第三章 第二节 石质文物.ppt

第二节 石质文物的保护,三、石质文物的劣变现象,一 岩石的分类和转化,二、石质文物的劣变原因,四、石质文物保护一般技术,一 岩石的分类和转化,按岩石的形成条件，可将岩石分为三大类：岩浆岩（火成岩）沉积岩变质岩,1岩浆岩（magmatic rocks）,定义：是由地幔或地壳的岩石经熔融或部分熔融形成岩浆，经侵入地下或喷出地表冷凝形成。岩浆岩中SiO2在主要元素中含量最高，通常变化于34%75%之间，少数可达80%，对于岩浆和岩浆岩的物理化学性质及矿物组成的影响最大，因此是岩浆岩中最重要的一种氧化物，并用来划分岩浆岩酸性程度和基性程度的参数。以SiO2百分含量为依据，通常分为如下类别：酸性岩、中性岩、基性岩、超基性岩。见表1-1。,表 1-1 以SiO2(%)为依据的岩浆岩分类1,石质文物中这一类岩石中最常见的主要是花岗岩。,1 卫管一，张长俊岩石学简明教程北京：地质出版社，2000年5月。23,2沉积岩（sedimentary rocks）,定义：形成于地表条件，是由化学及生物化学溶液及胶体的沉淀作用；或者先存的岩石经风化作用形成的产物、深部来源物质、有机物质及少量宇宙物质经搬运用、机械沉积作用，再经过成岩作用等一系列地质作用而形成的层状岩石。按体积计算，沉积岩只占岩石圈的5%，但其分布面积占陆地的75%。所以地表沉积岩是最常见的一种岩石。石质文物中这类岩石所占的比例也比较大。,3变质岩（metamorphic rocks）,地壳中已经形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）由于其所处的地质环境的改变，在新的物理、化学以及温度和压力、应力条件下，发生矿物成分和结构、构造等方面的改造与转变形成的。未经过熔融过程，主要是在固体状态下发生的。,原岩是岩浆岩形成的变质岩称为：正变质岩。原岩是沉积岩形成的变质岩称为：副变质岩。原岩是变质岩形成的变质岩称为：复变质岩。石质文物中常见的变质岩主要有：刚玉、玉石、大理石（汉白玉）等。,岩石的互相转化,三大类岩石之间，并不是孤立地存在，而是相互联系，可以互相转化。,二、石质文物的劣变原因,暴露于自然环境中的岩石都要发生各种风化作用的破坏，自然界中的岩石的风化作用主要有以下几种：物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用,（一）决定岩石抗风化能力的因素,组成岩石的各种矿物的稳定性、内部结构和化学成分，使各种石头抵抗风化作用的能力明显不同。这就是在同一考古发掘地和一些石窟寺为什么一些石器能完好的保存下来，而另一些却已经风化酥软的原因。,内部因素,1、组成岩石矿物的化学稳定性2、组成岩石的矿物或碎屑物质颗粒粗细、分选程度及胶结程度等结构特征，决定着岩石的致密程度和坚硬程度，从而影响到岩石的抗风化能力 3、岩石节理使岩石产生裂隙，促进岩石风化在岩石节理密集处，特别是几组节理交汇处，风化往往最为剧烈4、矿物内部键力及其结构对矿物抵抗风化能力有影响,外部因素,除了石器的自身性质对其保存时间长短有影响之外，埋藏环境对石器保存也有非常重要的影响。石器保存的好坏常常决定于石器的化学成分和矿物组成与埋藏环境的对应关系，并不单单决定于埋藏的时间。最典型的是玉器，有些玉器如良渚文化的前身崧泽文化的玉器，与良渚的玉料相同，出土的玉器除晚期有个别蛇纹石的变白外，都未变色。而良渚四、五期的玉变白则达80以上。,（二）岩石的风化作用,1.物理风化2.化学风化3.生物风化,1.物理风化作用,物理风化作用：岩石主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化作用，称为物理风化作用。1）温度风化2）机械风化,1）温度风化,岩石并非热的良导体，以及矿物晶体的各向异性等，造成岩石会由于温度的变化引起风化。,n昼夜、四季的温度变化引起岩石不均匀变冷、变热。在岩石中交替产生应力。,n多种矿物组分造成的不同热膨胀系数。n矿物晶体各向异性。比如方解石晶体热膨胀系数在垂直晶轴方向比平行于晶轴方向大一倍。n 岩石中各种矿物颜色深浅不一，对热的吸收程度不同。,2）机械风化：,n 卸荷作用：卸荷作用是由于地质作用和人工开采使岩体应力释放和调整，从而形成裂隙的现象。卸荷裂隙往往受重力、风化及岸坡的物理地质作用进一步张开或位移。人工开凿石窟寺可以产生二次卸荷。,n冻结风化：也就是由于水的相变引起的膨胀和收缩造成的岩石风化。水在结成冰的相变过程中，体积增加9%，体积增大可以产生140kg/cm2的压力，这以巨大的压力足以破坏均质的块状岩石。即使是岩石中强度比较大的花岗岩的平均抗拉强度也只是42 kg/cm2，大理石的平均抗拉强度为59.5 kg/cm2。所以冰冻时的压力远远大于这两种岩石所能承受的力量，也就是说，冰冻过程中产生的膨胀作用力，足以有效地破坏此类岩石。在结冰和解冻作用可以循环进行的地区，充满岩石孔隙的水，可以反复地进行收缩-膨胀-收缩的破坏性活动。,n盐结晶：盐从过饱和水溶液中析出结晶时，往往会伴随着体积的膨胀。这一体积膨胀过程是单纯的物理过程，它与水和作用造成的结晶膨胀是两回事。盐结晶引起的膨胀，可以在岩体中产生巨大的压力，并因此造成岩石的破碎和剥落。n 风沙作用n震动n机械冲击n其它，如泥石流、地震等自然灾害。,2、化学风化作用,在氧、水和溶于水的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新的矿物的过程称为化学风化作用。,n氧化作用：主要是低价金属、硫化物等不稳定矿物发生氧化。n 水合作用：伴随着体积膨胀和强度下降。CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O Fe2O3+n H2O Fe2O3 n H2On 溶解作用：构成岩石的矿物直接溶解在水中，或者溶解在水中的酸对母岩的溶解作用。如H2CO3和酸雨对石灰岩的溶解作用。,逆温现象,逆温现象是指地面上的温度随着高度越高而增加，与高度越高温度下降的正常现象相反。因为较高的暖空气覆盖著较低的冷空气，可能会导致空气污染物无法散出，影响生物的健康。,逆温现象,逆温现象,因为逆温而无法散去的污染物,.,n水解作用：比如长石的水解作用。4KAlSi2O8+2CO2+4H2O 2K2CO3+Al4(OH)8Si4O10+8H2O 高岭石n去硅作用：二氧化硅形成胶体而流失。,3生物风化作用,