各異、類型復(fù)雜多樣的文物病害(李耀華，2012)。2020年5月11日，習(xí)近平同志考察了大同云岡石窟歷史文化遺產(chǎn)的保護(hù)工作，并指示堅(jiān)持保護(hù)第一，在保護(hù)的基礎(chǔ)上研究利用好。
2020年11月4日，為落實(shí)習(xí)總書記的關(guān)于石窟寺保護(hù)利用工作的重要指示精神，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)石窟寺保護(hù)利用工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，指出到2022年，石窟寺管理體制機(jī)制創(chuàng)新取得重要進(jìn)展，重大險(xiǎn)情全面消除。在眾多文物病害中，裂隙病害是石窟寺較為普遍而廣泛存在的病害類型，裂隙的延伸并相互交切，會(huì)導(dǎo)致石窟邊坡巖體的失穩(wěn)，進(jìn)而危及參觀人員的生命安全。同時(shí)，裂隙病害與其他病害相互聯(lián)系，它可能是其他病害形成的根源，也可能是其他病害產(chǎn)生的結(jié)果。
因此，在對(duì)石窟巖體表層裂隙病害及分布特征探測(cè)的基礎(chǔ)上，開展石質(zhì)文物的保護(hù)研究與修復(fù)加固工作尤為重要。如何盡量避免在裂隙檢測(cè)過(guò)程中對(duì)已經(jīng)很脆弱的文物本體再次造成損壞，成為當(dāng)前文物保護(hù)工作亟待解決的問(wèn)題。地球物理探測(cè)技術(shù)具有無(wú)損高效的優(yōu)勢(shì)，在評(píng)估巖石結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律、巖石內(nèi)部的裂隙構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)、巖石的地球物理屬性(含水量、孔隙度等)和地下水地質(zhì)因素的動(dòng)力學(xué)機(jī)制等方面均取得了較好的應(yīng)用效果。針對(duì)石窟寺文物裂縫探測(cè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外也有一些良好的應(yīng)用實(shí)例，本文就地球物理裂縫探測(cè)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，分析了多種方法的探測(cè)能力，并針對(duì)石窟寺裂縫地球物理探測(cè)應(yīng)用總結(jié)了目前存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方案。
1.常用石質(zhì)文物裂隙地球物理探測(cè)技術(shù)
地球物理探測(cè)方法的探測(cè)深度、探測(cè)精度及探測(cè)條件不盡相同。目前，在巖體裂縫探測(cè)中的常用地球物理手段，主要包括探地雷達(dá)技術(shù)、電法和低頻電磁法勘探技術(shù)、核磁共振技術(shù)、聲波或彈性波探測(cè)技術(shù)、綜合測(cè)井技術(shù)等(黃繼忠等，2011;朱軍昌，2013)。
1.1探地雷達(dá)技術(shù)
探地雷達(dá)(GroundPenetratingRadar，簡(jiǎn)稱GPR)是一種非破壞性、高分辨率、定位準(zhǔn)確的高頻電磁波探測(cè)技術(shù)，具有探測(cè)結(jié)果圖像實(shí)時(shí)顯示、方便快速等優(yōu)點(diǎn)。理論上，探地雷達(dá)的探測(cè)分辨率為波長(zhǎng)的四分之一，如果采用如450MHz主頻率的信號(hào)，在平均波速為0.13m/ns的情況下，理論上就可以探測(cè)到毫米級(jí)的裂縫。
數(shù)值模擬是理解系統(tǒng)物理行為的一種實(shí)用而可靠的方法，我們分別建立了二維的充水裂隙模型和雙層介質(zhì)模型，圍巖的相對(duì)介電常數(shù)為12，裂隙的孔徑為2mm，相對(duì)介電常數(shù)是31，分界面與裂縫在同一深度(深度為1m)，第一層介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為12，第二層的相對(duì)介電常數(shù)為31，兩個(gè)模型的深度都為1.5m，寬1m，使用主頻是450MHz的雷克子波，基于有限差分方法分別對(duì)上述模型進(jìn)行正演模擬，得到兩個(gè)模型的單道雷達(dá)波反射波形對(duì)比圖，從反射的波形圖可以觀察到，2mm的充水裂縫的雷達(dá)波響應(yīng)可以被探測(cè)到，但是與雙層介質(zhì)模型分界面的反射波振幅相比較小。
亞米級(jí)波長(zhǎng)的電磁波能夠響應(yīng)毫米級(jí)孔徑的裂縫，這是因?yàn)榱芽p填充物和圍巖之間存在強(qiáng)烈的電性差異，并且裂縫壁內(nèi)部產(chǎn)生多次反射(薄層響應(yīng))，薄層反射的電磁波被多次內(nèi)反射進(jìn)而產(chǎn)生的相消干涉和相長(zhǎng)干涉所干擾，這也使得即使孔徑較小的裂縫在探測(cè)結(jié)果中的響應(yīng)依然不容易被噪聲干擾，所以利用探地雷達(dá)探測(cè)的裂縫的結(jié)果往往具有較高的分辨率，經(jīng)常被應(yīng)用在水文地質(zhì)、礦產(chǎn)資源及核廢料保護(hù)等裂縫探測(cè)相關(guān)問(wèn)題的研究上(曾昭發(fā)，2006;Daniels，2006)。Vickers,etal.,(1975)在對(duì)北美墨西哥州的科峽谷印第安遺跡勘探過(guò)程中，首次使用了探地雷達(dá)技術(shù)，這也是探地雷達(dá)在考古與文物保護(hù)領(lǐng)域中的首次應(yīng)用，自此關(guān)于探地雷達(dá)技術(shù)在考古方面的應(yīng)用便屢見(jiàn)不鮮(Quarta,etal.,2002;Novo,etal.,2013;Leucci,etal.,2013)。
根據(jù)探地雷達(dá)對(duì)龍泓洞探測(cè)結(jié)果的同相軸不連續(xù)特征與反射點(diǎn)的位置,陳愛(ài)云和方云(2003)確定了浙江省杭州市飛來(lái)峰造像區(qū)巖體的主要病害為裂隙的侵害，而水沿裂隙滲入內(nèi)部則是石質(zhì)文物破壞的主要原因。李銀真等(2006)采用探地雷達(dá)對(duì)山西平遙古城已有部分路面和墻體裂縫進(jìn)行了探測(cè)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到墻體內(nèi)部清晰的雷達(dá)剖面圖，為檢測(cè)鑒定工作提供了詳細(xì)的地質(zhì)資料。
通過(guò)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)多個(gè)工區(qū)進(jìn)行工程勘查，從地質(zhì)雷達(dá)圖像的波形、頻率、振幅、相位及電磁波能量吸收情況(或自動(dòng)增益梯度)等細(xì)節(jié)特征的變化規(guī)律出發(fā)，肖宏躍等(2008)建立了典型地質(zhì)現(xiàn)象與地質(zhì)雷達(dá)特征圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系,為地質(zhì)雷達(dá)圖像的解釋工作提供重要判斷依據(jù)。Zhouetal.,(2017)提出了一種利用介質(zhì)內(nèi)部多次反射的原理來(lái)估計(jì)地下充水裂縫寬度的方法。利用圓柱介質(zhì)模擬巖石裂縫，基于射線延伸原理，分析了圓柱介質(zhì)的電磁散射模型的能量傳遞及路徑。
結(jié)果表明在圓柱體內(nèi)部的電磁波傳播的路徑長(zhǎng)度與圓柱體直徑的比值為奇數(shù)時(shí)，探地雷達(dá)接收器會(huì)接收到爬行波;當(dāng)比值偶數(shù)時(shí)，接受到射線的折射波，聚焦于徑向。得出了圓柱體內(nèi)部路徑長(zhǎng)度是直徑距離的倍數(shù)的結(jié)論來(lái)估計(jì)圓柱體的寬度，利用該結(jié)論可使用探地雷達(dá)直接探測(cè)巖體含水裂縫的寬度。Sassenetal.(2009)提出了基于地震屬性相干的極化探地雷達(dá)成像算法和基于薄層模型的對(duì)透射數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域全波形反演，極化相干屬性有助于確定裂縫的位置和三維連續(xù)性，而反演則定量地確定裂縫孔徑和充填介質(zhì)的電磁特性。
Justineetal.,(2020)針對(duì)核廢料的儲(chǔ)存庫(kù)裂縫泄露問(wèn)題，評(píng)估了探地雷達(dá)在毫米級(jí)裂縫探測(cè)中的能力。在瑞典某海下核實(shí)驗(yàn)室通道采用多種頻率的天線進(jìn)行GPR的平面測(cè)量，探測(cè)結(jié)果與圍墻可見(jiàn)裂縫及3個(gè)鉆井?dāng)?shù)據(jù)所建立的三維裂縫統(tǒng)計(jì)密度模型進(jìn)行對(duì)比，在1~10m2裂縫范圍內(nèi)，GPR探測(cè)到全部?jī)A角小于25°的所有裂縫的42%，而對(duì)于傾角小于25°的開裂縫，GPR的探測(cè)率達(dá)到80%，另外，識(shí)別的裂縫大小也與實(shí)際的建立裂縫密度模型近似。
該研究表明了，GPR在非常適合進(jìn)行近水平的亞毫米級(jí)裂縫探測(cè)工作。Pujarietal.,(2014)利用GPR對(duì)印度馬哈拉施特拉的阿旃陀洞裂縫情況進(jìn)行了探測(cè)，經(jīng)過(guò)處理的GPR的結(jié)果，不僅支持了迄今所持有的對(duì)穴下關(guān)于玄武巖中具有強(qiáng)烈異質(zhì)性的觀點(diǎn)，而且也解釋了回旋水在玄武巖中出現(xiàn)及其運(yùn)動(dòng)的不確定性。
研究表明，在阿旃陀洞穴中發(fā)現(xiàn)的任何滲漏都是裂縫且連通的。除此之外，采用全波形反演實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)的重建，探地雷達(dá)還能提供建筑結(jié)構(gòu)的高分辨率圖像，進(jìn)而推斷可能影響建筑的裂縫。實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于混凝土和灰泥的典型介電常數(shù)和電導(dǎo)率值，可以探測(cè)到材料的物理特性并檢測(cè)小于1毫米厚的裂縫。通過(guò)不同配置的非鋼筋混凝土和石膏測(cè)試板實(shí)驗(yàn)，也表明了探地雷達(dá)具有以下良好的潛力：
(1)在建筑物或藝術(shù)品中提供全面的斷裂響應(yīng)模型;(2)根據(jù)電磁特性對(duì)樣品進(jìn)行非侵入性表征。Daniloetal.,(2003)對(duì)位于意大利中部教中世紀(jì)的堂科萊馬喬大教堂外墻結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和修復(fù)項(xiàng)目的初期階段進(jìn)行了探地雷達(dá)的探測(cè)調(diào)查，在確定墻體厚度、具有方石飾面和瓦礫芯的砌體的變形及破損、檐口的形式和位置判定等方面都得到了較為滿意的結(jié)果，探地雷達(dá)調(diào)查對(duì)于評(píng)估墻體的保護(hù)狀態(tài)具有非常重要的意義。許多研究也證明，探地雷達(dá)是研究和保護(hù)具有較高文化和歷史價(jià)值古代建筑的理想無(wú)損探測(cè)方法(García,etal.,2007;Persico,etal.,2014;Yalçıner,etal.,2019)。
1.2電法探測(cè)技術(shù)
電法探測(cè)技術(shù)中的許多方法都被廣泛地應(yīng)用于巖體裂縫探測(cè)中，其中常用的包括電阻率測(cè)深法、電剖面法、高密度電法、自然電場(chǎng)法、頻域電磁法和電阻層析成像等。電阻率法常用于巖石表層裂隙的調(diào)查;應(yīng)用聯(lián)合剖面法可以確定斷裂帶的位置;高密度電法集中了常規(guī)的電測(cè)深和電剖面法的優(yōu)點(diǎn)，能夠揭示基巖沿測(cè)線地下各斷面的垂向電性差異和橫向電性差異;自然電場(chǎng)法是通過(guò)觀測(cè)和研究自然電場(chǎng)的分布來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題的一種勘探方法(黃繼忠和任建光，2011)。電阻層析成像法則是被用于地下勘探問(wèn)題最廣泛的地球物理技術(shù)之一。
在最近幾年，這種方法已被證明是一種有效的探測(cè)手段，它不僅可以監(jiān)測(cè)墻壁的退化狀態(tài)和歷史建筑的地基，而且也可對(duì)加固的注漿空間(如歷史遺跡墻體)分布進(jìn)行成像。在莫高窟的保護(hù)工作中，Liuetal.(2020)通過(guò)人工降雨模擬實(shí)驗(yàn)和高密度電法無(wú)損探測(cè)，研究了降雨入滲與墻面涂料被損壞之間的關(guān)系。結(jié)果表明，石窟上方覆蓋層徑流系數(shù)較小，降雨滲透量遠(yuǎn)大于徑流量。
雨水以液體和氣體形式沿巖石裂隙或通過(guò)洞檐與巖石之間的縫隙運(yùn)移，這是引起巖畫鹽漬損傷和變質(zhì)的主要機(jī)制。在云岡石窟的保護(hù)工作中，賈苓希(1963)和方玉禹等(1965)應(yīng)用電剖面法發(fā)現(xiàn)了在多個(gè)窟頂巖體存在尺寸規(guī)模較大的裂隙;煤炭科學(xué)院西安物探研究所(1988)采用自動(dòng)電阻率系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)18、19窟頂有發(fā)育三條規(guī)模較大的裂隙發(fā)育帶;建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院(2004)根據(jù)破碎裂隙帶充水前后電阻率差異，采用二維和三維高密度電阻率法發(fā)現(xiàn)并追溯了窟頂破碎含水區(qū)和泥巖滯水區(qū)。
李宏松等(2010)采用微電極高密度電法探測(cè)系在云岡石窟對(duì)文物進(jìn)行探測(cè)，在電阻率剖面中也發(fā)現(xiàn)了節(jié)理裂隙。在重慶大足石刻的保護(hù)工作中,鐘世航(2004)成功地用電阻率微分電測(cè)深法探測(cè)了裂縫和止水注漿液的注入深度。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)(2002)采用高密度和自然電位方法查明了主要控水構(gòu)造裂隙的平面分布規(guī)律,地下含水帶(層)的空間分布格局,為滲水防治工程提供依據(jù)。
河南龍門石窟研究院(2010)采用高密度電阻率，聯(lián)合淺層地震和探地雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，確定了潛溪寺區(qū)域的滲漏機(jī)理和滲漏通道。Zeidetal.(2010)利用電阻率層析成像方法監(jiān)測(cè)歷史建筑物的墻壁和地基的退化狀態(tài)，以及在工程修復(fù)中確定砂漿的空間分布和加固效果。在意大利中部佩魯賈的蒙特佩特里奧洛歷史教堂墻壁進(jìn)行了三維電阻率層析成像調(diào)查和灌漿前后墻壁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，定量確定了砂漿填充區(qū)域的空間分布，建立了電阻率和孔隙率之間的相關(guān)關(guān)系，確定注入砂漿的單位體積，結(jié)果令人滿意。
1.3聲波勘探技術(shù)
由于巖石與聲波之間存在關(guān)聯(lián)，在類似石窟寺等石質(zhì)文物的保護(hù)工作中，可以利用超聲波來(lái)測(cè)量巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度變化，進(jìn)而得到石質(zhì)文物內(nèi)部的裂縫情況。利用聲波層析成像技術(shù)，何發(fā)亮等(2001)對(duì)瀘定橋東橋臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損探測(cè)，解釋了橋體裂縫病害狀況及產(chǎn)生的原因，為橋臺(tái)病害整治方案的設(shè)計(jì)提供了可靠的基礎(chǔ)資料。針對(duì)不同截面形狀的乾陵石刻，馬濤等(2002)采用網(wǎng)格法和層析法進(jìn)行超聲波探測(cè)，并估測(cè)石刻斷面內(nèi)部的波速分布及變化規(guī)律，通過(guò)反射法推算了石刻內(nèi)部裂隙的分布及發(fā)育情況。
張志國(guó)等(2005)利用巖石與超聲波波速之間的相關(guān)關(guān)系,對(duì)乾陵不同截面形狀的石刻分別進(jìn)行了網(wǎng)格法、層析法的超聲波現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)探測(cè),通過(guò)測(cè)定、計(jì)算,估測(cè)出所測(cè)石刻斷面內(nèi)部各點(diǎn)(或區(qū)域)的超聲波波速分布及變化規(guī)律,并輔以反射波法來(lái)進(jìn)一步確定石刻內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況,從而探測(cè)出石刻內(nèi)部的裂隙或風(fēng)化情況。針對(duì)廣西崇左市花山巖畫的保護(hù)工作，張新鵬等(2014)通過(guò)聲波測(cè)試的方法和過(guò)程，建立開裂巖體厚度與劣化程度的數(shù)學(xué)模型。
結(jié)果表明，開裂巖體厚度小于30mm時(shí)，強(qiáng)度損失較大;開裂巖體厚度大于30mm時(shí)，強(qiáng)度基本保持不變。Bindaetal.(2001)在諾托大教堂的現(xiàn)有墻壁上系統(tǒng)地進(jìn)行了聲波測(cè)試和其他診斷技術(shù)。通過(guò)墻體斷面的形態(tài)來(lái)鑒定砌體;檢測(cè)空隙和缺陷的存在，并找到裂紋和損壞的方式;控制注射技術(shù)修復(fù)的有效性;和檢測(cè)材料的物理特性何時(shí)發(fā)生了變化。Piuzzi,etal.(2018)研發(fā)了一種用于監(jiān)測(cè)石質(zhì)文化遺產(chǎn)的水含量的無(wú)損微波探測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)將平面諧振器與石材樣品接觸，獲得諧振頻率和水含量之間的關(guān)系。
1.4地面核磁共振技術(shù)
地面核磁共振(SurfaceNuclearMagneticResonance，縮寫為SNMR)方法是一種地球物理新方法，相比于探地雷達(dá)、高密度電阻率等其他方法，它可以利用地下水中氫核的核磁共振(NuclearMagneticResonance，縮寫為NMR)特性差異來(lái)直接探查地下水(張榮等，2018)。
在使用移動(dòng)雜散場(chǎng)NMR時(shí)，樣品無(wú)需放置在磁體中，可以在雜散磁場(chǎng)中進(jìn)行外部檢查，因此，核磁共振便攜式設(shè)備可用于文化遺產(chǎn)結(jié)構(gòu)中水含量的非破壞性原位分析(BlümichB.,etal.,2010)。通過(guò)SNMR方法進(jìn)行無(wú)損探測(cè)時(shí)，可以提供石質(zhì)文物或石質(zhì)文物所依附巖體中的含水量分布狀況，再結(jié)合其他物探方法，就可以推測(cè)巖溶、裂隙、裂縫是否含水等信息。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)核磁共振科研組潘玉玲等人(2004)將地面核磁共振測(cè)深方法直接應(yīng)用于查明秦始皇陵地宮封土堆下的含水層分布情況，為推斷地宮的完好性提供了重要依據(jù)，這是世界上將核磁共振測(cè)深技術(shù)首次應(yīng)用于文物保護(hù)的相關(guān)工作。
魯愷等人(2018)對(duì)陽(yáng)華巖摩崖石刻露天石質(zhì)文物病害進(jìn)行探查，采用地面核磁共振方法直接找水，成功探測(cè)出摩崖石刻依附巖體地層含水分布狀況，結(jié)合探地雷達(dá)方法得到的依附巖山體內(nèi)巖溶、裂隙的發(fā)育狀況，推測(cè)出部分區(qū)域巖溶裂隙帶已成為地下水匯聚場(chǎng)所或流通通道，對(duì)陽(yáng)華巖摩崖石刻構(gòu)成了極為嚴(yán)峻的侵蝕威脅，為陽(yáng)華巖摩崖石刻的病害治理和保護(hù)提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。
LuKai,etal(2020)使用核磁共振，聯(lián)合自然電位法，調(diào)查了具有500多年歷史的金燈寺石窟滲流的原因。地面核磁共振法成功地用于探測(cè)石窟上方山體中地下水空間的分布和含水量，而自然電位的結(jié)果揭示了山體上部的地下水補(bǔ)給和流動(dòng)方向，通過(guò)兩種方法的互補(bǔ)，不僅確定了石窟的滲水原因以及山體上部的含水區(qū)域位置與滲漏之間的關(guān)系，同時(shí)也為制定保護(hù)和保存文物的工作計(jì)劃提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.石窟寺地球物理探測(cè)技術(shù)存在問(wèn)題
雖然，地球物理相關(guān)探測(cè)技術(shù)在石窟寺等石質(zhì)文物保護(hù)方面取得了一定的研究進(jìn)展。不過(guò)，基于地球物理的巖體裂縫探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主體還是在礦產(chǎn)資源勘探、水文地質(zhì)研究及自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面。但相關(guān)技術(shù)的分析總結(jié)研究(關(guān)寶飛，等2014;商曉飛，等2021;Golsanami,etal.,2016;Warpinski,etal.,2014;Day-Lewis,etal.,2017)，對(duì)于地球物理探測(cè)技術(shù)在石窟寺等石質(zhì)文物保護(hù)工作的推廣上也具有重要意義。
例如，Day-Lewisetal.,(2017)針對(duì)含水層探測(cè)的巖體裂縫問(wèn)題，通過(guò)模型理論實(shí)驗(yàn)結(jié)果及以往的地球物理探測(cè)實(shí)例進(jìn)行了比較系統(tǒng)的分析，分別從地面測(cè)量和井中測(cè)量?jī)蓚�(gè)方面，討論了不同常用地球物理方法適合的應(yīng)用條件和探測(cè)精度，對(duì)相關(guān)巖石裂縫探測(cè)工作具有指導(dǎo)作用。
3.結(jié)論與展望
經(jīng)過(guò)上述討論，我們知道由于石窟寺巖體裂隙自身的特殊性和地球物理方法的局限性、多解性，需要針對(duì)石窟寺裂隙的特點(diǎn)，建立各種方法的數(shù)學(xué)物理模型，優(yōu)化探測(cè)方法，研發(fā)探測(cè)裝備。針對(duì)石窟寺裂縫探測(cè)問(wèn)題，未來(lái)的研究方向可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
(1)對(duì)傳統(tǒng)探測(cè)設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)性改造。由于探測(cè)目標(biāo)與傳統(tǒng)目標(biāo)的不同，為了適應(yīng)石窟寺裂縫探測(cè)的條件，需要突破儀器的限制。攻克大功率發(fā)射、全波形同步采集、多參數(shù)自由級(jí)聯(lián)組合、寬頻帶大動(dòng)態(tài)范圍微弱信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)，也需要對(duì)高密度電法、工程測(cè)井、地震儀等典型石窟裂隙滲流探測(cè)裝備適應(yīng)性改造。
(2)采用多源地球物理方法聯(lián)合的方式，降低石窟寺裂隙反演的多解性。可以開展基于綜合測(cè)井裂隙精細(xì)識(shí)別的地-井聯(lián)合三維空間成像技術(shù)研究。采用電阻率測(cè)井—地面電磁等聯(lián)合探測(cè)方式進(jìn)行石窟寺裂隙滲流網(wǎng)絡(luò)探測(cè)，在干季、旱季條件下進(jìn)行分時(shí)、多次、多源觀測(cè)，通過(guò)差分探測(cè)方式獲取高分辨率、高精度裂隙滲流地球物理響應(yīng)弱異常信號(hào)。
(3)從基礎(chǔ)理論算法上尋找適合石窟寺裂縫的探測(cè)算法�？梢詮姆中卫碚摵兔商乜羼R爾科夫隨機(jī)模型出發(fā)，開展自適應(yīng)網(wǎng)格有限元方法地—井聯(lián)合地球物理石窟裂隙滲流模型響應(yīng)模擬，以研究微小裂隙滲流模型多地球物理場(chǎng)正演響應(yīng)機(jī)理。再結(jié)合石窟裂隙滲流模型正演模擬結(jié)果，基于多源聚類分析和地學(xué)統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)信息，采用U-net、遷移學(xué)習(xí)等人工智能方法開展裂隙滲流智能識(shí)別，進(jìn)行地—井聯(lián)合約束的石窟裂隙滲流分布隨機(jī)反演方法研究。
地球物理論文投稿刊物：《地球物理學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊于1948年，是中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所聯(lián)合主辦的有關(guān)地球物理科學(xué)的綜合性學(xué)術(shù)刊物。主要刊載固體地球物理、應(yīng)用地球物理、地磁和空間物理、大氣和海洋地球物理，以及與地球物理密切相關(guān)的交叉學(xué)科研究成果的高質(zhì)量論文。作者和讀者對(duì)象主要為從事地球物理學(xué)、地球科學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科的國(guó)內(nèi)外科技工作者和大專院校師生。
綜上所述，要解決地球物理方法技術(shù)在石窟寺探測(cè)中的難點(diǎn)，就要開拓新途徑，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，積極采用和推廣新技術(shù)，這也是石窟文物裂隙水探測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，上述相關(guān)研究?jī)?nèi)容不僅對(duì)石窟保護(hù)研究與修復(fù)加固工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)地球物理探測(cè)技術(shù)在相關(guān)石質(zhì)文物的保護(hù)工作也有積極的推廣作用。
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作者：趙勇，曾昭發(fā)，李靜，周帥，盧鵬羽，霍祉君
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