利用熱成像無人機在三峽地區開展洞穴調查的新嘗試

張穎奇

野外調查對于古生物學的重要意義不言而喻。有道是“巧婦難為無米之炊”，沒有成功的野外調查，找不到夢寐以求的化石，古生物學研究也就無從談起。中國地大物博，沉積類型多種多樣，在不同的地區開展調查，工作方法也要因地制宜才能行之有效。受師承影響，筆者自2017年起在廣西崇左獨立開展洞穴調查，以期找到更多有關步氏巨猿的化石線索。從最初的找不到化石從而心灰意懶，到如今的多個化石點擇優排序從而斗志昂揚，個中摸索雖然艱辛，卻也不失柳暗花明的欣喜。

崇左地區屬于典型的峰叢、峰林喀斯特地貌景觀。峰叢、峰林之中，有很多溶洞發育。在這些溶洞內部，既有內源性化學沉積，如鐘乳石、石筍等；又有外源性碎屑沉積，如黏土、粉砂、礫石等。這些外源性碎屑沉積物習慣上又被稱為洞穴堆積，而化石就有一定的概率被埋藏于其中。絕大多數情況下，化石都是隨著這些洞穴堆積從外部被水動力帶到洞內埋藏的，而洞穴堆積在中國南方喀斯特地區也是第四紀哺乳動物化石的主要載體。想要找到化石，首先就要找到洞。只有找到并調查更多的洞，才能增加找到化石的機會，這就是規律和概率的結合。相對而言，在崇左地區找洞比較容易，因為該地區峰叢、峰林的山體高度通常不高于200米，山體周圍多為沒有植被覆蓋的陡峭崖壁，多數情況下僅憑肉眼或借助望遠鏡觀察就可以確定位于崖壁高處的洞口位置。我們索性將這樣的洞穴稱為“崖壁洞穴”。選擇這樣的洞穴作為調查對象主要是出于以下幾點考量：一是這樣的洞穴最容易被發現而且數量較多；二是在一定區域范圍內，洞穴堆積的位置越高時代越老，發現步氏巨猿的機率也就越大；三是常人難以到達崖壁高處的洞穴，所以對洞穴堆積的人為破壞更少。此外，該地區的峰叢、峰林之間基本上均分布有開闊且底部平坦的山谷或小平原；同時，也受益于甘蔗在轄區內的規模種植，這些山谷中或小平原上均鋪設了運輸甘蔗的碎石路，這也給主動性調查帶來了極大的便利。為了最大限度地避免與突破性化石材料（尤其是步氏巨猿的突破性化石材料）失之交臂，凡是發現有含步氏巨猿化石的洞穴堆積的峰叢或峰林，我們都會沿其崖壁底部繞行一周進行排查。近年通過如此拉網式的調查，先后在崇左地區新發現了有發掘價值的洞穴化石地點10余處，其中包括步氏巨猿化石地點4處。

然而，機緣巧合加上科學問題的驅使，筆者又有幸獲得了在鄂西長江以南的三峽地區開展洞穴調查的機會。該地區不僅為步氏巨猿化石分布區域的最北界，區內的重慶巫山縣（龍骨坡遺址）、恩施建始縣（建始人遺址）以及宜昌長陽縣（長陽人遺址）均曾有重要的古人類遺址發現。20世紀60年代末，以翟人杰為首的古脊椎所先輩們就曾到訪過這里調查“龍骨”線索，并搜集到產于該區域的步氏巨猿牙齒化石百余枚。這些足以說明該地區第四紀哺乳動物化石資源的豐富程度和調查價值。

鄂西長江以南三峽地區的喀斯特地貌景觀與崇左地區截然不同。這里的喀斯特地貌景觀為夷平面臺地上高度基本一致的丘陵狀峰叢與縱深數百米甚至上千米的峽谷的組合。丘陵狀的峰叢也不像崇左地區那樣突兀，且基本全部被茂密的植被所覆蓋，很少形成陡峭的裸露崖壁。反而是切割夷平面臺地的峽谷兩側谷坡更容易形成規模較大的陡峭巖壁。2020年9月最初到該地區嘗試進行調查時，在廣西崇左地區摸索出來的經驗先入為主，我們滿懷信心直奔崖壁洞穴而去。結果發現，該地區少有裸露的崖壁，一般僅存在于切割較深的河谷兩側的谷坡；這樣的崖壁上少有成規模的洞穴發育，即使有也很少保存洞穴堆積，化石就更無從談起了。當時對這樣的結果感到意外，也感到灰心失望，可謂是名副其實的碰“壁”了。如果在崖壁上找不到洞穴，那么在覆蓋有茂密植被的喀斯特峰叢中尋找洞穴的難度就更大了，基本不存在現實可行性。當然還有一種辦法就是向當地的老鄉打探洞穴的信息，但是這樣得到的線索質量參差不齊，并且村民已知的洞穴多數分布于村落周邊，人為擾動嚴重，恐怕并不能滿足系統調查的需要。再加上當地的年輕人大多外出務工，基本上不會關注山上的洞穴，而知道洞穴情況的老年人也越來越少，這樣一來，依靠村民提供信息開展洞穴調查的思路實施起來也很困難。難道真的沒有切實可行的方法在該地區開展主動性洞穴調查嗎？這一困境隨著后來一次到該地區進行化石線索核查終于迎來了轉機。

鄂西三峽地區的清江大峽谷（A）和“山原期”夷平面臺地上的丘陵狀喀斯特峰叢（B）

2022年9月，筆者赴湖北巴東縣實地考察化石線索并確認了位于該縣水布埡鎮八斗坪村十四組的青崖洞的發掘價值。2023年4月，在巴東縣文化和旅游局的協助下，筆者對該縣野三關鎮和水布埡鎮的部分位于村落附近已經廣為人知的洞穴進行了考察。通過這兩次初步考察，筆者發現該地區但凡有一定規模的喀斯特洞穴均有一個特點，即夏季時洞口會有體感明顯的涼風從洞內吹出，導致洞口的溫度與周圍環境溫度形成極明顯的差異。于是，2021年專業人員利用熱成像無人機護送北移云南亞洲象群平安回家的畫面便浮現在筆者的腦海中。既然洞口的溫度與周圍環境溫度的差異如此明顯，那么洞口肯定也會像夜間的亞洲象群那樣在熱成像無人機拍攝的畫面上有所體現。

2023年8月，筆者懷著忐忑的心情在湖北巴東縣的野外調查中對上述想法進行了全方位的驗證。首先是利用熱成像無人機對已知洞穴分別進行可見光照片和熱成像照片的拍攝，然后確認洞口是否會在熱成像照片有明顯的體現。筆者分別對巴東縣水布埡鎮的青崖洞、野三關鎮三斗坪的鴛鴦洞和高仕洞以及建始縣高坪鎮龍骨洞進行了拍攝。結果發現，雖然在可見光照片上洞口的位置受植被覆蓋的影響基本上不可見，但是在熱成像照片上都可以準確識別。但受無人機飛行高度、掃描取景范圍以及焦平面與洞口朝向之間角度的影響，洞口的識別特征以及明顯程度會稍有差異。由于無人機飛行高度較高、鏡頭取景區域較廣、洞口面積相對較小，青崖洞的洞口在熱成像的照片上呈明顯的點狀異常低溫區域；建始龍骨洞的情況與青崖洞類似；鴛鴦洞洞口位于較陡的坡面上，冷空氣從洞口沿坡面向下流動，故在熱成像照片上呈現為條帶狀異常低溫區域；而高仕洞的規模較大，洞口形成面積較大的凹陷并被冷空氣充填，故在熱成像照片上呈現為以凹陷輪廓為邊界的異常低溫區域。除了利用已知洞穴進行驗證，筆者還進行了難度遞增的另外兩種測試。其一是從老鄉處打探山洞的大致位置，然后對老鄉口頭描述的大致區域用無人機進行熱成像掃描。結果表明，無人機可以準確定位洞口的位置，野外隊員也可以順利到達洞穴并進洞進行調查。其二是在完全不掌握洞穴分布情況的區域進行盲測，使用無人機進行熱成像掃描。結果僅在8月7日第一次嘗試當天，便找到三處之前完全未知的洞穴。這些嘗試驗證了利用熱成像無人機在三峽地區開展洞穴調查的可行性。這一調查方法也將為三峽地區的洞穴調查開創新的局面，從而將會增加解決一些懸而未決的科學問題的機會。但由于是首次嘗試，也發現了工作方法中存在的問題。雖然熱成像無人機有能力準確鎖定洞穴的位置，但是搜索過程需要時間。為了提高工作效率，避免人員的等待時間，應該優化工作方案。具體來講，應該將利用無人機搜索洞穴和進入洞穴調查分開進行。先利用熱成像無人機對目標區域展開拉網式的掃描搜索，鎖定并記錄疑似洞穴的位置；等積累了一定數量的疑似洞穴之后，再組織人員統一進行排查。另外，在具體的實施過程中，還要合理布置起飛點，對同一目標區域進行多次覆蓋掃描，避免掃描存在盲區導致的遺漏。

毋庸諱言，筆者對針對三峽地區的這種洞穴調查方法寄予厚望。這種方法把主動性調查從不可能變成可能，從而有希望找到更多的洞穴、更多有價值的化石地點、更多有研究意義的化石，并解決更多的科學問題。