喀斯特峡谷系统揭晓：湿热气候塑造中国地质奇观

喀斯特峡谷系统特别是天生三桥喀斯特系统备受关注。上游落水洞、羊水峡干谷、白果伏流和龙水峡的形成，天坑和天生桥的形成，现代河谷持续深切，地下水不断溯源侵蚀，落水洞向源头区后退，地表地下水流多次改变方向以至乌江最终对天生三桥水系的袭夺等等，构成一幅幅喀斯特峡谷形成和演变的生动画卷，向人们讲述着第四纪以来喀斯特峡谷系统的地貌转化过程。

或许有人会问，天生桥、天坑、峡谷，诸多奇特的现象都是怎样构成的呢？中国地质科学研究院的专家们揭晓了答案，这些频频让人瞠目结舌为之倾倒的喀斯特峡谷系统都是亿万年来，经历了地貌和水文系统等多方面共同作用演化而来的。

1.地貌演化

图4-23　龙水峡飞天悬瀑

天生三桥喀斯特系统的地貌格架是在燕山运动以后形成的。自新生代的喜山运动后，在各方面复杂的作用下，经历了一系列显著的地貌发育阶段。总的来说，可以主要分为大娄山期、山原期和峡谷期：

（1）大娄山期

大娄山期地貌形成时代约从中生代末至古新世，是一历时很长的地表剥蚀夷平时期。经过长期削高填低的作用，使地表形成和缓起伏的丘陵状地貌。目前这一时期的地面已属残留地面，仅在一些较高的分水岭带部分有所保留。

（2）山原期

山原期是一重要的地貌发育时期。从大范围看，自始新世以来，印度洋板块向北俯冲，导致青藏高原快速隆起和喜马拉雅山的形成。这次构造运动被称为“喜山运动”，通常被分为三期（或称三幕）。早期的喜山运动（第Ⅰ幕）发生于始新世晚期至渐新世中期，不仅形成雄伟的青藏高原雏形，而且破坏了大娄山期在本区形成的剥蚀残余地面形态，形成了新的褶皱和断裂。

此后一直到上新世末，地壳又一度趋于相对稳定。这一时期，气候较为湿热，活跃的风化作用、流水作用及喀斯特作用，共同塑造现今尚大量保存的山原期地面，以大型盆地、宽谷等形态为代表。这一时期的残留地面主要分布在广阔的分水岭地区，海拔在1200 米左右。在喀斯特区常形成浅覆盖喀斯特，其表面的喀斯特景观并不突出，也不典型，但其下的喀斯特发育却十分强烈。山原期地貌的最后完成时间是在上新世晚期，按照现在对第四纪开始时间的认定，此期地貌形成的下限时间在距今260 万年左右。

（3）峡谷期

最近一期的喜山运动主要发生在上新世晚期至第四纪早期（2.6 百万年），并持续至今。总的特点是频繁的构造隆升和较为短暂的相对稳定时期的相间出现，以及气候的冷暖交替变化。此期地貌没有形成大娄山期和山原期那样宽缓的夷平地形，而是以河流下切作用为主导。此运动开始时（更新世早期），在天生三桥一带的河流两侧形成较宽的谷地。此后贵州发生了一次强烈的构造运动，大大强化了贵州高原自西向东大面积、大幅度的掀斜抬升，武隆地区也经受了与之相应的构造变动。一是将以前形成的大娄山期和山原期地貌抬升到不同的高度，二是乌江水系开始在山原期地面上往下深切。山原期形成的剥蚀残余地面由于第四纪以来地壳大幅度的间歇性抬升，从而导致喀斯特地貌表现出向深性和叠加发育的特点。地下河袭夺，使地表水和地下水的径流方向与通道不断发生改变，水量重新分配，从而形成了多期发育的伏流、多层洞穴，并最终形成现在的峡谷、天生桥、天坑和复杂的洞穴。

在第四纪期间，虽然古气候有过冷暖交替，但未曾受到第四纪大冰盖的作用，所以新近纪以来（甚至更古老）所形成的喀斯特形态都得以完好保存。地表和地下喀斯特的长期协同作用，加上第四纪时的新构造抬升，都使得天生三桥喀斯特地质遗迹的体量更巨大、形态发育得愈加完美。

2.水文系统演化

喀斯特的形成离不开水文条件，要形成峡谷喀斯特，更需要有利的气候与充沛并长年不竭的地面河道径流和侵蚀力，同时还要配合地表深切和地表地下统一排水基准面的长期大幅度下降，为喀斯特峡谷的纵深发展创造强劲的水动力条件。天生三桥喀斯特系统处于巨大的单斜山山坡上，而位于地形高处的是大面积分布的下志留统罗惹坪组砂页岩和二叠系灰岩地层，有页岩、煤系和黄铁矿等夹层存在，来自这些地区的水流（外源水），对天生桥喀斯特峡谷的形成具有重要促进作用。它们一方面提供了充沛且长年不竭的径流；另一方面这样的外源水具有较低的矿化度和较高的非饱和度，对碳酸盐岩具有较强的溶蚀能力，对形成巨大的伏流通道十分有利。同时，在相当长的一段时期内，地下统一排水基准面的下降与伏流（河流）的侵蚀下切速度保持协调，从而形成深切峡谷，并造就了天生桥、天坑的巨大高度（深度）。(www.xing528.com)

峡谷期（三峡期）是喀斯特水文地貌系统发育演化的主要阶段。此时天生三桥喀斯特大致经历了以下五个阶段：

（1）第一阶段

早期地表河形成。大约在上新世中晚期，早期地表河发育，其位置与现今的羊水河大致相同，当时河流宽谷（谷底现已被抬升到海拔1160 米高程以上）的谷坡上已发育有七十二岔洞，现今洞底高程为1169 米，且为流入型洞穴，该洞穴当时应位于河谷之中，洞内现保存的砾石层中的大砾石的直径达0.5 米，可见形成洞穴时水量之大。此时，构成天生桥的岩层还处于这一古老河谷谷底之下，在其内发育有全充水的潜水带洞穴。这一古羊水河从南东方向折向东，排往老盘沟，因为在这一时期，东面的老盘沟是天生桥一带的地方性侵蚀基准面，向此方向流动，水力坡度最大。

（2）第二阶段

天生三桥—白果峡谷状伏流形成。随着地壳上升，地下水位下降，羊水河在天生三桥上游潜入地下变为伏流，伏流轨迹大致为龙桥—麻园子—王家坝。伏流出口在王家坝一带，王家坝至白果所在地这一段谷地为古地表河床。在这一阶段中，在现在的天生三桥所在处，原先在地下深处形成的潜流带洞穴的一部分成为伏流通道，并在大量外源水的作用下，不断扩大。天龙桥旁的迷魂洞曾一度作为伏流的主要流路，迷魂洞现今高出天龙桥桥底120 米；在神鹰天坑南侧高程为938 米的垭口内亦残留有古老伏流的遗迹。在此后相当长的一个时段内，当地排水基准面的下降与河流（伏流）的侵蚀下切速度相协调，形成深切的峡谷状伏流洞穴通道。

（3）第三阶段

天生三桥雏形和天坑形成。龙水峡以下的河段是发育在侏罗系中的地表河，由于溯源侵蚀，其源头延伸至龙水峡所在的喀斯特区，从而在龙水峡处形成控制羊水河伏流的新的排泄基准，龙水峡下游端点的海拔约520 米，低于天龙桥390 米。羊水河流域的水流向其汇集，从而引起一系列的地貌响应过程：首先是伏流流出点下移至白果一带；王家坝以下的地表河下切，使原来的谷底成为阶地；其上游的伏流通道大部分发生崩塌；天生三桥一带所受影响相对较小，亦引起伏流的进一步向下深切，局部地段发生顶板崩塌，神鹰天坑和青龙天坑在此阶段形成，与之相应，残留下来的未塌落的伏流通道的顶板便成为今日天生桥的“桥面”。

（4）第四阶段

现代河谷持续深切。中更新世晚期以来，由于地壳持续抬升，乌江峡谷进一步下切，老盘沟也随之加深其河谷，区域地下水位的下降使天生三桥以上的羊水河水流顺应最大的水力坡降方向，形成新的地下潜流。从目前掌握的地貌现象推测，在这一阶段，地下水从天生三桥一带直接沿东南方向，途经哈子岩、大岩脑、贺家坨、大龙洞一带，流向龙水峡。这一新的地下水流场，为形成那一带的洼地和大型塌陷漏斗创造了有利条件。而对天生三桥来说，峡谷中的水流的减少，对天生桥形态的保存反而起到有利作用。因为，如果水流过大，就可能大大增加洞穴通道的宽度，宽度过大则可能导致洞顶失稳而发生大规模的崩塌。在这一阶段，峡谷河床水流还把天坑的崩塌物溶蚀和移走，并形成了由冲积层覆盖的平整的河床。所以，现在的峡谷底部并未见有大量的崩塌堆积物。

（5）第五阶段

乌江对本区地下水系的袭夺。晚更新世以来，本区的喀斯特含水层仍在不断发展、变化和调整之中。羊水河上游地表水流入喀斯特含水层的位置不断地向补给区溯源后退，目前已后退到猴子坨伏流入口、下干沟落水孔等处，这种地下水不断溯源侵蚀和地表水流入（地下）点的不断后退的趋势似仍在继续。另外，由于地下水总是朝水力坡度最大的方向运动，地下径流在平面上存在不断截弯取直的演化趋势，最终导致羊水河上游的地下水再度改道，直接由落水洞进入地下，基本沿着岩层的走向，再向西南方向径流，最后在武隆城区西北方4 千米处的老龙洞直接排入乌江。从下干沟落水孔进入仙人洞的大部分水流，也都从仙人洞底再次潜入地下，进入更深的含水层，仅有少量水流从仙人洞口排出，汇入羊水沟。

从以上的水文—地貌演化历史分析可知，区内地表（地下）水流的方向和迹线，经历了由西往东至老盘沟、由西往东再转向南至白果、由天生三桥向南至龙水峡、由猴子坨向西南至乌江这一系列的演变过程，总的趋势是追寻最大水力坡度的方向，不断截弯取直，最终直接流向乌江。可见，正是喀斯特地区地下、地表径流的相互转换，导致天生桥这一段地下地形向地表形态的转换，从而最后形成现今的峡谷、天生桥和天坑三位一体的共生共存关系。

以上对于天生三桥喀斯特峡谷系统形成、演变的有关论述，仅仅是初步研究成果。只有深入开展专题研究，进一步加强地貌年代学研究，提高年龄测定、判定精度，才有可能更好地认识大自然真正的演化发展过程。