北京西山大石窝—白带山地区石门背斜构造特征与地质文化

吕金波　孙永华　李勇　李良景　韦京莲　牛立东　王泽龙

摘 要：以北京西山大石窝镇石门岩体为核部，地层分别向南、北两翼倾斜，形成大石窝—白带山地区的石门背斜。地层从核部向两翼依次出露蓟县系高于庄组、杨庄组和雾迷山组。白垩纪石门岩体的热力变质作用使得雾迷山组一段地层大理岩化。在背斜南翼的辛庄、大石窝、独树村北形成螺丝转、青石、青白、艾叶青和白石大理岩，在下营村西形成纹层状（砖渣）大理岩，成为云居寺刻经石材的主要产地；大石窝村西北王八坑的青石类石材和高庄村西白玉塘的汉白玉大理岩，成为故宫石材的产地。在背斜北翼形成白带山，雾迷山组顶部由西向东形成云居寺石经山藏经洞、上方山云水洞和埋藏古人类化石的田园洞3个岩溶洞穴。

关键词：大石窝石材；岩溶洞穴；石门背斜；地质文化；北京；西山

Structural characteristics and geological culture of Shimen Anticline from Dashiwo Village to Baidai Hill in Western Hills， Beijing

L? Jinbo1， Sun Yonghua1， Li Yong2， Li Liangjing3， Wei Jinglian3， Niu Lidong1， Wang Zelong1

（1.Beijing Geological Survey， Beijing 102206， China；

2.Beijing Institute of Geology， Beijing 100195，China；

3.Beijing Institute of Geological Hazard Prevention， Beijing 100120， China）

Abstract： Shimen Anticline layers extend from Dashiwo Village to Baidai Hill. They are made up of Gaoyuzhuang Fm Yangzhuang Fm and Wumishan Fm with the core around Shimen Granitic Pluton. The Wumishan Fm was marbleized due to the thermal effect of Shimen Magma intrusions in the Cretaceous Period. The metamorphic grade becomes deeper and deeper from south to north in the southern limb of the anticline. Accordingly， bluestone and white marble was formed. The mountain with white layers was formed around Baidai Hill of the north limb of the anticline. There are 3 karst caves： Shijingshan Sutra Cave in Yunju Temple， Yunshui Cave in Shangfang Hill and Tianyuan Man Cave from the west to the east of Baidai Hills.

Keywords： Dashiwo Stones; karst caves; Shimen Anticline; geological culture; Beijing; Western Hills

北京西山属于太行山（刘嘉麒，2021）。北京西山南部的北岭向斜构造，因其东北端有石花洞、东南端有周口店北京人遗址而著名，多位学者进行了相关研究（刘东生等，1997；吴汝康等，1985；裴文中等，1985；谭应佳等，1987）。关于北岭向斜西南方向的石门背斜构造的研究，公开发表的文献相对较少，而石门背斜对于北京地区及其附近的地质构造和地质文化具有重要研究意义。

多年来，石门背斜地质构造的调查与研究取得多项成果。1996年查明大理岩矿位于石门短轴背斜的南翼（吕金波，1996）；2000年的1∶50 000长沟幅（J50E003008）区域地质调查，实测了石门背斜南翼含有大理岩矿的广禄庄南—塔照山地层剖面，调查了石门背斜北翼藏经洞、云水洞和田园洞所在的白带山（北京市地质调查研究院，2006）；2017年，房山世界地质公园云居寺石经文化与地质的渊源及关联研究（中国房山世界地质公园，2017），证实了石门背斜南翼的雾迷山组一段地层产云居寺刻经用的石材，包括纹层状（砖渣）、青石、青白石、艾叶青和白石大理岩石材，在调查中发现大石窝村西北的王八坑有明永乐十八年残存的石碑，认为紫禁城及皇家园林使用了叠层石（螺丝转）、纹层状（砖渣）、青石、青白石、艾叶青、白石和汉白玉大理岩石材。本文依托1∶50 000长沟幅区域地质调查和房山世界地质公园云居寺石经文化与地质的渊源及关联研究项目，结合地质调查、人文调查资料，从地层、构造、岩体、岩矿鉴定等方面论述了石门背斜的区域地质特征及其地质文化。

1  石门背斜的区域地质特征

北京西山的房山岩体西南为北岭向斜，再向西南为石门背斜。石门背斜南翼的磨碑寺北蝎子山、下营产云居寺刻经用石材，大石窝村产青石类石材，高庄村西产汉白玉大理岩石材。石门背斜北翼为白带山。白垩纪石门岩体侵入中元古代地层，形成石门背斜（图1）。下面分为雾迷山组、石门岩体、石门背斜3方面，讨论石门背斜的区域地质特征。

1—地層界线；2—平行不整合；3—角度不整合；4—石门岩体影响范围；5—花岗岩体边界；6—全新统；7—更新统；8—侏罗系；9— 石炭—二叠—三叠系；10— 寒武—奥陶系；11—蓟县系下马岭组；12—蓟县系铁岭组；13—蓟县系洪水庄组；14—蓟县系雾迷山组；15—蓟县系杨庄组；16—蓟县系高于庄组；17—向斜；18—背斜；19—溶洞；20—地名。

1.1  雾迷山组

1931年，北京大学的学生高振西、熊永先、高平编写实习报告《河北省蓟县东陵及兴隆县一带地质调查报告》。1934年，在翁文灏博士的指导下发表论文，创名雾迷山组（高振西等，1934）。

石门背斜区域上位于华北板块中部，属中朝地层大区，华北地层区（中国地质科学院地质研究所，2012）。地层以石门村为中心，向南北两翼由老到新依次为蓟县系高于庄组（Jxg）、杨庄组（Jxy）和雾迷山组（Jxw）（图1）（北京市地质调查研究院，2006）。大理岩石材产自雾迷山组一段（Jxw1）地层。

2000年，我们在大石窝西部的广禄庄南—塔照山实测地层剖面，第1层为高于庄组白色中薄层白云石大理岩（Jxg），第2～16层为杨庄组石英砂岩（Jxy），第17～59层为雾迷山组一段（Jxw1）地层（图2）（北京市地质调查研究院，2006）。

雾迷山组一段（Jxw1）：底部（17～20层）含石英砂岩；下部（21～30层）为汉白玉大理岩；中部（31～46层）为白石、艾叶青、青白大理岩；上部大理岩化较弱（47～59层），为青石、螺丝转大理岩。

1.2  石门岩体

通过1∶5万长沟幅区域地质调查（北京市地质调查研究院，2006），圈定了出露面积0.50 km2的石门岩体，测出K-Ar法年龄为（114.98±1.87） Ma B. P. 。岩体位于石门背斜的核部（图1），侵入于蓟县系高于庄组（Jxg）、杨庄组（Jxy）和雾迷山组（Jxw）中。

岩矿鉴定：岩体呈灰白色、块状构造，未见变形构造，节理不发育，未见包体及岩脉，属中细粒花岗结构。其中石英：他形粒状，粒径0.20～2.00 mm，含量30%；钠长石：半自形粒状，粒径1.50～3.00 mm，含量30%；正长石：半自形粒状，粒径0.20～2.00 mm，含量30%；黑云母：片状，粒径 0.20～2.00 mm，含量10%。副矿物有磷灰石、磁铁矿等。定名：灰白色中细粒黑云母花岗岩。

1.3  石门背斜

白垩纪，石门岩浆侵入高于庄组、杨庄组和雾迷山组中，形成向上拱起的石门背斜。使石门岩体周边的地层产状向外倾斜，倾角变化范围15～45°，形成面积约60 km2的大石窝—白带山的石门背斜区域（图1）。

在石门背斜南翼辛庄、大石窝、下营、独树村北、高庄的雾迷山组一段地层普遍大理岩化，颜色由原来的灰色向白色过渡，形成皇家园林使用的石材。在石门背斜北翼的雾迷山组普遍大理岩化，形成白带山；在雾迷山组顶部由西向东顺着地层走向依次发育云居寺石经山藏经洞、上方山云水洞和田园林场的田园洞3个岩溶洞穴。

2  地质文化

从石门背斜南翼的雾迷山组一段大理岩、石门背斜北翼白带山的岩溶洞穴2方面讨论与之相应的地质文化。

2.1  石门背斜南翼的雾迷山组一段大理岩

石门背斜南翼的雾迷山组一段大理岩最早记录在《水经注》卷十二篇（圣水）中，我们对大理岩进行了岩矿鉴定，找到了故宫石材取自大石窝的直接证据。

2.1.1  《水经注》中记录的玉石山

1 500多年前的《水经注》卷十二篇（圣水）描述了玉石山：“圣水又东迳玉石山，谓之玉石口，山多珉玉、燕石，故以玉石名之”，文中的“圣水”指大石河，“玉石山”指大石窝的蝎子山。接着描述了独树水：“西则独树水注之，水出逎县北山，东入渚”；罗炤（2016）认为“逎县”即今河北省涞水县，“逎县北山”即今云居寺北的水头村山体，“独树”是大石窝—白带山地区最早的村落，后来由于刻经需要，在独树村西侧建立磨碑寺，形成岩上村，这一观点有岩上村发掘出的东汉时期砖室墓佐证。

2.1.2  岩矿鉴定

大理岩为雾迷山组一段岩石经过石门岩体的热力变质作用形成。共取6块大理岩标本进行岩矿鉴定，其中下营村西1块，其余5块均取自磨碑寺北约500 m处的蝎子山剖面。

下营村西大理岩的岩矿鉴定：纹层状（砖渣）大理岩，学名碳质条痕细粒白云石大理岩。白云石，无色，正高突起，闪突起明显，高级白干涉色，发育2组解理，见聚片双晶；晶体形态为他形粒状变晶，晶体粒度0.05～0.15 mm；含量99%。碳质条痕：不透明，粒度0.01 mm，呈条痕状平行分布于白云石晶粒之间。白云石晶体粒度有条带状趋势，碳质较多处白云石粒度较细，碳质少或无碳质处白云石晶体粒度较粗。细粒变晶结构；变余纹层构造，变余条痕构造。

蝎子山剖面由上至下分为叠层石（螺丝转）大理岩、硅质条带白云岩、青白石大理岩、艾叶青大理岩、白石大理岩5层（图3）。图中：1）叠层石（螺丝转）大理岩，学名含白云母细粒白云石大理岩。白云石，无色，正高突起，闪突起明显，高级白干涉色，发育2组解理，见聚片双晶；晶体形态为他形粒状变晶，晶体粒度0.05～0.30 mm；含量98%左右。白云母，片状，0.15～0.80 mm，发育一组极完全解理平行于长轴，近平行消光，干涉色为红色；含量2%左右。细粒变晶结构，块状构造，未见变余构造。2）硅质条带白云岩。呈较均匀的灰色，硅质条带较多，多呈浅棕黄色；总厚度约8 m，难以用作石材。3）青白石大理岩，学名细粒白云石大理岩。白云石，无色，正高突起，闪突起明显，高级白干涉色，发育2组解理，见聚片双晶；晶体形态他形粒状变晶，晶体粒度0.20～0.40 mm；含量100%。细粒变晶结构，块状构造。4）艾叶青大理岩，学名碳质条带细粒白云石大理岩。白云石，无色，正高突起，闪突起明显，高级白干涉色，发育2组解理，见聚片双晶；晶体形态为他形粒状变晶，晶体粒度0.10～0.50 mm；含量95%～97%。碳质呈微细粒浸染状，不透明，单颗粒约0.01 mm，呈条状分布，含量3%～4%。金云母，片状，褐色，0.10～0.30 mm，绿泥石化含量约1%；细粒变晶结构，条带状构造。浸染狀碳质颗粒呈条带状分布，与碳质颗粒共生的白云石粒度较细，为0.02～0.10 mm；无碳质颗粒部分，白云石晶体粒度较粗，为0.10～0.50 mm。5）白石大理岩，学名细粒白云石大理岩。白云石，无色，正高突起，闪突起明显，高级白干涉色，发育2组解理，见聚片双晶；晶体形态为他形粒状变晶，晶体粒度0.10～0.30 mm；含量100%。细粒变晶结构，块状构造。

2.1.3  故宫石材取自大石窝的直接证据

故宫所用石料主要来自大石窝村西北的采坑（俗称王八坑），有2017年9月8日笔者找到的一块建造故宫时丢弃的石碑为证（图4），碑上刻有“永乐十八年十二月廿十三日”（1420年）字迹（位于野外地质记录簿左下），野外地质记录簿的左侧为三大殿样式，右侧为监管采石的官员形象。

2.2  石门背斜北翼白带山的岩溶洞穴

白带山岩溶洞穴位于雾迷山组地层的顶部，沿着地层走向由西向东依次分布云居寺石经山的藏经洞、上方山的云水洞和埋藏古人类化石的田园洞。

1）云居寺石经山的藏经洞

云居寺石经山的藏经洞有9个洞窟（上部7个、下部2个）珍藏隋唐时代的刻经石板4 196块（杨亦武，2012），矗立在石经山顶的金仙公主（唐明皇的八妹）塔证实石经山的藏经洞是皇家工程，编号第5洞窟的雷音洞是最早藏经的洞穴。据调查得知，刻经石材主要为纹层状（砖渣）大理岩，取自下营村西的矿坑中。

2）上方山的云水洞

云水洞洞口海拔530 m，洞穴的斜距为631.90 m，平距为613.55 m。由南向北分为7个串珠状的洞厅。最早调查云水洞的是平汉铁路总工程师法国人蒲意雅，他于1901—1912年调查并绘制了洞穴平面图和剖面图（Bouillard，1924），随后许多学者进行了调查（尹赞勋，1937；方开鸿，1964；叶俊林等，1982；谭应佳等，1987）（图5）。

云水洞形成于新近纪上新世，相当于华北地文期的唐县期。入洞廊道发现哺乳动物化石，14C测年距今18.540±0.250 ka（黄万波等，1984），恰好與山顶洞人时期（18.340±0.410）ka相当（黎兴国等，1985）。洞内石笋粗犷，其中塔倒三截石笋断面从心到边的铀系年龄依次为：（330-80）ka（吕金波，2021）、（319.49+52.18 -39.95）ka、（298.92+33.37 -27.26）ka、（287.50+27.27 -21.59）ka（赵树森等，1990），与周口店北京人时期相当，粗犷石笋证实猿人生活在湿热环境（吕金波，2021）。

3）埋藏古人类化石的田园洞

北京西山南部房山区田园林场的田园洞埋藏了4万年前的古人类化石，为最早穿鞋的古人类化石。通过0.03%的古人类全基因组数据从富含细菌和真菌DNA污染的古人类DNA样品中捕获出来并测序，证实与南美洲亚马逊古人类的基因接近（Yang et al.，2017）。

3  结论

1）石门背斜位于北京西山南部的房山区大石窝镇大石窝北部。背斜核部的石门岩体出露面积仅0.50 km2，K-Ar法年龄为（114.98±1.87） Ma B. P. 。白垩纪的石门岩浆侵入到蓟县系高于庄组（Jxg）、杨庄组（Jxy）和雾迷山组（Jxw）中，形成石门背斜。背斜南翼的雾迷山组一段地层产大理岩，背斜北翼白带山的雾迷山组顶部地层由西向东依次发育云居寺石经山的藏经洞、上方山的云水洞和田园林场的田园洞3个岩溶洞穴。

2）石门背斜南翼的雾迷山组一段地层，中上部变质程度浅，产叠层石（螺丝转）、纹层状（砖渣）、青石、青白石、艾叶青和白石大理岩；下部变质程度深，在高庄村西的白玉塘产汉白玉大理岩。

3）云居寺石经山藏经洞共有9个洞窟，目前仅开放第5洞窟——雷音洞，刻经石材取自下营村西的纹层状（砖渣）大理岩。

4）故宫（紫禁城）所用石材主要来自大石窝村西北采坑（俗称王八坑），有一块建造故宫时丢弃的石碑为证，碑上刻有“永乐十八年十二月廿十三日”字迹，相当于公元1420年。

5）石门背斜区域孕育了丰富的地质文化。其中：纹层状（砖渣）、青石、青白石、艾叶青和白石大理岩雕刻了云居寺石经；叠层石（螺丝转）、纹层状（砖渣）、青石、青白石、艾叶青、白石和汉白玉大理岩建造了紫禁城及皇家园林；上方山云水洞有辽代摩崖佛像；田园林场的田园洞埋藏了4万年前的古人类化石，是最早穿鞋的人，与南美洲亚马逊古人类的基因接近。

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收稿日期：2023-06-05；修回日期：2023-08-11

基金项目：北京西山1∶5万长沟幅（J50E003008）区域地质调查项目（20001300005021）资助

第一作者简介：吕金波（1956- ），男，博士，教授级高级工程师，主要从事区域地质调查。E-mail：ljb5610@sohu.com

引用格式：吕金波，孙永华，李勇，李良景，韦京莲，牛立东，王泽龙，2023.北京西山大石窝—白带山地区石门背斜构造特征与地质文化［J］.城市地质，18（4）：119-126