中國天坑：喀斯特“青春之歌”

人民日報海外版日前整版轉發轉摘《森林與人類》雜志2022年第6期中國天坑專題的部分內容，其中摘發了《中國天坑： 喀斯特“青春之歌”》一文 。 這篇由引領我國天坑調查、現為亞洲洞穴聯盟主席的張遠海教授撰寫的主打文章，全文到底長啥樣？

落溪天坑：世界已知最年輕的天坑

湖北省利川市文斗鄉的落溪天坑原本是一個落水洞，落水洞下方有一個豎井狀的溶洞大廳。2012年初，落水洞發生崩塌形成天坑。攝影/稅曉潔

2010年1月17日午夜，湖北省利川市文斗鄉高峰村的村民聽到一陣“轟隆隆”的巨響，似火車駛過擊打地面，兩里外的房屋都有震感。次日早起一看，村莊東南面的落溪洞發生了崩塌，半個山埡連同大樹掉入數百米深的洞中，巨大的坑口顯露無遺，一個新的天坑—落溪天坑就此誕生。

2012年7月31日，利川市黑洞戶外探險俱樂部隊長何端傭赴現場進行了初步測量，實測坑口海拔1163米，坑口直徑東西向長129米、南北向寬約80米。同年10月，中國-波蘭聯合洞穴探險隊對落溪天坑進行了系統探測，實測深度349米。由此說來，落溪天坑該是世界上已知最年輕的天坑。

2018年8月25日，我受稅曉潔的邀請，在何端傭的引導下，來到落溪天坑邊，得窺這個世界上最年輕天坑的真容。落溪天坑位于谷地末端，三角形的坑口，東高西低，南北相差無幾，坑口東側仍存有大面積的巖屋狀負角度洞頂，崩塌露出的巖層斷面還清晰可見，薄層和中等厚度的石灰巖相間，巖層和緩并稍向東傾。巖屋延伸入內數十米，兩側挑梁所剩無幾，其上方恰是山間埡口，樹木蔥蘢，地表匯集的雨水，不時通過巖層間裂隙滲入巖體中，洞壁滲流痕跡歷歷在目，潛在的崩塌不可避免。

天坑的西側是溪流入口處，上部呈“V”形谷，下部是地縫，地縫寬七八米，深七八十米。南北兩側是與旱地相連的灌叢，無防護設施，無法靠近觀察。據中國-波蘭聯合洞穴探險隊員描述，他們是以天坑東側的大樹作為安全樁，安裝單繩裝備，穿越谷地邊灌叢，下到地縫底部，然后橫移至天坑崖壁邊，再通過單繩和一個個錨點，依次下降到坑底。坑底直徑南北向長約150米、東西向寬約120米，東側是70米高的塊石堆積體。與天坑底部相連的是60米高的大型廊道，包括兩個兩萬平方米的大廳，廊道頂部天井呈串珠狀分布，而洞底起伏不大，但塊石、卵石和黏土堆積遍布其間，有崩塌成因，但也少不了雨季洪水的功勞。末端是潛水水塘，高程759米。

沿著天坑東面谷地邊的小路，向西北上行，發現上游谷底竟然有落水洞，難怪剛才在天坑邊沒有聽見水流聲，原來是從谷底漏掉了，也許河水排向天坑地下河的下游，所以這一段谷地，當地老百姓稱之為“干溝”。但洪水季節，滲漏不完的滾滾洪水，還是要奔流到天坑邊，跌入坑底，不斷動搖天坑的穩定性。越往上游，巖層越是陡傾，看來是地殼在這里褶皺了。石灰巖變成了泥灰巖或砂巖，干溝變成了水溝，地縫變成了寬谷，錐狀峰叢地貌也漸漸變成了千溝萬壑的土山地貌。土山是隔水的，它能匯集雨水，為下游石灰巖的改造提供溶蝕動力。

用地球衛星影像找天坑

暴雨中，探險隊員正在利用繩降技術下降到廣西龍舌洞天坑底部。龍舌洞天坑位于廣西河池市鳳山縣，坑底分布著茂密的地下原始植被。攝影/向航

來利川考察天坑之前，廣西探洞愛好者伍紅鷹利用地球衛星圖，在落溪天坑周圍找到了大大小小共19個塌坑反饋給稅曉潔，這也是稅曉潔邀請我一起來此地的緣故。伍紅鷹尋找天坑的技術在業界認可度很高。我們一行離開高峰村，驅車北上，來到黃桶巖天坑附近，驗證一下伍紅鷹找天坑的能力。

稅曉潔遙控著無人機起飛，漸漸升高的無人機將黃桶巖天坑盡收眼底。正如其名，黃桶巖天坑從空中看起來像個圓桶，似乎塌陷切割了3/4個山頭，西南高，東北低，坑口直徑近300米，坑內渾圓，周壁陡峭，深度百米以上。在公路的另一側，即黃桶巖北側約1000米，是一個復合型雙天坑，姑且稱之為小黃桶巖雙天坑，兩者之間僅一墻之隔，且墻體也退化嚴重。從沿途出現的落水洞分布情況來看，這兩處天坑與落溪天坑不同，應是在另一條地下河的軌跡之上。

為了追尋落溪天坑的地下河流域范圍，稅曉潔在黃桶巖周邊探尋，我和何端傭則驅車南下，過忠路鎮，下文斗鄉，在喀斯特峰叢地貌和中低山谷地地貌之間輾轉騰挪。

從320米深處的落溪天坑底部眺望坑口，探洞者正在利用繩降技術，下降到落溪天坑底部。攝影/Michal Ciszewski

落溪天坑周邊呈現喀斯特峰叢谷地和峰叢洼地地貌，雖地勢較平，但溶蝕切割強烈，低洼處，時有積水，落水洞遍布，塌陷頻繁，暗河溶洞發育。落溪天坑西部，呈東北走向的齊岳山是中山，海拔1800米以上，落溪天坑東部是低山，海拔大多千米以下，谷地深處，是地下河的出口，洞腦殼。這些中低山砂巖地貌，高差大，切割深，溪流發育，均排向郁江。兩種地貌均透出青春期地貌的活力。

下行的公路左右轉折，人在車中兩邊搖擺。我們順道考察落溪天坑南面的小落溪洞穴，板橋村邊的迷水洞、馬堡村的落水孔，均是小股溪流匯入，形成落水洞，成因與落溪天坑相同，但規模卻遠不如落溪天坑。有趣的是，落水孔邊的石灰巖甚是陡峭，近乎直立，應是深受西面齊岳山地殼抬升影響的結果。從文斗下郁江，駛過“環斷山”和“鋸子巖”，在2000米內公路直下500多米，郁江峽谷像用鋸子鋸出來的一樣，讓人深刻體會到谷深坡陡、地形險惡的內涵。究竟是誰拿出來的鋸子切割的地貌，形成了峽谷？

在廣西樂業大石圍天坑底部的洞穴，探險隊員泅渡地下河。攝影/向航

從落水洞到天坑

車過郁江峽谷，往沙溪鄉路上，回首向西眺望齊岳山，看重巒疊嶂，橫亙南北。這是中國乃至世界最典型的褶皺山地，背斜成山，向斜成谷，山谷相間，彼此平行；背斜隆起部分，受擠壓破碎強烈，巖體完整性差，巖層傾角陡，節理、斷層較多；向斜凹陷部分，受擠壓相對較弱，巖體相對完整，巖層傾角緩，節理、斷層較少；背斜部分率先遭受強烈剝蝕，有石灰巖的地方，逐漸顯山露水，開始了巖溶發育，大多為垂向溶蝕。向斜部分剝蝕相對緩和，石灰巖“猶抱琵琶半遮面”，處于覆蓋或半覆蓋的狀態，僅地勢低處的谷地露出石灰巖，接受溪流和雨水的洗禮溶蝕，形成落水洞甚至天坑，如迷洞、落水孔、落溪天坑等。

接近午夜，我們回到利川，翻開地圖，落溪天坑群的故事背景更加一目了然。

落溪天坑群位于郁江、清江分水嶺地帶，郁江-清江連線與長江平行展布。如果川江和峽江不是那么快搶占先機，連通形成三峽，也許該是郁江和清江成為東西水系貫通的橋梁。

大約百萬年前，長江三峽貫通，使出通天“大鋸子”，長江及其支流迅速下切，包括清江、郁江等各支流水系溯源延伸，切割形成眾多峽谷和地縫，古老的夷平面（山平面）被分割得支離破碎，而遠離河谷的分水嶺地帶，水力梯度較小，排泄分散，各級夷平面保存為殘留臺原；那些喀斯特臺原成為溶洞、天坑形成并得以保存的骨架。河谷的快速下切，也導致了地勢的巨大差異，為喀斯特地貌的發育提供了強大的水動力勢能。

當西部齊岳山匯聚的雨水，以溪流匯入東部出露石灰巖的溝谷中，通過地下斷層、裂隙溶蝕形成大大小小的支流，然后流往低處，尋找出水邊界，在峽谷邊緣的洞腦殼貫通形成地下河系統，從而有了溶蝕搬運的通道；入滲的地下水流不斷溶蝕、侵蝕，地下河管道擴大，伴隨崩塌作用，洞口逐漸形成豎井，洞內形成大廳；由于落溪洞地下河入口和洞腦殼出口之間有523米的巨大落差，巨大的水力梯度激化了地下河的侵蝕、溶蝕能力，其地下管道擴展的速率很快；即使在冰期，只要地下有水，它也沒有停止溶蝕的步伐。隨著落水洞持續發展擴大，并且上游裂點也漸漸后退，從而在下游上方，形成巖屋狀的洞頂，當巖層挑梁強度不足以支撐洞穴頂板時，發生坍塌，崩塌的物質也被高能的流水溶蝕、搬運，最終形成落溪天坑。而迷洞、落水孔和小落溪，由于地表匯水流量有限，還處于天坑襁褓階段。黃桶巖天坑是另一條地下河支流的杰作，其上游落水洞沒有發育成天坑，但地下河卻貢獻了巨大的溶洞大廳，在地下河強烈的溶蝕、搬運作用下，有時洪水水位上升，導致地下河水體頂托大廳內的空氣，形成強大的氣體壓力，而對洞頂巖體的穩定性造成沖擊，導致更大范圍的崩塌，最終使大廳的腔洞露出地表，形成懸崖峭壁的黃桶巖天坑。

在郁江-清江一線與長江之間分水嶺區域，喀斯特臺原分布廣泛，如落溪天坑這樣的天坑應不在少數。根據稅曉潔行走鄂西調查的天坑資料，已發現60多個天坑，大多集中在喀斯特臺原區域。而在長江與烏江的分水嶺地帶，從云南鎮雄到四川興文、重慶武隆，也發育有天坑群，如云南鎮雄大鍋圈天坑群、興文小巖灣天坑群、重慶武隆天生三橋天坑群等，無論是落水洞形成的侵蝕型天坑，如武隆箐口天坑，還是溶洞大廳崩塌形成的塌陷型天坑，如云南鎮雄大鍋圈天坑群，均有異曲同工之妙。這些喀斯特臺原上，不同時期巖溶過程疊加，古老夷平面與年輕的天坑群交織在一起，使得區域喀斯特景觀變得更加豐富多彩。

中國，天坑大國

四川小巖灣天坑地處四川盆地邊緣與云貴高原的過渡帶，是我國發現和研究最早的天坑。攝影/楊建

“天坑”概念源于30年前我國著名巖溶地質學家朱學穩教授與英國學者托尼·奧爾什母（Tony Waltham）合作對四川興文的“大巖灣、小巖灣”進行的地質考察。而天坑理論體系的建立距今不過20多年。“天坑”（tiankeng）作為喀斯特地區最奇特的負地形地貌，成為繼“峰林”（fenglin）、“峰叢”（fengcong）之后的又一個來自中國的喀斯特專業術語。

2001年10月，朱學穩教授在《科技導報》首次提出了“天坑”的定義，天坑作為一種特殊的地貌景觀便廣為流傳，但卻沒有被學術界廣泛接受。其緣故是彼時有記載的天坑數量太少，而且集中在我國西南。很多學者堅持認為，天坑只不過是喀斯特漏斗的一個特例。2012年，天坑作為科學術語正式被收錄于《洞穴百科全書（第二版）》（Encyclopediaof Caves）中。至此，“天坑”術語才逐漸被學術界接受。但已知天坑的數量一直停留在百來個左右，難免落入“塌陷漏斗特例”的說辭。2016年，陜西漢中發現天坑群，將全球天坑數量由117個增加至171個。全球天坑家族壯大，更重要的是天坑定義也由此得到了修訂。“天坑”一詞由中文“天坑”音譯而來，大致相當于英文的“sky hole”，或“heaven pit”，或這兩個詞的一些相似意義的詞。“天坑是碳酸鹽巖地區由溶洞大廳形成的，口徑和深度不小于百米，和（或）容積大于百萬立方米，四周或大部分周壁陡崖環繞，且與或曾與地下河溶洞相通的特大型漏斗”。

迄今，全球天坑的數量超過300個，數量超過3個的天坑群數量有31處。這些已發現的天坑群中，以廣西大石圍天坑群最大，它由29個天坑組成，分布于廣西四大地下河之一的百朗地下河中游，最大者大石圍天坑，天坑東西長600米，南北寬420米，天坑最大深度613米，最小深度378米，天坑容積7450萬立方米。

所有這些天坑中，大部分屬于退化天坑，即四周陡壁，或高度矮化，或部分退化為斜坡，尤其大型天坑（容積大于1000萬立方米）、特大型天坑（容積大于5000萬立方米），更是如此。全球容積大于1000萬立方米的天坑有28個，但標準大型天坑僅有10個。這些大型標準天坑中，以小寨天坑最大，天坑四周均為高峻的幾近直立的石灰巖陡壁所圈閉，最大和最小深度為662米和511米。天坑在垂向上為雙層嵌套結構，上部坑口形狀為橢圓形，下部坑口略呈矩形。天坑容積為11940萬立方米。

中國天坑的“青春之歌”

天坑的形成，雖然起始于雨水和巖石裂縫第一次親密接觸，但那并不意味著天坑的誕生。即使后來其演化經歷了地下河階段、溶洞大廳階段，但也并不意味天坑的形成，就如受精卵不是人的誕生一樣。天坑的誕生，始于其定義，即露出地表的那一刻。其生命演化歷經不成熟天坑、成熟天坑到退化天坑階段。

那么，這些天坑群或者標準天坑，究竟有多大年紀？它們在地球上存在了多久呢？

我國所有發現的塌陷型天坑無論其新老，都毫無例外地切割并破壞了所在地的各類地表巖溶形態，非常任性，如峰叢、洼地、谷地和丘陵地形；而那些侵蝕型天坑，大多正在強烈發育之中，十分年輕。從這一點來看，我國大部分天坑均為相對較年輕的地貌。

2007年，中國地質科學院巖溶地質研究所黃保健教授通過大石圍天坑周壁灰巖的原地宇生核素36Cl來測定天坑暴露年齡，結果表明大石圍天坑形成年代在2萬—3萬年之間。2017年，陜西省地質調查院任娟剛等根據漢中天坑群區域構造演化特征，利用磷灰石、鋯石裂變徑跡、溶蝕速率數據，洞內獲得的石英宇生核素26Al/10Be埋藏年齡數據等分析，漢中天坑群的形成年代在18.9萬—12.6萬年間。這些結果同時利用地貌推斷法、地下河溶蝕速率計算法進行了分析，均在結果范圍內，應該比較可靠。

鄂西天坑群大多位于長江南岸支流分水嶺地帶。長江南岸支流有個顯著特點，支流短，坡降大，此類河流，據相關研究資料，不過50萬—60萬年的年紀。大約10萬年前，全球氣候轉暖，季風增強降雨增加，河流快速下切，溯源侵蝕加劇。臺原面上的石灰巖在地表雨水和地下水同時發生溶蝕作用下，或落水洞擴大形成天坑，或地下溶洞大廳崩塌露出地表形成天坑，這些天坑的年齡基本不超過10萬年。

那之前有沒有天坑呢？有。

天坑形成之后，其崖壁形態是最不穩定的邊坡，不僅有雨水的侵蝕，裂隙入滲的地下水的溶蝕，還有上部巖體荷重產生的壓力不斷朝向臨空面釋放，很容易導致應力失衡，進一步崩塌，如此反復。只有荷重不斷減少，才趨于穩定。而隨著荷重減少，崖壁不斷矮化，崩塌塊石堆積在坑底，漸漸增高，形成斜坡，崖壁退化殘留形成天生橋、漏斗、洼地，或有一段地表河流的坡立谷，或無河流的干谷。

天坑，見證了喀斯特地貌演化的奇跡，卻也經受不住歲月的考驗，正如青春一樣，轉瞬即逝。那些更久遠的地質歷史中，并非沒有天坑，只是人們無緣看見，它們全部淹沒在地球歷次演化的滾滾煙塵之中。

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