文物是历史信息的载体及古代文化和文明传承的桥梁,同时也是人类历史发展的见证和不可再生的文化遗产。在自然和人为因素共同作用下,包括云冈石窟在内的一系列重要的室外不可移动石质文物,正遭受着严重的风化破坏,加强对石质文物的保护成为一项迫在眉睫、长期而艰巨的任务。本论文以云冈石窟为例,应用X射线衍射(XRD)、X荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜和能谱(SEM-EDX)、便携式X射线探伤仪、离子色谱仪、Minispec TD-NMR仪等现代材料表征技术,首先对取自云冈石窟的新鲜岩石、自然风化岩石本体取样进行了成分分析,得出硫酸盐是云冈砂岩化学风化的主要原因。此外,探讨了砂岩样品在SO2、CO2等酸性气体与水的结合作用下,岩石成分和结构的变化。分析表明酸性气体与水的结合作用使得长石类分解成稳定的高岭石,形成的可溶盐随水流失从而加剧了石质文物的风化程度。根据上述结论,在实验室模拟老化环境下,进一步对分别取自云冈石窟和重庆大足的新鲜砂岩进行了恒温水浴去离子水干湿交替老化实验(W-WD)和20%芒硝溶液干湿交替老化实验(G-WD)并获得不同老化周期的试样。应用以上材料表征技术,对比研究了经老化后的实验样品,并获得了如下结果:(1)便携X射线探伤仪能够清晰反应材料内部缺陷如裂隙、空鼓等,但易于掩盖一些微裂纹的信息,所以该仪器在石质文物中的扩展运用还需提高设备自身的性能;(2)利用NMR来测试砂岩中H原子的纵向驰豫时间T2,发现T2与孔径大小与存在对应近线性关系,能够直观反应岩石内部的孔径尺寸分布及所占比例,且精度能达到微米级别,并由此推知不同风化程度的砂岩其内部孔径分布趋势,故孔径大小可以作为判断砂岩风化程度的量化指标;(3)随着老化程度的加深,各种阳离子的析出浓度逐渐增大,其中Na+析出流失量最大,增长速率也最快;Mg2+的变化相对稳定;对比实验发现温度对离子的流失影响很大;(4)老化过程中,试样随着风化程度的加深,吸水率和饱和吸水率不断增加,且增长趋势在一定程度上呈现近线性关系。故吸水率和饱和吸水率相结合可以作为砂岩风化程度量化评判的另一个指标。这些结果表明,此次老化实验是可行的。