1995年8月,由中法巖溶專家組成的一支科學考察探險隊在重慶奉節(jié)發(fā)現(xiàn)了一條巨大的地下暗河。到2004年8月,歷經10年艱辛的實地探查,人們終于找到了這條暗河的源頭,初步弄清了河道結構、延伸位置以及暗河出口,并確認是一條世界級的特大暗河。
本刊特約這支中法科考探險隊的中方隊長萬新南教授撰文,為我們講述科考探險歷程并介紹這一奇特的地下世界。
“君不見黃河之水天上來,奔流到海不復還”,這是古人描寫地表江河的絕妙詩句,也是現(xiàn)實大江大河洶涌澎湃、奔流不息的真實寫照。但鮮為人知的是,在堅硬完整的巖石中,在常人不能到達的地下深處,也有滔滔東去、滾滾南行的“地下大河”,這種天然的“地下河”在水文地質學中稱之為“暗河”,百姓有時也稱之為“陰河”,它是隱藏于地體深部,在地下真實流淌的長河。
初探暗河
中國灰?guī)r出露面積為世界之最,各國巖溶洞穴專家都向往在中國進行巖溶洞穴科學研究。1995年,中法專家首次合作,組建了第一支聯(lián)合科考隊,對重慶奉節(jié)興隆地下暗河進行科學考察。筆者作為中方隊長參加了這次科考探險。
7月30日,科考隊從重慶奉節(jié)出發(fā),考察三峽地帶的巖溶發(fā)育規(guī)律。當時那里的交通還十分不便,科考隊一行18人,帶著一卡車的裝備與行李,由陸路—水路—陸路,多次變換交通工具,花了5天5夜,才到達了興隆。在興隆考察了20多天后,在興隆的南邊發(fā)現(xiàn)了一個巨大的巖洞,它高80余米,寬20余米,處于一個半封閉的巨大山體下,一條長約10余千米的地表長河從這個洞口鉆入地下,不知去向。
我們?yōu)榇伺d奮不已,通過對衛(wèi)星資料與有關地質、水文地質資料的綜合分析,預測一條世界級的地下暗河可能就在這里。8月22日,科考隊組成一支小分隊深入洞中,開始了龍橋暗河的“處女探”。
當時入洞的地表河水量很大,必須蹚水入洞。我們帶著干糧和礦泉水深入洞中,一路上大部分時間都是在齊腰深的暗河河水中行走,與透明洞穴魚伴行,偶爾上岸休息。經過5個晝夜的艱難跋涉,終于深入洞內5000米。當我們準備繼續(xù)向暗河下游挺進時,前方被巨大的樹桿與生活垃圾封住了,并有強勁的地下虹吸作用。地下虹吸作用是地下暗河中的一種特殊現(xiàn)象,這是水流在特定位置遇上河道突然變小,水流下泄受阻時產生的快速水流,其動能極大,如果我們強行深入,則會被強勁快速的水流吸入地下深處,后果不堪設想。我們只好帶著遺憾原路返回。
此路不通,科考隊決定先從外圍尋找可能的暗河出口,然后根據入口與出口的相對位置,再尋找地質歷史時期留下的海拔高程較高的早期暗河入口或暗河支流入口,也即采用分段突破戰(zhàn)術完成整個暗河系統(tǒng)的調查。這一戰(zhàn)術十分有效,不久在龍橋暗河以北就發(fā)現(xiàn)了另一個可能的暗河系統(tǒng)——三眼洞洞穴系統(tǒng)。大家備受鼓舞,但此時法國專家簽證到期,大學開學在即,1995年8月28日,我們不得不結束了歷時34天的龍橋暗河初探。
再探暗河
為了揭開龍橋暗河的神秘面紗,1997年、1999年中法專家再次聯(lián)手兩次開赴龍橋。我們采用GPS(衛(wèi)星定位系統(tǒng))技術和計算機模擬技術,分析了龍橋暗河在地下展布延伸的走向與暗河可能的出口位置。我們大家分析認為,應先找到暗河的出口,然后在暗河入口與出口之間再尋找地下河道的位置。當?shù)卣腿罕娊o我們提供了許多線索,在他們的密切配合下,我們很快在距入口處30余千米的湖北恩施板橋鎮(zhèn)地區(qū)找到了可能的暗河出口。
恩施板橋黑洞位于恩施板橋鎮(zhèn)的大山腳下急拐彎處,洞高60余米,寬6-8米,我們推測,上游龍橋暗河的水流在地下匯合后從該洞流出,形成了一條更寬闊的地表河。為了證實這種推測,1999年8月我們設計了一次試驗,在一個大桶中將法國生產的無毒無害可食用的綠色色素示蹤劑溶解于水,然后投放于地表河消失的洞口處,同時在地下河下游可能的出口處的水下設置了多個特制的接收裝置。投放示蹤劑6天后,我們去收取接收裝置,但令人沮喪的是,示蹤劑收集裝置被當?shù)氐男『斪魍婢呷∽吡?,試驗因此夭折?/p>
2000年,我們意外得知,1999年在中法科考隊離開半個月后,恩施板橋黑洞洞口處水色大變,在當?shù)匾鹆艘魂嚥恍〉目只拧K示G色,這綠色水流一直延續(xù)了半個月。這個消息終于證實了恩施板橋黑洞的確是龍橋暗河出口。
在確定暗河出口后,我們對徹底查清暗河河道位置的信心更足了。2001年8月,中法科學家又組織了一個探險小分隊,從暗河出口的恩施板橋黑洞處逆流而上進入暗河,經過艱難的逆游、潛水,深入暗河達3000米。途中,我們遇上了高達百米的巨大地下瀑布,道路被堵,探查再次受阻。
在對收集到的資料進行了多次分析論證后,2001年和2004年我們兩度組隊再赴龍橋。在這兩次考察中,中法專家綜合利用了更加先進的GPS定位系統(tǒng)與計算機模擬技術,詳細分析暗河發(fā)育規(guī)律,逐個排查前幾年所發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個大小洞穴與龍橋暗河的關系。在排查中我們發(fā)現(xiàn),最有亮點的有三處:龍橋暗河北側的三眼洞暗河系統(tǒng),位于龍橋洞與黑洞之間的熱云洞,以及鯰魚洞。于是,我們決定在下一步行動中,將暗河分為上中下游三個重點段進行集中突破。上游集中在霧洞支流和三眼洞支流,中游集中在大深坑,下游集中在熱云洞、青蛙洞、鰱魚洞等,化整為零,分段突破,以期取得理想的效果。
解秘暗河
2004年8月,我們再一次來到龍橋暗河。經過幾天艱苦的探查,三眼洞工作片區(qū)取得進展。三眼洞暗河系統(tǒng)并不是一條獨立的暗河系統(tǒng),它只是龍橋暗河的一大地下支流。經實測,僅三眼洞支流系統(tǒng)總長就已達15千米。三眼洞洞體高大,大多數(shù)洞體剖面高達50到100余米,寬5-30米。結構分上下四層,每一層中又套含巨大而復雜的次級支流體系,盤根錯節(jié),縱橫交錯,有如迷宮。在洞系的最底層的懸崖絕壁下,我們還發(fā)現(xiàn)了古代遺跡:古人留下的字跡、鋤頭和竹籃。在場的法國專家一筆一畫地把字模仿下來,帶出洞請中國專家辨認,經辨認大意是:“小心,我去河邊了”。這些古跡更增添了洞中的神秘色彩。在三眼洞系統(tǒng)還發(fā)現(xiàn)了一個吐霧洞(又稱陰陽洞),該洞洞口不大,卻不間斷地吐出陰森大霧,站在洞口就可感覺到洞中刮出的陣陣陰風,令人毛骨悚然。若把加熱至30攝氏度的啤酒放在洞口,數(shù)分鐘后,其溫度可下降至12攝氏度左右,有如天然冰箱。
熱云洞工作片區(qū)也是佳訊頻傳。熱云洞是一個巨大的溶洞,洞口大廳后緣被一巨型巖墻分成兩半,形成兩股氣流,一股熱氣騰騰,一股冷風颼颼,因而得名。熱云洞內部
更是不凡:巨石林立,光滑平整有如武則天的無字碑,直豎在洞體兩側,非常壯觀。更令人稱奇的是,深入洞內三四千米時,一條流淌的大河橫亙在眼前,河道兩岸一塵不染的天然石階有如人工雕鑿,隊員們戲言,若在此垂釣或談情說愛,一定別有情趣。
鯰魚洞工作片區(qū)更有重大發(fā)現(xiàn)。除了如愿找到了暗河主通道外,在洞體內還發(fā)現(xiàn)了大量古人類在洞內活動的遺跡,據考證這些遺跡至少有400年歷史,是古人制造簡易火藥、狩獵、械斗的場所。這些古跡是中國古代人類洞穴活動的見證,也是文明的見證。
更令人稱奇的是,在這個溶洞深處,我們還發(fā)現(xiàn)了絕世僅有的“溶洞珍珠”。這是一顆純白色的、局部有斑點的大理石質的溶洞珍珠,直徑2.5厘米,球形,鑲嵌在鈣華體中。令人不可思議的是此珍珠可以在鈣華體中轉動,卻拿不出來,有如中國傳統(tǒng)的工藝品蛟龍含珠,珠可在龍嘴里活動,但不能取出,真是巧奪天工。溶洞珍珠的發(fā)現(xiàn)者是一位業(yè)余洞穴科考隊員——剛跨入大學的法國芬妮小姐,為了紀念這一重大發(fā)現(xiàn),我們將其命名為“芬妮石”。這種“溶洞珍珠”與水文地質學家通常稱的溶洞珍珠不同。常見的溶洞珍珠只是單個似球狀的黑色鈣華體,洞穴中到處可見,而這種珍珠在天然條件下難以形成,因此在洞穴中十分罕見,這是在中國發(fā)現(xiàn)的第一顆,也是在世界上發(fā)現(xiàn)的第二顆。我們把它保留在原處,以便讓更多的科考專家能在實地看見它、研究它,還其自然本色。
這種寶石的形成機理非常獨特,推測其形成過程可能是:在地下先有一個似球狀的小石塊如地下河中的微型鵝卵石成為核粒,在水流作用下核粒不斷滾動,形成薄層鈣質膜,在地質時間的長河中球體被一層又一層地包裹,不斷重新結晶,不斷滾動“長大”,由土黃色變成白色,最后形成今天我們看見的大理石石質珠體,同時由于它在形成過程中不斷滾動,所以就像人工藝雕一樣,鑲嵌在鈣華體中,可活動而不可取出。大自然巧奪天工之妙令人稱奇。
我們還在龍橋洞的下游叢山之中發(fā)現(xiàn)了一個“大深坑”。大深坑實際上是一口豎井式深洞,深近500米,直徑卻只有15-20米,十分險峻。當考察隊員進入大深坑后,又發(fā)現(xiàn)在垂直深達300余米處還有數(shù)個平洞,其中一個洞向南延伸,似乎可通8年前(1997年)所發(fā)現(xiàn)的湖北恩施板橋境內的霧洞。經過在室內用計算機洞穴軟件進行模擬和分析,我們推測,大深坑是龍橋暗河的一個關鍵部位,它很可能是幾條地下管道的交匯點,如果分頭從幾個洞口入洞,很可能在大深坑處匯合。大深坑的發(fā)現(xiàn)標志著龍橋暗河系統(tǒng)整體結構的定位,它將8年前在龍橋以南10余千米處所發(fā)現(xiàn)的霧洞聯(lián)系在一起,劃定了龍橋暗阿南支流的準確位置,它與北支流三眼洞系統(tǒng)遙相呼應。
帶著這種推測,科考隊又兵分兩路,一組從湖北境內的霧洞向大深坑方向出發(fā),另一組從龍橋大洞向大深坑方向推進,從早上9時至下午7時,經過大約10個小時的艱難跋涉,兩路人馬終于在大深坑附近的地下會合了。當然這種會合不是在同一高度的平坦地面會合,而是在高差達80米懸崖的兩個平臺上遙遙相會。雖然不能直接握手祝賀,但人們站在不同的高度上歡呼致意,以示祝賀。這次會合標志著龍橋暗河考察在跨越了一個又一個難關之后,我們對龍橋暗河結構體系的認識已漸漸完整。
重慶奉節(jié)興隆龍橋暗河可以說是目前在中國經人工實測過的最長的地下河,它位于長江之畔、歷史古城奉節(jié)縣白帝城以東近200千米處,海拔高2000米以上。它穿越奉節(jié)與恩施的地表分水嶺,是一個典型的復雜多變的完整暗河系統(tǒng)。從入口到出口地面直線距離20千米。由于地下巖層溶蝕性質不同,地下裂隙發(fā)育格局不同,使地下河道彎曲起伏、寬窄多變,局部地段甚至奇怪地突然逆向拐彎,河道系統(tǒng)十分復雜。根據目前全部實測數(shù)據,龍橋暗河全長約50余千米。
龍橋暗河系統(tǒng)分為三大部分:一是地表入流部分。這部分是在地質歷史上已從地下暗河轉變?yōu)榈乇硭糠?,是一條寬5-20米的平整小河,全長10余千米。二是暗河入口與暗河出口。這是兩個巨型大洞,入口位于重慶奉節(jié)龍橋村,處于半封閉的高山腳下,出口位于湖北恩施板橋鎮(zhèn)的開放式大山腳下的黑洞處,排出的水流形成一條寬闊的地表河。三是主河道及其支流系統(tǒng),包括三眼洞支流與霧洞支流。
相關知識:地下暗河
暗河或地下河在中國西南諸省(主要是石灰?guī)r)地區(qū)多處可見,且規(guī)模巨大,如廣西都安縣地蘇地下水系、四川筠連縣小魚洞暗河等等,在有石灰?guī)r出露的地方幾乎都有暗河,可以說,石灰?guī)r是暗河誕生的搖籃。
暗河不能用長江、黃河這類地表水流的概念把它推想為在地下逶迤奔流、可以泛舟直航的地下航道,暗河比地表河復雜得多,在一條大的地下暗河中,除了具有地下主河道外,它還有眾多的地下支流,在主河道上除了可見地下流水外,不少地段還可見數(shù)百米落差的地下瀑布跌水、平坦如鏡的深潭巨湖,以及可怕的虹吸管流,如果人們誤入虹吸管流區(qū),整個身體將被不可逆轉的巨大水流柱吸入洞中,絕無生還機會。
一條完整的地下河,也不是人們想像的那樣全河段都是潺潺流水,或者涓涓東去、或者滔滔北往。實際上在地下河的一些河段見不到水流,而是一些早已干枯的古地下河道。這是因為現(xiàn)今的地下流水為了適應地質條件的變遷,已經再次遷入更深的地下或者適應了另一個新的地下通道,從而使其成為地下河中的更年輕的地下河。
暗河由斷斷續(xù)續(xù)的地下溶蝕了的巖石管道組成,有的地段寬廣無比,可并排行行駛8輛大卡車或可容納萬人聚會:有的地段則像“地道戰(zhàn)”中的人工窄小巷道,僅容一人勉強通過。暗河作為一個巨大而不規(guī)則的地下巖石管網系統(tǒng),錯綜復雜,變化萬千。由于洪水時大量地表物質沖入河道致使一些河道全部封閉,因此地下河很難追蹤與測量,是一種難以捉摸的地下水系統(tǒng)。如果人們沒有專業(yè)知識、專業(yè)手段,沒有受過專業(yè)訓練,貿然進入這種地下河系統(tǒng),很可能是有進無出,永別塵世。正是這種危險與黑暗,也給人們帶來了豐富、神秘的暇想,吸引人們去體驗與探索。
暗河的過去,或者說暗河的早期形態(tài)是地表溝谷,由于石灰?guī)r地區(qū)存在大量的構造裂隙、孔洞等,地表溝谷水沿這些裂隙孔洞不斷下滲、溶蝕,最終形成小的水流通道;這些小的地下水流通道逐漸擴展,匯成更大的地下水流系統(tǒng),最終地表河流被地下河流所取代,并徹底在地面消亡。
暗河的未來,或者說暗河的進一步發(fā)展階段,是天坑、地縫與巨型巖溶石柱群,當?shù)叵露囱?、暗河由于地殼抬升,地表與地下水的下切,或地下洞體本身的塌陷,使其出露地表,則可能形成巨大的巖石深坑,學術上稱為“天坑”;也可能形成一條很窄、很深、兩岸很陡的深溪溝,學術上稱為“地縫”。對于迷宮狀的暗河系統(tǒng)或洞穴群,則在它們暴露地表后形成一種石林狀的峰叢洼地地貌,如云南路南石林與四川興文石林c若地下水活動十分強烈,則可留下像恩施板橋那樣的巨型石柱。
暗河的研究其實是地質環(huán)境研究的深化,是全球氣候變遷研究的延伸。暗河的發(fā)育演化史實際上是全球氣候變化史在該地區(qū)的微縮。它對地下水資源的開發(fā)保護、巖溶地區(qū)地上建筑、地下建筑的工程穩(wěn)定性評價也有十分重要的科學意義與經濟價值。