A Vecsem-bükki-zsomboly 1981-ben 245 m-es mélységével hazánk legmélyebb barlangja, s egyben a legnagyobb egybefüggő mélységet is tartalmazza (90 m). Kutatása egybeforrott az Alsó-hegy megismerésével, sőt az elsődleges célpont rendszerint éppen ez a zsomboly volt. 1911-ben a kutatók még nem tudtak lemászni az aljára, Kessler Hubert 1927-ben 90 m-re ereszkedett. A Szenthe István által végzett 1969. és 1970. évi expedíció alkalmával jutottak le előbb 173, majd később 245 m mélyre. Az 1971. évi expedíció alkalmával azt remélték, hogy sikerül kb. 280 m mélységben továbbjutni, s 300-320 m mélyen megtalálni a karsztvízszintet, és a várható kb. ötkilométeres barlangot. Ez a barlang végét kitöltő híg agyag állandó visszafolyása, valamint az 5°C-os hideg miatt nem valósulhatott meg.

A Vecsem-bükki-zsomboly a szilasi Alsó-hegy fennsíkjának közepén, közvetlenül az országhatár mellett, 522 m tszf. magasságban, egy töbör oldalában nyílik. Az újonnan feltárt barlang leírását Szenthe István adta meg. A keskeny bejárati akna lefelé szélesedve 83 m mélységben összeékelődött, és több köbméteres kőtömbök között végződött. Továbbjutni a talp felett két méterre nyíló, a sziklafal és egy beékelődött kőtömb közötti szűkületen lehet. Előbb egy kis fülkébe jutunk, amelyen át az egyre táguló, nagy keresztmetszetű (7,0x3,5 m), 90 m-es aknába ereszkedhetünk le. Az akna falát mindenütt cseppkövek borítják, felső részén a "klasszikus" formájú álló és függő képződmények, bekérgezések, lejjebb viszont a magasból lehulló vízcseppek hatására "pálmafa" alakú cseppkövek keletkeztek. A hosszúkás alaprajzú, 90 m-es akna alját vízszintesen agyag tölti ki, melyet vékony cseppkőkéreg borít. A továbbjutáshoz az akna falán kb. hat métert kell felmászni a 90 m-es akna hossztengelyében fekvő, kb. két négyzetméter keresztmetszetű kürtőhöz, az ún. Záporoshoz. A kürtő nevét a falakat borító finom korallszerű bevonatról kapta, amely a legkisebb érintésre záporozva hullott alá. A Záporos- kürtőn keresztül egy nagy (kb. 7x10 m) keresztmetszetű akna oldalába jutunk, amelynek az aljáról több kisebb átmérőjű kürtő indul, lejjebb labirintust alkotva. Innen egy újabb kis keresztmetszetű, lefelé kiszélesedő kürtő kezdődik, amelynek alja jelenleg a zsomboly végpontja. Az akna alját agyag tölti ki, amely lejtőt formálva, összeomlott kőtömbök közül mosódik ki.

Hazánk legmélyebb barlangjának, a Vecsem-bükki-zsombolynak vázlatos hossz-szelvénye (Szenthe I. 1971)

Az 1971. évi expedíciónak a végpontot hat méterrel sikerült mélyíteni, de a kibontott agyag újra és újra elzárta a munkagödröt. Ezért az ún. Oldal-akna -46,5 m-es pontjánál kezdődő hat méter hosszú szűkületet kezdték bontani, ezen keresztül egy 46 m-es kürtőbe jutottak, majd az akna lépcsőzetesen lefelé vezető folytatását -113 m-ig tárták fel, ahol az becsatlakozott a 90 m-es aknába. Még több kisebb akna feltárásával és a barlang térképének elkészülésével kiderült, hogy a Vecsem-bükki-zsomboly több párhuzamosan elhelyezkedő, nagy keresztmetszetű aknarendszere igen kis alapterületen, mindössze 31x21 m-en fekszik. Az aknák több helyen olyan közel vannak egymáshoz, hogy sok esetben csak néhány méter, sőt esetenként csak 10 cm vastag sziklafal választja el őket egymástól, ami helyenként le is omlott.

A zsomboly anyakőzete Szenthe István (1970) szerint - a legalsó két métert kivéve - világosszürke, homogén, tömött szövetű wettersteini mészkő; legalján pedig kis foltokban középső-anizuszi krinoideás mészkő van.

Az 1971-es, majd az 1974-es expedíció földtani vizsgálatai kiterjedtek a zsomboly és környékének üledékes kitöltésére is. 1971-ben az oldal-aknából sárgásbarna színű, muszkovittartalmú homokos agyagot gyűjtöttek, amelyben vörösesbarna színű agyagkavicsok voltak. A Cseppköves-terem aljáról vett kitöltésminta ugyancsak sárgásbarna színű és muszkovitos, sok kisemlős-csontot és csigaházat tartalmazott. Az 1974. évi tábor alkalmával megállapították, hogy a zsomboly viszonylag száraz részein, a 90 m-es akna feneke és a 200 m-es szint közötti szakaszon intenzív vörös színű agyag van, amelyet több helyen cseppkőbekérgezés borít. 1971-ben a zsomboly bejárata közelében mélyített kézifúrások anyagában Szenthe István olyan dihexagonális kvarcszemcséket, kvarckavicsokat, metamorf kőzetszemcséket mutatott ki, amelyek nem származhatnak a mészkő oldási maradékából, hanem egyértelműen riolittufa-szórásból és egykori törmelékes fedőüledékből valók. Mindezek alapján feltételezte, hogy a töbör- és zsombolykitöltés egy korábbi őskarsztot fedett be, s a jelenlegi karsztos folyamatok exhumálták, újra élővé tették az egykori formákat.

A Vecsem-bükki-zsomboly bejáratán keresztül nagy mennyiségű víz ma már nem jut le a karsztba. A kutatóknak azonban már kezdetben feltűnt, hogy a zsombolyoknak vannak határozottan száraz részei, míg ezektől távolabbi helyeken csöpög a víz, nedves, sáros a talaj. Az 1974. évi expedíció alatt, több napos esőzéskor megfigyelték, hogy a zsomboly felszíni szakaszán határozott vízbefolyás van, s néhány óra múlva a 90 m-es akna tetején erős vízcsepegést észleltek.

Az esőzést követő napokban a barlang jelenlegi talppontján lévő munkahely addig mindössze 20 cm-es vízszintje mintegy 40 cm-t emelkedett, ezért akkor ott a feltáró munkát szüneteltetni is kellett.

A Vecsem-bükki-zsomboly és az Alsó-hegy forrásainak összefüggés-vizsgálataira a VITUKI, együttműködve a zsolnai Mérnökgeológiai és Hidrológiai Tervező Vállalattal, nagyszabású víznyomjelzéses vizsgálatot végzett 1969-1970-ben. 1969-ben jelzőanyagként 2000 kg konyhasót hat köbméter vízben feloldva juttattak a zsombolyba. A só nem jelentkezett egyik forrásban sem, ezért egy év múlva, március 14-én újból 2000 kg konyhasót eresztettek az aknába, amelyet a vízrendszerbe való könnyebb bejutás érdekében 20m³ hóval kevertek össze. Ez a vízfestés már jól sikerült, mert egy nap múlva a Torna völgyében fakadó Zsámány-kútban és a Kör-kútban a só megjelent, és az eredeti kloridalapszint kétszeresét mérték. Az 1971. évi expedíció résztvevői megjegyezték, hogy a 67. m-en levő csörlőálláson és a 90 m-es akna felső részén a csepegő víz határozottan sós ízű volt.

A Vecsem-bükki-zsomboly újonnan feltárt szakaszaiban Walkovszky Attila meteorológus 1970. április 19-20-án és május 1-én klímaméréseket végzett. A mérések bizonyították azt a nagyon is kézzelfogható tapasztalatot, hogy a zsomboly igen hideg. A felszínhez közeli zsombolyszakaszban erősen éreztette hatását a felszíni időjárás, a mélyebb szinteken viszont egyenletes a hőmérséklet csökkenése. 5-6°C-ról 70 m mélységben már 3-4°C-ra száll le a levegő hőmérséklete. A harmadik aknánál a kutatók ugyan felmelegítették a levegőt, de az alsóbb szakaszban egyértelműen megmutatkozik a lassú hőmérséklet-emelkedés, 6-7°C-ra. Feltehető, hogy ilyen mélységben már érezhető a geotermikus hatás, s ez okozta a 0,7°C-os emelkedést.

1971-ben, majd 1974-ben Gádoros Miklós sugárzásméréseket végzett a zsombolyban. A korábbi vizsgálatnál megfigyelte, hogy az első (60 m-es) akna felső részén, valamint a zsomboly fenekén enyhe béta-aktivitás-növekedés tapasztalható. Ugyanakkor a mélyponti agyagdugó hatására jelentkező gamma-aktivitás mindkét alkalommal jól kimutatható volt. Ezt valószínűleg az anyag vulkáni agyagtartalma okozza.

Az alsó-hegyi zsombolyok s különösen a Vecsem-bükki-zsomboly feltárására vezetett expedíciók nagymértékben elősegítették a keletkezésükről kialakult elméletek megszületését.

Kessler Hubert 1933-ban valódi zsombolyoknak azokat az aknákat tekintette, amelyek karsztplatók tetején, hegygerinceken, töbrök felső részén nyílnak. Tehát rendszerint nincsenek vízfolyások útjában, lefelé tágulnak, aljukon hatalmas törmelékkúpot találunk. Az ilyen jellegű zsombolyok a Kessler-féle elmélet szerint úgy képződtek, hogy a már meglevő nagyobb föld alatti termekben gömbboltozatok alakulhatnak ki, amelyek a gyűrűsfeszültség hatására állandó omlásokkal fölfelé haladnak mindaddig, amíg a felszínre ki nem lyukadnak. Kessler összegzése szerint: "Végeredményben tehát azt a következtetést vonhatjuk le, hogy minden zsombolyhoz vízszintes barlang tartozik, amely a törmelékkúp eltakarítása után megtalálható ... Ily módon könnyen elképzelhető, hogy a 10-15 m átmérőjű és 100 m mélységű Vecsem-bükki-zsombolyhoz milyen hatalmas barlang tartozik."

Az újabb Vecsem-expedíciók, valamint a vízfestések hatására Sárváry István és Müller Pál felülvizsgálta az alsó-hegyi típusú zsombolyok keletkezéséről vallott nézeteket. A Kessler-féle teljesen mechanikus eredet helyett kidolgozták a zsombolyok kizárólag korróziós keletkezési modelljét.

Szenthe István (1971) az Alsó-hegy zsombolyainak, valamint töbreinek kitöltésvizsgálata alapján arra a következtetésre jutott, hogy a fennsíkot - a Bükkhöz hasonlóan - miocén piroklasztikum borította be, elfedve az addig kialakult karsztos felszínt. A terület zsombolyait, mint a vízzáró összlet és a mészkőfennsík felszínhatárán kialakult víznyelőket magyarázza. A zsombolyok mai, többnyire töbör-peremi helyzetükbe a vízzáró réteg teljes leöblítése után, a töbörfenék peremekhez képest gyorsabb lepusztulásával kerültek.

A zsombolyok keletkezéséről vallott elképzelések újabb és újabb variációi azt mutatják, hogy az alsó-hegyi zsombolytípus sem egyöntetű, hanem nagyon is különböző, s keletkezésükben igen sok tényező játszott közre.