北京小西山的地质背景

吕金波

北京西山属于太行山。明代北京作为首都，永乐皇帝取了“北京”的名字，嘉靖年间张爵的《京师五城坊巷胡同集》记录“西山、府西三十里、太行之首”，这样就有了“北京西山”的名字。后来人们把永定河以东、接近城区的山体部分俗称“北京小西山”。

下面就从小西山地理、小西山地质、小西山北部温泉成因、三山五园地质背景4个方面给读者介绍一番。

小西山地理

地理上，“小西山”没有严格的定义，就是北京西山向东部北京城区方向凸出的山体部分，由于离京城较近，人们登山郊游方便，于是逐渐有了“小西山”的俗称。皇家园林也不例外，著名的“三山五园”就位列其中。所以小西山地理显得非常重要。

小西山四至范围：西起永定河谷的军庄-三家店，东至圆明园-清华大学；南起石景山区老山-八宝山，北至海淀区温泉-屯佃。地理坐标：北纬39°53′～40°03′，东经116°03′～116°17′。区域内的最高峰克勤峪海拔797.60米，鬼见愁海拔536.00米，八大处宝珠洞海拔428.40米，石景山海拔182.80米。永定河水自军庄西，经三家店水库，在石景山西南流入北京平原，构成小西山的西部边界，《水经注》中称为“清泉河”。万园之园的圆明园、以及南面的畅春园和北京大学清华大学是一片湿地，构成小西山的东部边界。老山-八宝山构成了小西山的南部边界。阳坊花岗岩体阻止了温泉村南石灰岩含水层的地下水流动，冒出地表，形成以“温泉”为标志的北部边界。

北京小西山地质图

小西山地质

地质上，“小西山”西起永定河断裂，东至黄庄-高丽营断裂；南起永定河冲洪积扇，北至阳坊花岗岩体的南部边缘。

可以将小西山地质分为地层（包括第四纪冰川遗迹和永定河冲洪积扇）、构造分述如下：

地层

小西山地层从老到新有：雾迷山组（Jxw）、马家沟组（Om）、太原组（Ct）、山西组（CPsh）、石盒子组（Psh）、双泉组（PTsh）、杏石口组（Tx）、侏罗纪地层（J）和第四纪地层（Q）。

雾迷山组（Jxw），32页图中的Jx代表蓟县纪、w代表雾迷山组，出露在老山南和八宝山南。为距今15亿年前陆表海沉积的硅质条带白云岩，其中硅质的化学成分为SiO2，白云岩的化学成分为MgCO3和CaCO3。雾迷山组为1934年北京大学学生高振西、熊永先、高平在天津蓟县实习时创名，把当地人称呼二十里铺附近的“无名山”误记成“雾迷山”。

马家沟组（Om），其中O代表奥陶纪、m代表马家沟组，出露在北部温泉南侧、西部军庄西侧和玉泉山南。为距今4.6亿年前海洋沉积的石灰岩，化学成分主要为CaCO3。马家沟组为1922年北京大学教授美国人葛利普在河北省开平马家沟村创名。

太原组（Ct）和山西组（CPsh）为恐龙出现之前的含煤地层。北京的次层型剖面位于灰峪（周口店第18地点）东山梁。

石盒子组（Psh）为山西大学瑞典人那琳1922年在太原市东山陈家峪石盒子沟创名。北京的次层型剖面位于军庄东侧。现在把原来北京的红庙岭组红色砂岩并入到石盒子组上部。

双泉组（PTsh），其中P代表二叠纪、T代表三叠纪，sh代表双泉组，在双泉寺附近创名，代表距今2.5亿年前的地层。古人对地下冒出的泉水很关注，觉得很神奇，冒出两股泉水的地方就更加神奇了，京西有双泉寺。而地质上的双泉组指的是双泉寺附近的地层，为一套砂砾岩夹页岩的河湖相沉积地层。

杏石口组（Tx），T代表三叠纪，x代表杏石口组，出露在杏石口村南，现在地质学定义为玄武岩下伏的地层，在距今2亿年前河流沉积的石头里含有丰富的植物化石，其中的宝珠洞砾岩是底砾岩。顺便讲一个故事，原来杏石口村附近有玄武岩，属于喷出的火山岩，发育许多的气孔，后来气孔中充填了许多外来的物质，形似我们日常吃的杏仁，所以老百姓形象地将八大处附近的村落称为杏石口村。不过现在经过地层清理，“杏石”在地质学上已经置于上覆的南大岭组了。

侏罗纪地层的符号图语为J，共有5个地层“组”，每个组都有一个专有的符号：“n”代表南大岭组、“y”代表窑坡组、“l”代表龙门组、“j”代表九龙山组、“t”代表髫髻山组。这些不同的符号，不仅代表着北京西山出露的具体位置，还代表着不同的地层性质。南大岭组（n）就是大家熟知的香山鬼见愁的玄武岩，因为石英含量很少，科学家定为基性火山岩，也就是全球广泛分布的玄武岩，如富士山、济州岛、夏威夷、北爱尔兰的巨人之路等。窑坡组（y），古代把开采煤的矿坑叫“窑”，顾名思义，窑坡就是门头沟最早开采煤矿的山坡名称，属于距今1.8亿年前侏罗纪形成的煤层。龙门组（l）位于京西古道上的龙门村，是沿古道北东向延伸的一条砾岩地层，厚达10米以上，地质学称“龙门砾岩”，形成于1.7亿年前。九龙山组（j）为灰绿色火山碎屑岩，金代的整个西山称为“九龙山”，后来专指门头沟河滩北坡与永定河谷之间的山岭。髫髻山组（t）为浅红色火山岩，远远看去，山头如同古代妇女头上的发髻，俗称髽鬏，西山人称髽鬏山，中国第一代地质学家为了高雅，将山名改为“髫髻山”，并以此建立髫髻山组地层，层型剖面位于门头沟区田庄东南。

李四光（右一）与纳里夫金（左二）考察隆恩寺冰川擦痕（郭凤九拍摄）

李四光（左二）考察八大处香界寺（六处）门前冰川漂砾（邹宗平供图）

第四纪地层是地球演化的最后一页书，记录了两大事件：一个是第四纪冰川遗迹，另一个是人类活动留下的遗迹。

第四纪冰川遗迹：西方地质学家认为欧洲大陆和北美大陆存在第四纪冰川，而中国东部存在第四纪冰川是中国科技界的一面旗帜、地质部长李四光提出来的。他的这一思想体现在小西山，如隆恩寺冰川擦痕、八大处冰川漂砾、模式口冰川擦痕等。对小西山第四纪冰川遗迹考察和研究始于20世纪60年代。1954年，李捷（《北京西山地质志》的作者之一、1927年主持了周口店遗址挖掘）在调查永定河引水渠的工程地质条件时，发现了模式口东面一个小山坡南麓（现为中国第四纪冰川遗迹陈列馆），在光滑坚硬的玄武岩表面有许多“钉头鼠尾”形态的擦痕。后经李四光考察后认定为第四纪冰川遗迹。1959年11月，应邀参加第一届全国地层会议的前苏联纳里夫金院士、别夫纠科等一行，在李四光、俞建章、王曰伦、孙殿卿和刘东生等人的陪同下考察此地，纳里夫金回国后在前苏联（《自然》1960年第8期）杂志上发表文章，将小西山发现的冰川擦痕誉为“亚洲地质史的光辉一页”。

1959年7月，李四光在八大处香界寺（六处）门口下边的小桥旁寻找到具有“钉头鼠尾”的冰川擦痕，随后在带有冰溜擦痕的巨型岩块上题词：“冰川漂砾”，并作科普解释。1960年3月中旬在北京举行中国第四纪冰川研究工作座谈会，交流有关第四纪冰川遗迹的考察资料，并对北京西山的隆恩寺、八大处、模式口等地点第四纪冰川遗迹进行考察，成立了以李四光为首的“中国第四纪冰川研究工作中心联络组”，大大推动了第四纪冰川的考察研究。当然，直到今天，中国东部是否存在第四纪冰川的说法在科学界尚有争论。

北京平原为第四纪地层，符号为Q。永定河形成一个大的冲洪积扇，石景山区为顶部带，北京城区为中部带，东部朝阳区、北部海淀区和南部南海子为溢出带。12000年前，地球还处在冷期，永定河冲洪积扇由砂砾石层组成。8000年前，气候转暖，北京平原的堆积速率达到最高，以泛滥平原泥砂沉积为主，北京平原地貌基本定型。4000年前，大暖期到来，雨水增多，造成河道两岸决口，河流泛滥加剧，淤积的泥砂形成了北京平原。我们在进行五万分之一比例尺精度的地质调查时，通过对王府井东方广场基坑（右图中△1）和南海子小红门深坑（右图中△2）的年龄测试、孢粉和粒度分析，证实4000多年前有洪水泛滥，与传说的“大禹治水”史前大洪水时期相当，沉积速率达到最旺期，地质学称为“晚第四纪堆积期”。

构造

小西山有2个褶皱构造（南部为八大处背斜，北部为香峪大梁向斜）、3条断裂（永定河断裂、八宝山断裂和黄庄-高丽营断裂）。

八大处背斜为印支运动时期的构造形迹，呈近东西（北东东）向展布，八大处后山杏石口组与双泉组之间不整合是印支运动的直接证据。香峪大梁向斜是燕山运动时期的构造形迹，呈北东向展布，向斜成山成就了向斜核部的克勤峪和鬼见愁。向斜形成后，永定河断裂左行运动，错断了永定河西部的九龙山向斜和东部的香峪大梁向斜，致使九龙山向斜轴靠南，香峪大梁向斜轴靠北，断距达1千米，1932年8月30日，计荣森和孙殿清命名“沿浑河之断层”，后来称为“永定河断裂”。《北京西山地质志》描述了大灰厂之东北断层，向东延伸至平原残丘部分后来称为“八宝山断裂”，为不具活动性逆断层。1966年石油部646厂利用人工物探方法发现了“黄庄-高丽营断裂”，为北京凹陷的西北边界，为具活动性正断层。

永定河冲洪积扇:1.山地；2.永定河冲洪积扇；3.观测点（1东方广场、2小红门）

小西山北部温泉成因

小西山北部有个地名“温泉”，温泉旧址位于现在的北京市海淀寄读学校内，1957年测量水温35℃，流量2.5L/s，20世纪50年代后期逐渐断流。现在留有民国时期冯玉祥将军题写的“精神不死”碑立在南面的石灰岩山顶上。

南面山体为奥陶纪马家沟组石灰岩，北面为修建十大建筑（人民大会堂、中国历史博物馆与中国革命博物馆、中国人民革命军事博物馆、民族文化宫、民族饭店、钓鱼台国宾馆、华侨大厦、北京火车站、全国农业展览馆和北京工人体育场）地基石材的阳坊花岗岩体，白垩纪形成的阳坊花岗岩体阻止并加热了地下水，在温泉村北形成温泉。由于区域性地下水潜水面下降，温泉断流，遗址尚存。

三山五园地质背景

海淀区山后地区温泉遗址

三山五园是对北京小西山范围内、以清代皇家园林为代表的历史文化遗产的统称，其实在清代皇家档案中并没有发现“三山五园”的专称。“三山”是指自西向东的香山、玉泉山和万寿山，《大清会典·内务府园囿》中记录了“三山执掌”条目。“五园”的说法颇多，且和三山有重叠，五园是指静宜园、静明园、颐和园、畅春园和圆明园。本文将三山与五园合并，重新划分为香山和静宜园、玉泉山和静明园、万寿山和颐和园、畅春园圆明园以及北大勺园，将其地质背景分别叙述如下：

香山和静宜园的地质背景——侏罗纪南大岭组玄武岩

香山和静宜园的地质背景处于香峪大梁向斜的核部，侏罗纪早期地下喷发的玄武岩，形成以玄武岩为背景的基性火山岩地层，同时也证明稳定了14亿年的华北板块开始活化。

香山和静宜园属向斜成山，核部地层为1.8亿年前侏罗纪喷发的基性火山岩（石英含量少），地质学称为“南大岭组玄武岩”，有气孔杏仁构造，呈现黑绿色，与冬天的白雪形成鲜明的对比（日本的富士山也是这种岩石），形成上白下绿的美丽景色。

“南大岭组”是1961年北京地质学院（现在的中国地质大学·北京）师生填图时在门头沟区南大岭创名，岩性以灰绿色基性玄武岩为主，夹少量凝灰质砂页岩。

香山是著名燕京八景之一的“西山晴雪”所在地，指的是香山一带冬天的雪景，如今香山的知名景色已被秋天的红叶代替了。金代称“西山积雪”，元代改称“西山晴雪”，明代称“西山霁雪”。清代乾隆皇帝题写的“西山晴雪”碑，立在香雾窟北侧山坡。香山一带冬天下雪，山顶为白色，山下为绿色，形成“西山晴雪”景观，类似布达拉宫，信奉藏传佛教的乾隆皇帝非常喜欢，赋诗云：“久曾胜迹纪春明，叠嶂嶙峋信莫京。刚喜应时沾快雪，便教佳景入新晴。寒村晓炊依林袅，古寺谏钟隔院鸣。新傍香山构精舍，好收积玉煮三清”。是说古代留下来的名胜古迹依旧，古村古寺环境幽静，雪后的景色在晴空里更加新颖。

值得一提的是，1949年毛泽东主席住在双清别墅，指挥渡江战役，解放了全中国，并在这里留下了《中国人民解放军占领南京》的诗句：“钟山风雨起苍黄，百万雄师过大江。虎踞龙盘今胜昔，天翻地覆慨而慷。宜将剩勇追穷寇，不可沽名学霸王。天若有情天亦老，人间正道是沧桑”。

玉泉山和静明园的地质背景——沉积间断达1.4亿年的层间水冒出成泉

玉泉山和静明园的地质背景与著名的周口店遗址-石花洞一带的地质背景相似，4.6亿年前海洋沉积的奥陶纪马家沟组石灰岩地层之上直接覆盖石炭纪含煤地层，缺失了华南才有的志留纪和泥盆纪地层（如桂林山水石灰岩和张家界石英砂岩），沉积间断达1.4亿年之久，在周口店-石花洞一带的石灰岩顶部形成了喀斯特洞穴，而在玉泉山储存了大量的层间地下喀斯特水，这种承压水沿着地层面冒出地表，形成泉。

玉泉山是著名的燕京八景之一的玉泉趵突，是指玉泉山下喷涌的泉水形成的美景，原称“玉泉垂虹”，康熙皇帝称“玉泉流虹”，乾隆皇帝称“玉泉趵突”。玉泉山为一个南北延伸的丘陵小山包，南面为奥陶纪马家沟组石灰岩，北面为含煤页岩，之间缺少了距今4.6亿～3.2亿年前的地层，缺失的地层之间储存了地下水，形成层间水，在压力的作用下，成为承压水上涌冒出地表生成泉水，就像济南的趵突泉一样，被誉为玉泉趵突。《燕京八景图》记载：“山有石洞三，一在山之西南，其下有泉，深浅莫测。一在山之阳，泉自山而出，鸣若杂佩，色如素练，泓溦百顷，鉴形万象，莫可拟极。一在山之根，有泉涌出，其味甘冽，门刻玉泉二字……”。乾隆皇帝题诗云：“玉泉昔日此垂虹，史笔谁真感慨中。不改千秋翻趵突，几曾百丈落云空！廊池延月溶溶白，倒壁飞花淡淡红。笑我亦尝传耳食，未能免俗且雷同”，解释了由“玉泉垂虹”改为“玉泉趵突”的原由：“西山泉皆流，至玉泉山势中豁，泉喷跃而出，雪涌涛翻，济南趵突不过是也。向之题八景者，目以垂虹，失其实矣，爰正其名”，遂改为“玉泉趵突”。由于玉泉山水质好，用以灌溉的水稻，芳香四溢，盛产享有盛名的“京西稻”。古代皇家饮用玉泉山泉水，著名的天下第一泉流量：1934年9月首次观测为2立方米/秒，1947～1974年平均流量0.26～1.66立方米/秒，1958年8月达2.59立方米/秒；水温12～14℃。泉的水质为HCO3-SO4-Ca·Mg型，pH7.30～7.98，矿化度0.287～0.352克/升。20世纪70年代逐渐断流。

万寿山和颐和园的地质背景——二叠纪石盒子组石英砂岩

万寿山和颐和园为湖光山色，山是稍微发红的二叠纪石盒子组上部的石英砂岩，湖的成因与玉泉山类似，湖底下面的基岩同样缺少了距今4.6亿～3.2亿年前的地层，缺失的地层之间储存了地下水，形成层间水，在压力的作用下，成为承压水上涌冒出地表，生成昆明湖。

石盒子组是距今2.4亿年前石炭纪-二叠纪形成的。因其在门头沟的红庙岭出露比较完整，所以1920年出版的《北京西山地质志》命名为“红庙岭砂岩层”。经过地层学清理，现在并入石盒子组地层的上部。

颐和园的万寿山，元代称为“翁山”，清乾隆皇帝为母亲庆寿，改称“万寿山”。万寿山岩石为坚硬的长石石英砂岩，四盒子组上部石英砂岩在颐和园形成了万寿山，古人将香山东北部由西向东到达红山口（石英砂岩在阳光照射下闪闪发光）的山命名为金山，曹雪芹将山下的书屋命名悼红轩，创造了不朽的《红楼梦》。

金代建金山行宫，明代改建为好山园，清乾隆十五年(1750年)改建为清漪园，光绪十四年(1888年)慈禧太后改建为颐和园。全园以万寿山为中心，占地2.9平方千米，其中湖泊面积约占3/4。1998年被列入《世界文化遗产名录》。昆明湖底部的基岩为奥陶纪马家沟组石灰岩，地下水流动遇到万寿山石盒子组上部砂岩的阻隔上涌，形成诸多泉水。1996年12月28日，昆明湖进行了240年以来的第一次清淤，科学家通过取样分析湖相层的颜色、物质组成、生物遗骸组合、化学元素获知：昆明湖水起始于3500年前，3000年前稳定成湖，水生植物开始繁衍，1750年前属于天然湖泊。1750年对湖区进行开挖，湖水的面积增加了1倍，从此变为人工湖。

畅春园、圆明园以及北大勺园的地质背景——马池口凹陷形成的湿地

今天的畅春园、圆明园以及北京大学和清华大学一带，是昌平马池口松散沉积物收缩形成的一片湿地的南面。因为揭示这片湿地最早是深达600多米砂砾石大坑的马池口钻井，所以地质学家将这片湿地所在的范围命名为“马池口凹陷”。以北京大学为例，最早是明代万历年间著名书法家米万钟的勺园。米万钟曾于万历四十五年（1617年）亲手绘《勺园修图》，现存北京大学图书馆，可以让我们一睹当年的辉煌。勺园一词取自“淀之水滥觞一勺”诗句，侯仁之在《燕园史话》中介绍：“它的面积不过百亩，但是细流潆洄，湖泊连属，岗峦起伏，林木幽深”。毛泽东主席的一篇《别了，司徒雷登》的文章让我们知道了司徒雷登的名字，然而民国时期美国人司徒雷登在此创办了燕京大学，知道的人相对就少了。其实现在北京大学里那些古香古色的建筑大多是燕京大学时期建成的。解放后城里沙滩的北京大学与燕京大学合并，成为今天的北京大学。那么5000年前的先人们如何进驻北大燕园这个地方的呢？以文史哲著称的北京大学图书馆是查不到的，只能在地质学中寻找证据了。

北京大学静园草坪地热井（京热-119井）

北京大学和清华大学位于玉泉山诸泉（泉群）的东面、马池口凹陷的南面，与畅春园和圆明园一起处于自然形成的一片湿地中，属于“巴沟低地”的一部分。大多数人知道北京在春秋战国时期称为燕国，其实北京的位置在那个时期属于蓟国，后来燕强蓟弱，蓟国被燕国灭掉并入了燕国。“蓟”这个地名不仅在后来的史书中有记载，在出土文物里也得到了证实。

5000年前的畅春园、圆明园以及北京大学和清华大学一带处于湿地的南部，是“蓟”的一部分，1958年在湿地北部的昌平山前丘陵（小山包）-雪山（因为山形像靴子而名靴山，念白了谐音雪山），北京大学教授们发现雪山文化遗址，分布在雪山东南的台地上，分别埋藏了6000年前与仰韶文化和红山文化相当的早期文化遗址、5500年前与龙山文化相当的中期文化遗址、4000年前与夏家店文化相当的晚期文化遗址。

这片湿地为温榆河流域，朔源侵蚀没有切穿北京湾西北的山地，源头限定在了山顶分水岭，所以温榆河流域属于北京境内河流。

从大的地貌来讲，北京居庸关为太行山与燕山的分界，居庸关所在的关沟为太行八陉之一的军都陉（太行山最北的古道）。在两大山脉交汇之处，源于山地分水岭内的诸多小河在山前形成了冲洪积扇群，在这些冲洪积扇群下面，形成一个水流溢出带，也就是我们今天所讲的湿地，而湿地中多余的水流入温榆河，在《水经注》中称湿余水。又因为有小汤山温泉流入，又称温余水，直至演化成现在温榆河的称呼。

地质钻探证实北京大学以及北面的圆明园曾经是连为一体的大片湿地，地下埋藏着多层泥炭，也就是说，今天的泥炭就是过去湿地的遗存。距今1万年以来，马池口凹陷所在的区域（温榆河上游）靠近山前部位，各个山口的冲洪积扇面积较小，众多的溢出带发育大量的泥炭，如海淀区高里掌、昌平区辛力屯等。2001年，地质工作者在北京大学院内的静园和校医院西南开凿两口深度超过3000米的地热井。其中静园的京热-119井，井深3168米，上部的松散沉积物厚217.44米，在井深127～139米发现“含田螺贝壳的灰黑色泥炭层”，证明北京大学在远古时期为一片湿地。

5000年前入住北京大学一带的先人们在湿地北岸的昌平雪山留下遗存，被20世纪50年代的北京大学教授们发现，并且命名为“雪山文化”，不能不说是一个有趣的巧合。

后来的“雪山人”沿着湿地的边缘向南行走（“奤夿屯”为蒙古语“水边”之意），找到了湿地南面的高地“蓟丘”，建立蓟城，开启了从古到今北京城市的规划与建设。