南海是我国海域天然气水合物赋存的主要区域，学术界关于南海近期连续水合物演化史及其分解触发机制仍存有较大争议，甲烷渗漏引起的海洋环境和生物效应也尚不清晰。近年来，中国地质调查局广州海洋地质调查局实验测试研究所教授级高级工程师陈芳牵头团队通过对南海天然气水合物钻探岩心沉积物开展系统研究，在水合物分解的地球化学记录、水合物演化、触发机制及生物环境方面取得系列新的研究进展。相关成果已陆续发表在《Geophysical Research Letters》（地球物理研究通讯）、《Ore Geology Reviews》（矿产地质论评）、《Chemical Geology》（化学地质）、《Minerals》（矿物）和《Science China Earth Sciences》（中国科学：地球科学）等国内外著名地学期刊。

一是开展天然气水合物分解的触发机制研究，证实了南海北部冷泉碳酸盐岩确实与水合物有关，提出温度对水合物稳定性影响更大等新认识，并首次提供高海平期存在强烈甲烷渗漏活动的证据。天然气水合物在海洋沉积物中处于动态的平衡状态，极易受到温度和压力变化引起分解，释放大量的甲烷至海水甚至大气中，因而了解其触发机制对于资源和环境调查都显得尤为重要，也是目前水合物研究最受关注的热点问题之一。

广州海洋局陈芳及团队邓义楠、庄畅等，联合上海海洋大学、中国科学院南海海洋研究所等相关人员组成课题组，通过测试东沙海域含水合物钻孔岩心中发育的自生碳酸盐岩U-Th（铀-钍）年龄，收集迄今为止已公开发表的全球冷泉自生碳酸盐岩测年数据，并投放在全球20万年来海平面-年龄变化曲线进行研究，获得水合物分解释放及冷泉活动发生在高海平面，甲烷渗漏在高海平面暖期活动强度最大，其诱因可能与底层海水变暖有关，与压力相比，温度对水合物的稳定性影响更大等新认识，与过去普遍认为的压力是影响南海水合物动态的主要因素这一传统认识大相径庭。研究成果证实了南海北部冷泉碳酸盐岩确实与水合物有关，并首次提供了高海平期存在强烈甲烷渗漏活动的证据。

图1全球海平面变化与甲烷释放关系图解

二是揭示了南海东北部二十万年以来较为完整的水合物分解演化历史。研究人员通过对含水合物钻孔岩心所获连续沉积冷泉碳酸盐岩样品进行了系统地球化学分析，结合前期测年结果，揭示出南海东北部二十万年共发生了三大期的甲烷渗漏事件。通过开展多种微量元素特征研究显示，第一期和第三期的甲烷渗漏强度较小，主要局限于沉积物中，对海洋环境影响微乎其微。而第二期规模极大，形成于13.3-11.3万年之间，大量的甲烷向上渗漏至海水中，极大的影响了海洋环境。研究首次提出了天然气水合物分解可能导致海底局部的硫化环境。

图2南海北部近二十万年以来水合物释放历史

三是建立起新的水合物分解事件识别指标。识别天然气水合物分解事件对于了解水合物成藏模式及地质历史时期甲烷在全球碳循环中的作用具有重要意义。研究人员在含水合物钻孔岩心的沉积物和碳酸盐岩样品中发现了多层微量元素钼（Mo）的强烈富集，最高富集系数达到273（富集系数＞10属于强烈富集），而正常半深海沉积物中Mo的含量偏低，一般富集系数≤1。Mo元素的富集是高度还原硫化环境的指示，推断其富集与天然气水合物分解释放的甲烷厌氧氧化作用有关。由于Mo在地质样品中所赋存的硫化物易于保存，因此，Mo作为有效的地球化学指示剂，能够更好地用于示踪地质历史时期中甲烷渗漏的强度和大规模的水合物分解事件。

图3水合物甲烷渗漏区Mo元素富集机制

四是对天然气水合物释放与海底生物关系取得新认识。水合物分解伴随着大量的甲烷渗漏至海水中，从而养育了冷泉生物群。然而，冷泉区生物众多，甲烷渗漏与各类生物存在何种联系目前尚未十分清晰。研究团队对南海北部深水洋流途经海域的天然气水合物异常区钻探站位采集到的冷水珊瑚、冷泉碳酸盐岩进行了鉴定，对其矿物、元素、稳定同位素进行测试和研究。鉴定出3个种的冷水珊瑚，发现南海冷水珊瑚的成因是在洋流作用下多种因素作用的结果。

研究指出，以甲烷为主的冷泉流体形成冷泉碳酸盐岩，为珊瑚生长提供了硬质基地。渗漏最终停止后，来自西太平洋的深水洋流携带“富营”物质维持冷水珊瑚的生长和堆积。甲烷不仅可以直接为海底生物提供能量，也可间接的支撑珊瑚等生物生长。研究拓展了南海北部海底洋流、冷泉流体的环境效应研究视域。同时，研究团队首次发现在晚第四纪沉积中底栖和浮游有孔虫碳同位素值同时出现极低值事件，对解释陆坡甲烷气释放能否贯穿上层海水及有孔虫碳同位素负偏因素有很好的研究意义。对资源勘探及古海洋环境研究具有重要意义。

以上研究成果得到国家自然科学项目基金（No. 41372012、41776066和41803026）和南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0506）的共同资助。

论文信息如下：

Chen, F., Wang, X. D., Li, N., et al., 2019. Gas hydrate dissociation during sea-level highstand inferred from U/Th dating of seep carbonate from the South China Sea. Geophysical Research Letters, 46, 13,928–13,938.

Deng, Y., Chen, F., Hu, Y.,et al., 2020. Methane seepage patterns during the middle Pleistocene inferred from molybdenum enrichments of seep carbonates in the South China Sea. Ore Geology Reviews, 125, 103701.

Chen, F., Hu, Y., Feng, D., et al., 2016. Evidence of intense methane seepages from molybdenum enrichments in gas hydrate-bearing sediments of the northern South China Sea. Chemical Geology, 443, 173–181.

Deng, Y., Chen, F., Li, N., et al., 2019. Cold-Water Corals in Gas Hydrate Drilling Cores from the South China Sea: Occurrences, Geochemical Characteristics and Their Relationship to Methane Seepages. Minerals, 9, 742.

Zhuang, C., Chen, F., Cheng, S., 2016. Light carbon isotope events of foraminifera attributed to methane release from gas hydrates on the continental slope, northeastern South China Sea. Science China Earth Sciences, 59, 1981–1995.

19个天坑！

11月15日，在2019年（第十届）中国—东盟矿业合作论坛期间举办的中国—东盟自然景观资源图集研讨会上，自然资源部中国地质调查局公布在广西壮族自治区那坡县发现了由19个天坑组成的大型天坑群。这是我国境内继广西乐业大石围天坑群、陕西汉中天坑群后，发现的又一世界级天坑群，也是目前北回归线以南发现的最大天坑群。

为揭开这一世界级天坑群的神秘面纱，记者近日采访了亚洲洞穴联盟主席、自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所教授级高级工程师张远海。

那坡天坑群天坑数量多、亮点多

谈起那坡天坑群的发现，张远海介绍说，最近几年，广西的洞穴探险爱好者通过“谷歌地球”在那坡岩溶区发现许多疑似天坑的负地形。2019年，自然资源部中国地质调查局“古生物化石与地质遗迹调查”工程，安排了《西南岩溶区碳酸盐岩地质遗迹调查与评价》二级项目，开展西南岩溶区碳酸盐岩地质遗迹的梳理与调查，着重于新发现与新认识，服务于区域地质遗迹与岩溶景观资源的保护与管理。由此，正式开始了对那坡地区的调查。

那坡地处桂西南边陲、云贵高原余脉六韶山南缘，相对其他地方来说，地理位置非常偏远。2019年1月，项目组采用线路踏勘和无人机调查的方式，沿当地主要地下河，在定业地下河核心区开展了调查，首次在那坡县龙合乡发现串珠状天窗，有些达到天坑规模。5月，项目组对那坡城厢镇区域进行调查，还是线路踏勘和利用无人机进行调查。11月，项目组深入天坑底部开展调查，确认天坑群的数量，并在一些较大的天坑中发现了一些珍贵的天坑植被。

据张远海介绍，根据调查，那坡天坑群形成于定业地下河流域内，定业地下河汇水面积486平方千米，地下河总长60千米，落差292米。那坡天坑群由19个天坑组成，主要分布于那坡县城厢镇和龙合乡，其次在坡荷乡和定业乡各有一个。这些天坑有的发育于海拔1000多米的高原之上，有的顺着地下河轨迹呈串珠状分布。 “我们发现，那坡天坑群主要还是数量多，个体规模均是普通天坑，没有大型天坑。”

张远海指出，那坡天坑群的主要特点一是分布集中，保存完好，而且很多是水缸状的天坑，比较已发现的乐业大石围天坑群和汉中天坑群的发育特点和历史，说明这些天坑比较“年轻”。二是发育的地层为泥盆系—石炭系，这与全国其他天坑群不一样。三是天坑群发育的水文地质背景与其他地区也有差别，就是外源水特别少，而且地下河的水力落差也不大。四是因为那坡天坑群在北回归线以南，天坑植被具有典型的热带属性。那坡天坑群保存有完好的原始植被群落，如董棕、蛇根草、爬树龙、香木莲、棕榈树等，其中国家二级保护植物的董棕群落，林木均高在30米以上，如此高大的天坑野生董棕林为国内首次发现；天坑中央的香木莲树高50米，仅次于大石围天坑香木莲。

尤其值得指出的是，那坡天坑群地处南亚热带，是北回归线及其以南最大的天坑群。这与靠近我国南北气候分界线的汉中天坑群这一北亚热带最大天坑群对应，有利于开展两者的对比研究。

那坡天坑群的发现具有重要的科学研究价值和现实意义

岩溶地区的主要特点是地表和地下双层系统。天坑是地表和地下连接最直观的地貌，是岩溶地貌演化的重要标志。

张远海指出，那坡天坑群的发现，在某些方面填补了天坑发育和区域分布的空白，在于它的地层、水文地质、自然地理环境与众不同，为开展天坑对比研究提供了范例。其次，那坡天坑分布集中，分布密度较大，值得开展与地质构造相关的研究。

此外，那坡天坑群的发现，更加确立了广西“天坑王国”的地位，也为普及天坑科学知识提供了条件。除天坑群外，定业地下河流域内还发育有类型众多的岩溶地质遗迹，尤其是发育丰富多彩的岩溶洞穴、岩溶峡谷、伏流和瀑布景观。“难能可贵的是，那坡天坑群和洞穴普遍保存完好，天坑周边植被也保存很好。洞穴内次生化学沉积物景观也很漂亮，旅游价值很高，旅游潜力很大，对中—越沿边旅游带构成极好的补充。这对当地旅游经济可持续发展和脱贫攻坚意义重大。”张远海说。

这次调查还是由中国地质调查局岩溶地质研究所牵头实施的“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划的组成部分。国际标准化组织岩溶技术委员会已于今年9月正式落户岩溶地质研究所。那坡天坑群的发现，将进一步丰富和拓展制定相关岩溶国际标准的样本。

为此，项目组今后针对那坡天坑群开展的工作是科普宣传和科学研究并重。一方面，进一步加强科普宣传，让公众认识到天坑群的价值，提高对天坑的保护意识；另一方面，对与天坑有关的洞穴开展进一步调查和对比研究，提升天坑研究水平。

我国具有开展天坑研究的天然优势

天坑是碳酸盐岩地区的溶洞大厅塌陷形成的，口径和深度不小于100米，和（或）容积大于100万立方米，四周或大部分周壁为陡崖，且与或曾与地下河溶洞相通的特大型地质漏斗。2001年之前，天坑一直被作为喀斯特漏斗的特例，直到2001年我国学者正式提议将这种喀斯特地貌命名为“天坑”。

我国岩溶分布和发育具有得天独厚的条件，迄今发现的天坑数量比世界其他地方的总和还要多。据张远海介绍，截至2017年底，以约100平方千米分布区域为界而论，我国发现的天坑群数量27个（不包括网络报道未经实地验证发现的天坑群），仅这些天坑群的天坑数量就达到172个。这些天坑群主要集中于我国的广西、贵州、重庆、云南和四川，以及陕西汉中。27个天坑群中，最大的天坑群为广西乐业的大石围天坑群，在约100平方千米范围内分布有29个天坑（早期统计38个）。其次是广西巴马的盘阳河天坑群，在约100平方千米范围内发现天坑16个（早期统计20个）。第三是陕西镇巴县的三元天坑群，在约100平方千米范围内发现天坑13个（早期统计19个）。在27个天坑群中的172个天坑中，天坑直径大于500米或天坑容积大于5000万立方米的超大型天坑有16个。

从2003年天坑理论体系建立， “天坑”成为继石林、峰林、峰丛之后第四个来自中国的岩溶科学术语。我国的天坑研究一直走在世界前列。中国地质调查局岩溶地质研究所分别于2005年和2018年在桂林和汉中举办了两次国际天坑研讨会，“天坑”这一科学术语也因此受到世界岩溶和洞穴学家的关注，逐步得到了世界的认可。国内外学者从天坑形态、类型、成因、发育等方面进行了系统地研究，同时吸引了除地质学之外的旅游学、景观学、地理学、生物学、环境学、气候学、水文学、体育学、文学、传播学等众多学科学者的积极关注与广泛参与，为这些学科带来了新的研究方向，但多学科研究还处于起步阶段。

张远海指出，天坑作为一种岩溶地貌类型，与地下河密不可分。因为天坑是地下河侵蚀、溶蚀，洞穴发育到非常成熟的形态——溶洞大厅垮塌后并逐渐在地表呈现的形态。因此，天坑作为岩溶地貌演化的标志显得尤为重要。而天坑的形成年龄研究及其研究手段，目前还很不理想。

利用我国具有的天坑研究的优势，中国地质调查局岩溶地质研究所将广泛开展国际合作，进一步推动“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划的实施，并为相关岩溶国际标准的制定提供科学依据。

弄羊天坑  伍红鹰 摄

定业地下河出口洞穴石幔  向航 摄

燕子洞天坑  伍红鹰 摄

弄羊天坑底部董棕树林  萧文往 摄

科考队员探秘天坑底部  向航 摄

近日,前来武隆出席“重庆武隆喀斯特世界自然遗产保护暨全域旅游提档升级活动”的中外著名岩溶地质学家到武隆岩溶研究基地考察、指导工作。

考察组先后参观了武隆岩溶研究基地的野外试验场、室内实验室、洞穴环境监测平台、科普展厅及办公、生活设施。专家们充分肯定了研究基地所处的优良环境及土地、实验条件，并对洞穴环境在线监测平台表现出了极大的兴趣，该平台可实时接收并展示武隆芙蓉洞、南川金佛洞、桂林芦笛岩三处遗产地的洞穴温度、湿度、二氧化碳等环境监测数据，为洞穴研究和保护提供数据积累和依据。

在考察后的座谈交流会上，专家们对武隆基地的发展方向和研究思路提出了宝贵的意见和建议：一是进一步凝炼武隆喀斯特的突出科学问题，吸纳国内外相关科技力量，加强科研队伍建设，开展针对性研究；二是完善野外试验场和实验室配套设施建设，强化武隆喀斯特及洞穴监测保护；三是加强岩溶水文流域边界条件及示踪试验研究，并注重通过深部岩溶和地下水循环研究加深对武隆喀斯特发育演化的认识；四是加强国内外合作交流和研究生培养，定期在基地召开学术研讨会，或常设论坛；五是通过三维激光扫描测量，建立芙蓉洞三维模型及展示；六是加强网站建设、出版物编印；七是开展科普教育活动，使武隆基地成为面向中小学生的科普教育示范基地。何林副区长表示，武隆区政府将每年拿出一定数额的资金作为基金，设置一定数量的开放课题，支持中外研究人员前来武隆，合作开展武隆喀斯特的科学研究。

考察组还就武隆基地的建设发展、武隆喀斯特的监测与保护研究、联合开放研究基金的设立及运行管理等进行了深入探讨。

英国伯明翰大学教授、国际地理协会主席约翰•甘先生，斯洛文尼亚喀斯特研究所名誉所长、教授安德烈•克兰奇先生，澳大利亚悉尼大学教授、前国际洞穴联合会主席朱丽叶•詹姆斯，乌克兰国立科学院地质科学研究所教授、前国际洞穴联合会副主席亚历山大•克里姆丘科等参加考察。