简述北京永定河沿岸的地质背景

吕金波

(北京市地质调查研究院,北京 102206)

清朝《水道提纲》载:"康熙三十七年(公元1698年)……,筑长堤,南北两岸二百余里,遏其南趋,使不与清水诸河会,赠名曰永定河."自此,有了"永定河"的名字[1].

永定河跨越延庆盆地、北京西山和北京平原3大地貌单元,是北京的母亲河.门头沟区为永定河山峡,重要的地质现象有沿河城断裂、马兰黄土和永定河断裂,开发时要考虑地质灾害和地学旅游;石景山区为永定河冲洪积扇的顶部带,有模式口冰川擦痕和永定河冲洪积扇,要考虑城市地下空间的发展;丰台区横跨永定河两岸,有卢沟桥、河西的长辛店砾岩与河东的古河道,要考虑地下水污染;房山区位于永定河西岸,有房山世界地质公园、良乡地热田和董家林西周遗址,要考虑地学旅游和低炭经济;大兴区位于永定河东岸,有以庞各庄西瓜为代表的永定河沙带作物、南海子湿地和亦庄工业开发区,要考虑沙地农作物的分区与工业开发区的关系.永定河沿岸5区的开发要考虑地质背景(图1),实现科学发展观.

1 门头沟区

门头沟区为永定河山峡,上游官厅大坝以上为桑干河、洋河与妫水河3水汇聚,官厅大坝以下称为永定河.永定河依次流经幽州背斜、沿河城断裂带、青白口穹隆和永定河断裂[2].适合开发地质旅游,有世界意义的地质现象有沿河城断裂、马兰黄土和永定河断裂,开发建设要考虑地质灾害和地学旅游.

图1 永定河沿岸具有世界意义的地点分布

(1)沿河城断裂

沿河城断裂带发育于百花山向斜的西北翼,呈北东向展布,全长约66km,其中沿河城-向阳口段已经为永定河山峡,断裂特征多被破坏,河谷南岸断续出露构造角砾岩和糜棱岩等构造岩.

沿河城与敌台建于明万历六年(公元1578年),是明代京西重要防线,历史上称为内长城.应该归入整个长城的保护系列,共同列入世界文化遗产.有意思的是沿河城与敌台全部位于沿河城断裂带上,沿河城位于断裂带的南盘,17座敌台全部位于断裂带的北盘,险峻的内长城与地质构造达到了完美的和谐统一.

长城是中华民族最值得骄傲的古代军事工程,沿河城断裂带限定了长城的布局.

(2)马兰黄土

黄土是中国特有的地质体,黄土中记录的地质历史信息具有世界对比意义,据此,研究黄土等地学理论的刘东生获得了2003年国家最高科学技术奖励.

虽然黄土广泛分布于山西、陕西和甘肃等地,但对黄土的研究开始于永定河流域清水河支流斋堂盆地的马兰黄土.在德国莱茵河谷,当地人把类似于中国黄土的松散堆积物称为"löss,或者löβ,或者loeβ",英国人莱伊尔(1834)在其《地质学原理》中把德语单词转化为英文"loess",认为黄土是水成的.1882年,德国人李希霍芬把中国的黄土命名为"loeβ",即英文"loess", 认为黄土是风成的[3].1920年,叶良辅传述安特生手稿,推论原生黄土属中更新世[4].1930年巴尔博参阅过德日进和杨钟键的手稿,文中第1次应用了"马兰黄土"名称.1961年,在李四光的指导下,刘东生和张宗祜在山西省命名了早更新世午城黄土和中更新世离石黄土,加上斋堂晚更新世的马兰黄土,建立了完整的中国黄土地质剖面[5].

(3)永定河断裂

中国地质学家第1次提出"永定河断裂"的概念,并进行了世界对比.1932年8月30日,计荣森和孙殿卿提出了"沿浑河之断层"的概念,在报告中说:"此处之构造情形与瑞士阿尔卑斯山之萨拉卫附近之构造情形颇可比拟也"[6].解放后,被地质学家改称为"永定河断裂".

物探、钻探、地层和构造多方面地质资料显示,在军庄-三家店-石景山一线,永定河河道存在一条北西向断裂,河道两侧构造线不连续,九龙山-香峪大梁向斜在军庄以南的轴迹被左行错开约1km.永定河断裂形成于恐龙时代的燕山运动早期[7].

2 石景山区

石景山区有模式口冰川擦痕和永定河冲洪积扇.

(1)模式口冰川擦痕

20世纪60年代,李四光研究了模式口的第四纪冰川遗迹,被前苏联的纳里乌金院士誉为"亚洲地质史的光辉一页"[8].

(2)永定河冲洪积扇构成了北京平原

永定河冲洪积扇形成于距今12000a以来的晚更新世,顶点为石景山,石景山区为顶部带,北京城区为中部带,朝阳区为溢出带.

12000aB.P.的冷期,北京扇开始形成,由粗大的砾石层组成.气候转暖,北京平原的堆积速率达到最高,以泛滥平原沉积为主,平原地貌基本定型.全新世大暖期到来,决口扇发育,4000aB.P.左右,河流泛滥加剧,形成了现代意义上的北京平原[9].

3 丰台区

丰台区横跨永定河的两岸,河西为新生代最早沉积物--长辛店砾岩,河东为永定河全新世以来的古河道,河上为世界闻名的卢沟桥.

(1) 永定河西岸的长辛店砾岩

长辛店砾岩在永定河以西形成了丘陵,在长辛店-良乡一带的古近纪(距今36～54Ma)盆地中沉积了北京新生界最老的地层--长辛店组.

(2)永定河东岸的古河道

永定河出山后,形成了平原冲洪积扇,受平原活动断裂的控制,经过了多次改道.逐渐由北向南迁移,先后形成了古漯河、浑河、无定河,康熙年间修建永定河大堤,永定河由此得名.

(3)永定河上的卢沟桥

《马可波罗游记》第二卷,把卢沟桥称为普利桑干(Pulisanggan, pul, 波斯文,桥,桑干河即今永定河),西方人称卢沟桥为马可波罗桥.卢沟桥是现代永定河上最为古老的桥,被马可波罗誉为世界上最为美丽的桥[10].

4 房山区

房山区位于永定河西,拥有唯一位于国家首都的世界地质公园,董家林的西周遗址为3000多年前北京城市发祥地,良乡有地热田.

北京的人类演化始于房山,北京的城市发展始于房山.

(1)房山世界地质公园

房山世界地质公园由北京市与河北省的合作共建.2006年9月17日,在英国北爱尔兰首府贝尔法斯特召开的第2届世界地质公园大会上,"中国房山世界地质公园"正式获得联合国教科文组织授牌,使北京成为全球唯一拥有"世界地质公园"的首都城市[11].

1918年瑞典人安特生发现了周口店园区,1929年12月2日裴文中在周口店洞穴碎屑堆积物中发现了第1颗完整的北京猿人头盖骨.1987年被列入《世界文化遗产名录》.

地质公园北部大石河流域有百花山-- 白草畔园区、圣莲山园区和石花洞园区.大石河源头的堂上村诞生了《没有共产党就没有新中国》歌曲,大石河北岸煤层之上为侏罗纪火山岩构成的亚高山草甸景观百花山--白草畔园区,大石河北岸煤层之下为北方罕见的小型岩溶盆地景观--圣莲山园区.石花洞园区发育岩溶洞穴群,洞层最多(8层),裂隙渗透水沉积的石盾最多(200多个),为世界之最;毛细渗透水沉积的石毛(银狐)稀有,滴水沉积的石笋叠置关系和微层理明显,流水沉积的石旗美丽,池水沉积的月奶石发育好,有被钙华掩盖的唐代题字,有《水经注》中记载的孔水洞[12].

地质公园南部拒马河流域有白石山园区、野三坡园区、十渡园区和云居寺-- 上方山园区.拒马河源头的白石山园区发育大理岩峰丛地貌,野三坡园区发育岩溶峡谷地貌,十渡园区发育华北地区最为典型的房山地貌(新近纪石林与第四纪岩溶陡壁的组合形态)[13].石门花岗岩体的热力变质作用,烤白了高庄的汉白玉大理岩,成为紫禁城、明清皇陵和皇家园林的唯一石料区;烤白了云居寺--上方山园区所在的云带山,故有云水洞、云居寺之名[14].

(2)良乡地热田

良乡地热田为永定河西岸的生态建设,提供了清洁环保能源.

位于房山区及丰台区永定河以西地区,面积为388km2,已于深度2950m的钻井中获得70℃的热水,目前主要集中在良乡镇附近10 km2范围内开发利用,有地热井约20口,年开采量约为0.70X106 m3.

(3)北京城市的发祥地-- 董家林西周遗址

北京地区有明确文字记载的最早都城当属西周时期的燕国都城,为周武王伐纣后在北方建立的第1个诸侯国的国都,距今已有3000多年.西周遗址范围包括琉璃河北部的洄城、刘李店、董家林、黄土坡、立教、庄头等村.遗址内出土了大量的器物,其中最珍贵的当属最大的青铜器-- 堇鼎,内壁铸有4行24字的铭文,铭文所记与文献所载召公本人并未前往燕国就封燕侯,而"以元子就封,而次子留周室代为召公"一事相印证,为都城遗址的鉴定起了决定性的作用.

5 大兴区

大兴区位于永定河的东岸,沿岸的沙地为特色农业的开发奠定了良好的地质基础,南海子和黄村之下的大兴隆起是北京良好的备用深层岩溶水聚集区,亦庄工业开发区的建设要与农业布局协调发展.

(1)沙地特色农产品

沿着永定河东岸的沙带,从西北向东南依次分布芦城的韭菜、庞各庄的西瓜、赵村的金把黄梨、南各庄的白兰瓜和采育的葡萄.其中庞各庄的西瓜和赵村的黄梨早在明朝万历年间就已经成为皇家的贡品.进一步开发建设永定河沿岸的特色农业是非常重要的.

(2)南海子湿地

南海子就是合乡并镇前的大兴北8乡所在地,元朝称为"飞放泊",清朝称为南海子,为北京南部的湿地.城西北的海淀,城东南的海子为北京发展成为宜居城市起到了至关重要的作用.南海子下部埋深100m左右为含有深层岩溶水的大兴隆起.

(3)亦庄工业开发区的建设要与农业布局协调发展

亦庄为北京市重要的工业开发区,要考虑沙地农作物的分区与工业开发区的关系,考虑恢复南海子湿地生态区建设.

6 结论

公元1698年,有了"永定河"的称谓.

永定河从官厅大坝进入北京西山后,依次流经门头沟区的永定河山峡、石景山区的永定河冲洪积扇、丰台区的卢沟桥、房山区的世界地质公园、大兴区的永定河古河道,影响范围涉及中心城区、朝阳区、海淀区、石景山区、丰台区、房山区和大兴区.1万多年以来的全新世,永定河古河道经历了由北向南的摆动过程,先后形成了古清河、古金沟河、古漯河、浑河、无定河和永定河.

门头沟区的沿河城断裂构造限定了世界上最长的人类建筑-- 长城敌台的展布,是天人合一思想的完美展现.马兰黄土是中国特有的地质体,黄土内的地质信息记录了历史气候变化.永定河断裂最早称为"沿浑河之断层",与欧洲阿尔卑斯山萨拉卫附近的构造情形相似.

石景山区模式口的第四纪冰川遗迹,被前苏联的纳里乌金院士誉为"亚洲地质史的光辉一页".永定河冲洪积扇构成了北京中心城区所在的北京平原.

丰台区的卢沟桥被马可波罗誉为世界上最为美丽的桥.河西的长辛店砾岩构成的丘陵上有中国最早的企业.

房山区有唯一位于首都的世界地质公园,率先实现了京冀联合,共同发展的理念.西面的周口店猿人遗址为世界文化遗产,南面的西周遗址是北京的城市之源,北面的良乡地热田是实现低炭经济的可靠保障.

大兴区构成了沙地特色农业区,亦庄工业区建设要与农业区划协调发展,设法最大限度地恢复南海子湿地,改善中心城区的环境.

河北省的涞源县和涞水县已经与房山共同建立了世界地质公园,要实现区域经济的协调发展.永定河南岸的固安县和廊坊是最容易遭受永定河泛滥的地区,需要规划地质灾害防治方案.

[1] 齐召南.水道提纲(28卷)[R].清朝(1703～1768年).

[2] 吕金波.北京西山新生代古地理环境的演变[J].河北地质学院学报.1994,17(3):228～235.

[3] Richthofen Ferdinand von.China[M].Berlin:Verlag von Dietrich Reimer.1882.

[4] 叶良辅等.北京西山地质志[R].地质专报,甲种,第1号.

[5] 吕金波等.北京地区新生代研究史[J].北京地质.2000, 12(1):1～7.

[6] 计荣森等.北京西山三家店图幅地质说明[R].1932.

[7] 吕金波等.从永定河的形成与发展看北京西山新生代的古地理变迁[J].北京地质.1993,(2):13～19.

[8] д.в.纳里乌金.亚洲地质史的光辉一页[J].苏联"自然".1960,(8).

[9] 袁宝印等.北京平原晚第四纪堆积期与史前大洪水[J].第四纪研究.2002,22(5):474～482.

[10] 马可波罗.马可波罗游记[M].北京:外文教学与研究出版社,1998.

[11] 吕金波.北京房山世界地质公园岩溶景观特色[J],城市地质2007,2(3): 26～30.

[12] 郦道元.水经注(卷十二)[M].杭州:浙江古籍出版社, 2000;197.

[13] 吕金波等.北京西山岩溶洞系的形成及其与新构造运动的关系[J],地质通报2010,(4):502～509.

[13] 吕金波等.以首都经济为导向,建设以岩溶为特色的房山世界地质公园[A].见:姜建军等主编:旅游地学与地质公园建设-- 旅游地学论文集第十四集[M].北京:中国林业出版社,2008.