中国天坑：喀斯特“青春之歌”

人民日报海外版日前整版转发转摘《森林与人类》杂志2022年第6期中国天坑专题的部分内容，其中摘发了《中国天坑： 喀斯特“青春之歌”》一文 。 这篇由引领我国天坑调查、现为亚洲洞穴联盟主席的张远海教授撰写的主打文章，全文到底长啥样？

落溪天坑：世界已知最年轻的天坑

湖北省利川市文斗乡的落溪天坑原本是一个落水洞，落水洞下方有一个竖井状的溶洞大厅。2012年初，落水洞发生崩塌形成天坑。摄影/税晓洁

2010年1月17日午夜，湖北省利川市文斗乡高峰村的村民听到一阵“轰隆隆”的巨响，似火车驶过击打地面，两里外的房屋都有震感。次日早起一看，村庄东南面的落溪洞发生了崩塌，半个山垭连同大树掉入数百米深的洞中，巨大的坑口显露无遗，一个新的天坑—落溪天坑就此诞生。

2012年7月31日，利川市黑洞户外探险俱乐部队长何端傭赴现场进行了初步测量，实测坑口海拔1163米，坑口直径东西向长129米、南北向宽约80米。同年10月，中国-波兰联合洞穴探险队对落溪天坑进行了系统探测，实测深度349米。由此说来，落溪天坑该是世界上已知最年轻的天坑。

2018年8月25日，我受税晓洁的邀请，在何端傭的引导下，来到落溪天坑边，得窥这个世界上最年轻天坑的真容。落溪天坑位于谷地末端，三角形的坑口，东高西低，南北相差无几，坑口东侧仍存有大面积的岩屋状负角度洞顶，崩塌露出的岩层断面还清晰可见，薄层和中等厚度的石灰岩相间，岩层和缓并稍向东倾。岩屋延伸入内数十米，两侧挑梁所剩无几，其上方恰是山间垭口，树木葱茏，地表汇集的雨水，不时通过岩层间裂隙渗入岩体中，洞壁渗流痕迹历历在目，潜在的崩塌不可避免。

天坑的西侧是溪流入口处，上部呈“V”形谷，下部是地缝，地缝宽七八米，深七八十米。南北两侧是与旱地相连的灌丛，无防护设施，无法靠近观察。据中国-波兰联合洞穴探险队员描述，他们是以天坑东侧的大树作为安全桩，安装单绳装备，穿越谷地边灌丛，下到地缝底部，然后横移至天坑崖壁边，再通过单绳和一个个锚点，依次下降到坑底。坑底直径南北向长约150米、东西向宽约120米，东侧是70米高的块石堆积体。与天坑底部相连的是60米高的大型廊道，包括两个两万平方米的大厅，廊道顶部天井呈串珠状分布，而洞底起伏不大，但块石、卵石和黏土堆积遍布其间，有崩塌成因，但也少不了雨季洪水的功劳。末端是潜水水塘，高程759米。

沿着天坑东面谷地边的小路，向西北上行，发现上游谷底竟然有落水洞，难怪刚才在天坑边没有听见水流声，原来是从谷底漏掉了，也许河水排向天坑地下河的下游，所以这一段谷地，当地老百姓称之为“干沟”。但洪水季节，渗漏不完的滚滚洪水，还是要奔流到天坑边，跌入坑底，不断动摇天坑的稳定性。越往上游，岩层越是陡倾，看来是地壳在这里褶皱了。石灰岩变成了泥灰岩或砂岩，干沟变成了水沟，地缝变成了宽谷，锥状峰丛地貌也渐渐变成了千沟万壑的土山地貌。土山是隔水的，它能汇集雨水，为下游石灰岩的改造提供溶蚀动力。

用地球卫星影像找天坑

暴雨中，探险队员正在利用绳降技术下降到广西龙舌洞天坑底部。龙舌洞天坑位于广西河池市凤山县，坑底分布着茂密的地下原始植被。摄影/向航

来利川考察天坑之前，广西探洞爱好者伍红鹰利用地球卫星图，在落溪天坑周围找到了大大小小共19个塌坑反馈给税晓洁，这也是税晓洁邀请我一起来此地的缘故。伍红鹰寻找天坑的技术在业界认可度很高。我们一行离开高峰村，驱车北上，来到黄桶岩天坑附近，验证一下伍红鹰找天坑的能力。

税晓洁遥控着无人机起飞，渐渐升高的无人机将黄桶岩天坑尽收眼底。正如其名，黄桶岩天坑从空中看起来像个圆桶，似乎塌陷切割了3/4个山头，西南高，东北低，坑口直径近300米，坑内浑圆，周壁陡峭，深度百米以上。在公路的另一侧，即黄桶岩北侧约1000米，是一个复合型双天坑，姑且称之为小黄桶岩双天坑，两者之间仅一墙之隔，且墙体也退化严重。从沿途出现的落水洞分布情况来看，这两处天坑与落溪天坑不同，应是在另一条地下河的轨迹之上。

为了追寻落溪天坑的地下河流域范围，税晓洁在黄桶岩周边探寻，我和何端傭则驱车南下，过忠路镇，下文斗乡，在喀斯特峰丛地貌和中低山谷地地貌之间辗转腾挪。

从320米深处的落溪天坑底部眺望坑口，探洞者正在利用绳降技术，下降到落溪天坑底部。摄影/Michal Ciszewski

落溪天坑周边呈现喀斯特峰丛谷地和峰丛洼地地貌，虽地势较平，但溶蚀切割强烈，低洼处，时有积水，落水洞遍布，塌陷频繁，暗河溶洞发育。落溪天坑西部，呈东北走向的齐岳山是中山，海拔1800米以上，落溪天坑东部是低山，海拔大多千米以下，谷地深处，是地下河的出口，洞脑壳。这些中低山砂岩地貌，高差大，切割深，溪流发育，均排向郁江。两种地貌均透出青春期地貌的活力。

下行的公路左右转折，人在车中两边摇摆。我们顺道考察落溪天坑南面的小落溪洞穴，板桥村边的迷水洞、马堡村的落水孔，均是小股溪流汇入，形成落水洞，成因与落溪天坑相同，但规模却远不如落溪天坑。有趣的是，落水孔边的石灰岩甚是陡峭，近乎直立，应是深受西面齐岳山地壳抬升影响的结果。从文斗下郁江，驶过“环断山”和“锯子岩”，在2000米内公路直下500多米，郁江峡谷像用锯子锯出来的一样，让人深刻体会到谷深坡陡、地形险恶的内涵。究竟是谁拿出来的锯子切割的地貌，形成了峡谷？

在广西乐业大石围天坑底部的洞穴，探险队员泅渡地下河。摄影/向航

从落水洞到天坑

车过郁江峡谷，往沙溪乡路上，回首向西眺望齐岳山，看重峦叠嶂，横亘南北。这是中国乃至世界最典型的褶皱山地，背斜成山，向斜成谷，山谷相间，彼此平行；背斜隆起部分，受挤压破碎强烈，岩体完整性差，岩层倾角陡，节理、断层较多；向斜凹陷部分，受挤压相对较弱，岩体相对完整，岩层倾角缓，节理、断层较少；背斜部分率先遭受强烈剥蚀，有石灰岩的地方，逐渐显山露水，开始了岩溶发育，大多为垂向溶蚀。向斜部分剥蚀相对缓和，石灰岩“犹抱琵琶半遮面”，处于覆盖或半覆盖的状态，仅地势低处的谷地露出石灰岩，接受溪流和雨水的洗礼溶蚀，形成落水洞甚至天坑，如迷洞、落水孔、落溪天坑等。

接近午夜，我们回到利川，翻开地图，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、清江分水岭地带，郁江-清江连线与长江平行展布。如果川江和峡江不是那么快抢占先机，连通形成三峡，也许该是郁江和清江成为东西水系贯通的桥梁。

大约百万年前，长江三峡贯通，使出通天“大锯子”，长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，切割形成众多峡谷和地缝，古老的夷平面（山平面）被分割得支离破碎，而远离河谷的分水岭地带，水力梯度较小，排泄分散，各级夷平面保存为残留台原；那些喀斯特台原成为溶洞、天坑形成并得以保存的骨架。河谷的快速下切，也导致了地势的巨大差异，为喀斯特地貌的发育提供了强大的水动力势能。

当西部齐岳山汇聚的雨水，以溪流汇入东部出露石灰岩的沟谷中，通过地下断层、裂隙溶蚀形成大大小小的支流，然后流往低处，寻找出水边界，在峡谷边缘的洞脑壳贯通形成地下河系统，从而有了溶蚀搬运的通道；入渗的地下水流不断溶蚀、侵蚀，地下河管道扩大，伴随崩塌作用，洞口逐渐形成竖井，洞内形成大厅；由于落溪洞地下河入口和洞脑壳出口之间有523米的巨大落差，巨大的水力梯度激化了地下河的侵蚀、溶蚀能力，其地下管道扩展的速率很快；即使在冰期，只要地下有水，它也没有停止溶蚀的步伐。随着落水洞持续发展扩大，并且上游裂点也渐渐后退，从而在下游上方，形成岩屋状的洞顶，当岩层挑梁强度不足以支撑洞穴顶板时，发生坍塌，崩塌的物质也被高能的流水溶蚀、搬运，最终形成落溪天坑。而迷洞、落水孔和小落溪，由于地表汇水流量有限，还处于天坑襁褓阶段。黄桶岩天坑是另一条地下河支流的杰作，其上游落水洞没有发育成天坑，但地下河却贡献了巨大的溶洞大厅，在地下河强烈的溶蚀、搬运作用下，有时洪水水位上升，导致地下河水体顶托大厅内的空气，形成强大的气体压力，而对洞顶岩体的稳定性造成冲击，导致更大范围的崩塌，最终使大厅的腔洞露出地表，形成悬崖峭壁的黄桶岩天坑。

在郁江-清江一线与长江之间分水岭区域，喀斯特台原分布广泛，如落溪天坑这样的天坑应不在少数。根据税晓洁行走鄂西调查的天坑资料，已发现60多个天坑，大多集中在喀斯特台原区域。而在长江与乌江的分水岭地带，从云南镇雄到四川兴文、重庆武隆，也发育有天坑群，如云南镇雄大锅圈天坑群、兴文小岩湾天坑群、重庆武隆天生三桥天坑群等，无论是落水洞形成的侵蚀型天坑，如武隆箐口天坑，还是溶洞大厅崩塌形成的塌陷型天坑，如云南镇雄大锅圈天坑群，均有异曲同工之妙。这些喀斯特台原上，不同时期岩溶过程叠加，古老夷平面与年轻的天坑群交织在一起，使得区域喀斯特景观变得更加丰富多彩。

中国，天坑大国

四川小岩湾天坑地处四川盆地边缘与云贵高原的过渡带，是我国发现和研究最早的天坑。摄影/杨建

“天坑”概念源于30年前我国著名岩溶地质学家朱学稳教授与英国学者托尼·奥尔什母（Tony Waltham）合作对四川兴文的“大岩湾、小岩湾”进行的地质考察。而天坑理论体系的建立距今不过20多年。“天坑”（tiankeng）作为喀斯特地区最奇特的负地形地貌，成为继“峰林”（fenglin）、“峰丛”（fengcong）之后的又一个来自中国的喀斯特专业术语。

2001年10月，朱学稳教授在《科技导报》首次提出了“天坑”的定义，天坑作为一种特殊的地貌景观便广为流传，但却没有被学术界广泛接受。其缘故是彼时有记载的天坑数量太少，而且集中在我国西南。很多学者坚持认为，天坑只不过是喀斯特漏斗的一个特例。2012年，天坑作为科学术语正式被收录于《洞穴百科全书（第二版）》（Encyclopediaof Caves）中。至此，“天坑”术语才逐渐被学术界接受。但已知天坑的数量一直停留在百来个左右，难免落入“塌陷漏斗特例”的说辞。2016年，陕西汉中发现天坑群，将全球天坑数量由117个增加至171个。全球天坑家族壮大，更重要的是天坑定义也由此得到了修订。“天坑”一词由中文“天坑”音译而来，大致相当于英文的“sky hole”，或“heaven pit”，或这两个词的一些相似意义的词。“天坑是碳酸盐岩地区由溶洞大厅形成的，口径和深度不小于百米，和（或）容积大于百万立方米，四周或大部分周壁陡崖环绕，且与或曾与地下河溶洞相通的特大型漏斗”。

迄今，全球天坑的数量超过300个，数量超过3个的天坑群数量有31处。这些已发现的天坑群中，以广西大石围天坑群最大，它由29个天坑组成，分布于广西四大地下河之一的百朗地下河中游，最大者大石围天坑，天坑东西长600米，南北宽420米，天坑最大深度613米，最小深度378米，天坑容积7450万立方米。

所有这些天坑中，大部分属于退化天坑，即四周陡壁，或高度矮化，或部分退化为斜坡，尤其大型天坑（容积大于1000万立方米）、特大型天坑（容积大于5000万立方米），更是如此。全球容积大于1000万立方米的天坑有28个，但标准大型天坑仅有10个。这些大型标准天坑中，以小寨天坑最大，天坑四周均为高峻的几近直立的石灰岩陡壁所圈闭，最大和最小深度为662米和511米。天坑在垂向上为双层嵌套结构，上部坑口形状为椭圆形，下部坑口略呈矩形。天坑容积为11940万立方米。

中国天坑的“青春之歌”

天坑的形成，虽然起始于雨水和岩石裂缝第一次亲密接触，但那并不意味着天坑的诞生。即使后来其演化经历了地下河阶段、溶洞大厅阶段，但也并不意味天坑的形成，就如受精卵不是人的诞生一样。天坑的诞生，始于其定义，即露出地表的那一刻。其生命演化历经不成熟天坑、成熟天坑到退化天坑阶段。

那么，这些天坑群或者标准天坑，究竟有多大年纪？它们在地球上存在了多久呢？

我国所有发现的塌陷型天坑无论其新老，都毫无例外地切割并破坏了所在地的各类地表岩溶形态，非常任性，如峰丛、洼地、谷地和丘陵地形；而那些侵蚀型天坑，大多正在强烈发育之中，十分年轻。从这一点来看，我国大部分天坑均为相对较年轻的地貌。

2007年，中国地质科学院岩溶地质研究所黄保健教授通过大石围天坑周壁灰岩的原地宇生核素36Cl来测定天坑暴露年龄，结果表明大石围天坑形成年代在2万—3万年之间。2017年，陕西省地质调查院任娟刚等根据汉中天坑群区域构造演化特征，利用磷灰石、锆石裂变径迹、溶蚀速率数据，洞内获得的石英宇生核素26Al/10Be埋藏年龄数据等分析，汉中天坑群的形成年代在18.9万—12.6万年间。这些结果同时利用地貌推断法、地下河溶蚀速率计算法进行了分析，均在结果范围内，应该比较可靠。

鄂西天坑群大多位于长江南岸支流分水岭地带。长江南岸支流有个显著特点，支流短，坡降大，此类河流，据相关研究资料，不过50万—60万年的年纪。大约10万年前，全球气候转暖，季风增强降雨增加，河流快速下切，溯源侵蚀加剧。台原面上的石灰岩在地表雨水和地下水同时发生溶蚀作用下，或落水洞扩大形成天坑，或地下溶洞大厅崩塌露出地表形成天坑，这些天坑的年龄基本不超过10万年。

那之前有没有天坑呢？有。

天坑形成之后，其崖壁形态是最不稳定的边坡，不仅有雨水的侵蚀，裂隙入渗的地下水的溶蚀，还有上部岩体荷重产生的压力不断朝向临空面释放，很容易导致应力失衡，进一步崩塌，如此反复。只有荷重不断减少，才趋于稳定。而随着荷重减少，崖壁不断矮化，崩塌块石堆积在坑底，渐渐增高，形成斜坡，崖壁退化残留形成天生桥、漏斗、洼地，或有一段地表河流的坡立谷，或无河流的干谷。

天坑，见证了喀斯特地貌演化的奇迹，却也经受不住岁月的考验，正如青春一样，转瞬即逝。那些更久远的地质历史中，并非没有天坑，只是人们无缘看见，它们全部淹没在地球历次演化的滚滚烟尘之中。

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