利用热成像无人机在三峡地区开展洞穴调查的新尝试

张颖奇

野外调查对于古生物学的重要意义不言而喻。有道是“巧妇难为无米之炊”，没有成功的野外调查，找不到梦寐以求的化石，古生物学研究也就无从谈起。中国地大物博，沉积类型多种多样，在不同的地区开展调查，工作方法也要因地制宜才能行之有效。受师承影响，笔者自2017年起在广西崇左独立开展洞穴调查，以期找到更多有关步氏巨猿的化石线索。从最初的找不到化石从而心灰意懒，到如今的多个化石点择优排序从而斗志昂扬，个中摸索虽然艰辛，却也不失柳暗花明的欣喜。

崇左地区属于典型的峰丛、峰林喀斯特地貌景观。峰丛、峰林之中，有很多溶洞发育。在这些溶洞内部，既有内源性化学沉积，如钟乳石、石笋等；又有外源性碎屑沉积，如黏土、粉砂、砾石等。这些外源性碎屑沉积物习惯上又被称为洞穴堆积，而化石就有一定的概率被埋藏于其中。绝大多数情况下，化石都是随着这些洞穴堆积从外部被水动力带到洞内埋藏的，而洞穴堆积在中国南方喀斯特地区也是第四纪哺乳动物化石的主要载体。想要找到化石，首先就要找到洞。只有找到并调查更多的洞，才能增加找到化石的机会，这就是规律和概率的结合。相对而言，在崇左地区找洞比较容易，因为该地区峰丛、峰林的山体高度通常不高于200米，山体周围多为没有植被覆盖的陡峭崖壁，多数情况下仅凭肉眼或借助望远镜观察就可以确定位于崖壁高处的洞口位置。我们索性将这样的洞穴称为“崖壁洞穴”。选择这样的洞穴作为调查对象主要是出于以下几点考量：一是这样的洞穴最容易被发现而且数量较多；二是在一定区域范围内，洞穴堆积的位置越高时代越老，发现步氏巨猿的机率也就越大；三是常人难以到达崖壁高处的洞穴，所以对洞穴堆积的人为破坏更少。此外，该地区的峰丛、峰林之间基本上均分布有开阔且底部平坦的山谷或小平原；同时，也受益于甘蔗在辖区内的规模种植，这些山谷中或小平原上均铺设了运输甘蔗的碎石路，这也给主动性调查带来了极大的便利。为了最大限度地避免与突破性化石材料（尤其是步氏巨猿的突破性化石材料）失之交臂，凡是发现有含步氏巨猿化石的洞穴堆积的峰丛或峰林，我们都会沿其崖壁底部绕行一周进行排查。近年通过如此拉网式的调查，先后在崇左地区新发现了有发掘价值的洞穴化石地点10余处，其中包括步氏巨猿化石地点4处。

然而，机缘巧合加上科学问题的驱使，笔者又有幸获得了在鄂西长江以南的三峡地区开展洞穴调查的机会。该地区不仅为步氏巨猿化石分布区域的最北界，区内的重庆巫山县（龙骨坡遗址）、恩施建始县（建始人遗址）以及宜昌长阳县（长阳人遗址）均曾有重要的古人类遗址发现。20世纪60年代末，以翟人杰为首的古脊椎所先辈们就曾到访过这里调查“龙骨”线索，并搜集到产于该区域的步氏巨猿牙齿化石百余枚。这些足以说明该地区第四纪哺乳动物化石资源的丰富程度和调查价值。

鄂西长江以南三峡地区的喀斯特地貌景观与崇左地区截然不同。这里的喀斯特地貌景观为夷平面台地上高度基本一致的丘陵状峰丛与纵深数百米甚至上千米的峡谷的组合。丘陵状的峰丛也不像崇左地区那样突兀，且基本全部被茂密的植被所覆盖，很少形成陡峭的裸露崖壁。反而是切割夷平面台地的峡谷两侧谷坡更容易形成规模较大的陡峭岩壁。2020年9月最初到该地区尝试进行调查时，在广西崇左地区摸索出来的经验先入为主，我们满怀信心直奔崖壁洞穴而去。结果发现，该地区少有裸露的崖壁，一般仅存在于切割较深的河谷两侧的谷坡；这样的崖壁上少有成规模的洞穴发育，即使有也很少保存洞穴堆积，化石就更无从谈起了。当时对这样的结果感到意外，也感到灰心失望，可谓是名副其实的碰“壁”了。如果在崖壁上找不到洞穴，那么在覆盖有茂密植被的喀斯特峰丛中寻找洞穴的难度就更大了，基本不存在现实可行性。当然还有一种办法就是向当地的老乡打探洞穴的信息，但是这样得到的线索质量参差不齐，并且村民已知的洞穴多数分布于村落周边，人为扰动严重，恐怕并不能满足系统调查的需要。再加上当地的年轻人大多外出务工，基本上不会关注山上的洞穴，而知道洞穴情况的老年人也越来越少，这样一来，依靠村民提供信息开展洞穴调查的思路实施起来也很困难。难道真的没有切实可行的方法在该地区开展主动性洞穴调查吗？这一困境随着后来一次到该地区进行化石线索核查终于迎来了转机。

鄂西三峡地区的清江大峡谷（A）和“山原期”夷平面台地上的丘陵状喀斯特峰丛（B）

2022年9月，笔者赴湖北巴东县实地考察化石线索并确认了位于该县水布垭镇八斗坪村十四组的青崖洞的发掘价值。2023年4月，在巴东县文化和旅游局的协助下，笔者对该县野三关镇和水布垭镇的部分位于村落附近已经广为人知的洞穴进行了考察。通过这两次初步考察，笔者发现该地区但凡有一定规模的喀斯特洞穴均有一个特点，即夏季时洞口会有体感明显的凉风从洞内吹出，导致洞口的温度与周围环境温度形成极明显的差异。于是，2021年专业人员利用热成像无人机护送北移云南亚洲象群平安回家的画面便浮现在笔者的脑海中。既然洞口的温度与周围环境温度的差异如此明显，那么洞口肯定也会像夜间的亚洲象群那样在热成像无人机拍摄的画面上有所体现。

2023年8月，笔者怀着忐忑的心情在湖北巴东县的野外调查中对上述想法进行了全方位的验证。首先是利用热成像无人机对已知洞穴分别进行可见光照片和热成像照片的拍摄，然后确认洞口是否会在热成像照片有明显的体现。笔者分别对巴东县水布垭镇的青崖洞、野三关镇三斗坪的鸳鸯洞和高仕洞以及建始县高坪镇龙骨洞进行了拍摄。结果发现，虽然在可见光照片上洞口的位置受植被覆盖的影响基本上不可见，但是在热成像照片上都可以准确识别。但受无人机飞行高度、扫描取景范围以及焦平面与洞口朝向之间角度的影响，洞口的识别特征以及明显程度会稍有差异。由于无人机飞行高度较高、镜头取景区域较广、洞口面积相对较小，青崖洞的洞口在热成像的照片上呈明显的点状异常低温区域；建始龙骨洞的情况与青崖洞类似；鸳鸯洞洞口位于较陡的坡面上，冷空气从洞口沿坡面向下流动，故在热成像照片上呈现为条带状异常低温区域；而高仕洞的规模较大，洞口形成面积较大的凹陷并被冷空气充填，故在热成像照片上呈现为以凹陷轮廓为边界的异常低温区域。除了利用已知洞穴进行验证，笔者还进行了难度递增的另外两种测试。其一是从老乡处打探山洞的大致位置，然后对老乡口头描述的大致区域用无人机进行热成像扫描。结果表明，无人机可以准确定位洞口的位置，野外队员也可以顺利到达洞穴并进洞进行调查。其二是在完全不掌握洞穴分布情况的区域进行盲测，使用无人机进行热成像扫描。结果仅在8月7日第一次尝试当天，便找到三处之前完全未知的洞穴。这些尝试验证了利用热成像无人机在三峡地区开展洞穴调查的可行性。这一调查方法也将为三峡地区的洞穴调查开创新的局面，从而将会增加解决一些悬而未决的科学问题的机会。但由于是首次尝试，也发现了工作方法中存在的问题。虽然热成像无人机有能力准确锁定洞穴的位置，但是搜索过程需要时间。为了提高工作效率，避免人员的等待时间，应该优化工作方案。具体来讲，应该将利用无人机搜索洞穴和进入洞穴调查分开进行。先利用热成像无人机对目标区域展开拉网式的扫描搜索，锁定并记录疑似洞穴的位置；等积累了一定数量的疑似洞穴之后，再组织人员统一进行排查。另外，在具体的实施过程中，还要合理布置起飞点，对同一目标区域进行多次覆盖扫描，避免扫描存在盲区导致的遗漏。

毋庸讳言，笔者对针对三峡地区的这种洞穴调查方法寄予厚望。这种方法把主动性调查从不可能变成可能，从而有希望找到更多的洞穴、更多有价值的化石地点、更多有研究意义的化石，并解决更多的科学问题。