《漢中天坑群》連載:天坑的研究現狀

2021-02-14 漢中在路上

一、天坑的定義

天坑在世界上的不同地點有不同的稱謂。在我國各地，代表性的名稱有：圈子尾、羅圈巖、天懸、雙漩窩（漢中）；巖灣（興文）；石院（武隆）；龍缸（雲陽）；石圍（樂業）；天坑（奉節）。另外還有槽、洞、凼等名稱，在斯洛維尼亞則被稱為Kukave、KoLisevye、Vigedi等；在墨西哥的稱謂是Sotanos, 等等。雖然叫法各異，但這些稱謂均具有大坑、深坑、陷坑之含義。朱學穩研究團隊早在2003年就確定了天坑的定義，後又多次修訂，最終定義為：具有巨大的容積、陡峭而圈閉的巖壁、深陷的井狀或桶狀輪廓等非凡的空間與形態特徵，發育在連續沉積厚度及其含水層包氣帶厚度均特別巨大（地下水位深埋）的可溶性巖層中（以碳酸鹽巖為主）， 從地下通向地面，四周巖壁封閉而峭立，平均寬度與深度均大於100m, 現今或曾經底部與地下河相連接的一種大型巖溶負地形。2005年維基百科收錄天坑定義為：「 Tiankeng is a very large doline for med incarbonate rocks that is more than 100 m deep and wide， and has a volume of more thanone million cubic meters， a steep profile with vertical cliffs around all or most of itsperimeter and is/ was connected with an underground cave river。」（「碳酸鹽巖地D形成的、口徑和深度大於百米、容積上百萬立方米、四周或大部分周壁陡崖環繞，且與或曾經與地下河洞穴相通的特大型漏鬥。」），按規模分超級（>500m）、大型（300-500m）和常規（100~300m）3個等級。

二、幾種巖溶負地形的區別

與天坑形態近似的幾種典型的巖溶負地形包括落水洞、豎井、漏鬥、窪地等。
落水洞：也叫消水洞，是地表水轉入底下的進口，表面形態與漏鬥相似，是地表及地下巖溶地貌的過渡類型。它形成於地下水垂直循環極為流暢的區域，即在潛水面以上，是流水沿垂直裂隙進行溶蝕、衝蝕並伴隨部分崩場作用的產物。豎井：是一種塌陷漏鬥，洞壁直立呈井狀管道，開口規模遠小於天坑及巖溶漏鬥，深度往往是口部直徑的兩倍及其以上。漏鬥：又稱鬥淋，即「 doline」的音譯。是一種十分普遍的地表巖溶形態。在平面上，漏鬥通常為橢圓、次圓及多邊形，直徑幾十至幾百米，深度幾米至幾十米。其主要形態特徵是從上部向底部逐漸收縮的漏鬥狀或碟狀，底部有地表水入滲點或落水洞。其中以溶蝕漏鬥和塌陷漏鬥最為常見。

三、天坑年代學研究

我國各地所發現的崩塌天坑中，無論新老都切割並破壞了所在地的各類地表巖溶形態，如窪地、漏鬥、幹谷和錐狀石峰地形，例如廣西樂業的大石圍天坑，重慶奉節的小寨天坑和陝西漢中的圈子崖天坑、地洞河天坑；而所發現的衝蝕天坑，還十分年輕且正處在強烈的發育之中，如重慶武隆的箐口天坑、湖北利川的落溪天坑和陝西漢中的西溝洞天坑、天懸天坑等，但從天坑切割的地貌來講，我國大部分的天坑均屬相對較年輕的地貌（朱學穩，2003）。但天坑的地貌特徵也僅僅表明溶洞大廳崩塌露出地表的年代，而地下河及溶洞大廳發育的年代要早得多，許多天坑僅其規模就說明地下河搬運浩如煙海的巖石需要的時間非常久遠。因此，張美良（2000）認為大石圍天坑形成於65Ma前；朱學穩等（2003）利用天坑切割現有的各種地貌形態來推斷天坑漢中天坑群目形成於晚更新世以來；張繼淹等（2006）利用大石圍天坑邊及周圍的溶洞中堆積物孢粉組成特徵來研究天坑形成的地質年代，認為大石圍天坑群形成於25Ma以來；黃保健（2017）認為天坑形成年代只能限定於天坑的定型時間，而不應該考慮天坑形成前後的發展演化過程，其在綜合利用地貌推斷法、地下河溶蝕計算的基礎上，通過大石圍天坑周壁灰巖的原地宇生核素「C來測定天坑暴露年齡，結果表明大石圍天坑形成年代在20-30Ka之間。任娟剛（2017）根據漢中天坑群區域構造演化特徵，利用磷灰石、石裂變徑跡、溶蝕速率和從大佛洞、羅漢洞獲得的石英宇生核素「A1/Be埋藏年齡數據等綜合分析，漢中天坑群的形成年代在126~189Ka間。

四、天坑研究方向

天坑自被發現以來，特別是漢中天坑群的發現，又引起了新一輪全球天坑熱，天坑因其獨特的科學價值和旅遊價值，引起了國內外地貌學者和地質學者的高度關注，已有越來越多不同學科的研究人員加入到天坑的研究隊伍中。但天坑的研究也才剛剛起步，能否成為國際社會所認可的一個嶄新的巖溶地貌類型，不可避免地存在著種種研究局限和不足，對於天坑能否顯著區別於其他巖溶負地形而成為一種獨立的巖溶地貌類型，國內外學者從形態學、成因學、演化學等方面，對天坑的成因分類、生成機理、成因演化、控制條件、地質年代確定、生態環境等一系列問題上進行了較深入的探討與激烈的爭論。同時對於天坑生態價值的討論以及開發與保護方面的研究也引起地理學、生物學、水文學、環境學、災害學、景觀學、旅遊學等眾多學科學者的積極關注、廣泛參與，為相關學科也帶來了新的研究方向和新的科學命題。

本書作者曾在《地球科學》首次提出了用地球系統科學方法研究天坑的觀點，按照這一思路，下一步的研究將從以下幾方面展開：第一，要從基礎地質入手，從控制天坑形成的地質構造、地層結構、巖石學特徵、水-巖相互作用機制等方面深入研究，揭示天坑形成年代、成因機理以及演化規律。第二，堅持以地球系統科學理論為指導，將天坑巖溶作用和過程運用到巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈，以及人類圈的物質和能量流動規律的研究方面，重視天坑的地貌發育過程、地理變遷過程、生態演化過程、環境演變過程以及人文活動過程之間的相互影響及作用，研究天坑形成過程中所蘊含的古環境變化、生態過程以及巖溶環境系統等問題，推動天坑科學問題的系統深入研究。第三，採用各種控制性實驗、新測年技術應用、古環境反演技術三維形態測繪、生態學調查、環境變化的野外觀測與監測等多學科研究方法和技術體系，天坑的宏觀與微觀研究相結合，單因素與多因素研究相結合，自然過程演化與人文活動過程研究相結合，建立起天坑研究的理論體系，最終促進人與自然的和諧發展。

本書通過對漢中天坑群的探測與研究初步成果的系統總結和梳理，涵蓋了漢中天坑群的基本特徵，也揭示了其發育和演化規律，探討了其對巖溶地質學、地貌學的貢獻，但由於本書僅僅是對漢中這一地區的以天坑為主的巖溶地貌調查和研究成果的表達，所以，本書所展示的內容還不夠豐富，研究成果還不全面，對於天坑群的系統研究也只是起一個拋磚引玉的作用。

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