北京中山公园社稷坛的地质学分析

吕金波

北京是世界上现存唯一先有规划后建都的城市，规划思想是古代《周礼·考工记》规定的“左祖右社，面朝后市”，“左祖”指供奉皇帝祖先牌位的太庙（现在的劳动人民文化宫），“右社”指供奉社主石和五色土的社稷坛（现在的中山公园），“面朝”指的紫禁城（故宫），“后市”指的鼓楼、钟楼一带与商业有关的胡同群。

明初洪武、建文年间，社稷坛位于南京皇城的西南，社坛和祭坛是分开的，社坛在东，祭坛在西。明永乐十八年（1420年），迁都北京，社坛与祭坛合为一体（代表社坛的“社主石”立于五色土中间正方形黄土的中心），即今日北京中山公园社稷坛。

北京的社稷坛（现在的中山公园）位于故宫的西南，即天安门北面端门和午门中轴线的西侧，是明清两代皇帝祭祀社（土神）稷（谷神）的祭坛。中心为细粒花岗岩石料的“社主石（亦称江山石）”，上锐下方，象征“江山永固”。围绕“社主石”中央为正方形展布的黄土；以黄土分布的正方形边长为梯形顶边，坛边为梯形底边，构成东南西北展布的4个梯形，梯形中铺设4种不同颜色的土：东青、南红、西白、北黑，加上中黄，称“五色土”，象征“普天之下，莫非王土”。

北京中山公园的社稷坛从建成到今年经历了整整600年的时光（1420年算起），随着历史的变迁，“社主石”和“五色土”经历了建成、利用、保护与发展的阶段。2016年8月6日，笔者配合中山公园管理处调查了“社主石”和“五色土”，采用文献记载收集、实地测量、土壤化学分析和岩石岩矿鉴定等方法进行研究，提出了保护和传承建议。2020年9月24日笔者调查了社稷坛台基。本文最后叙述了中山公园西墙下开发地热的意义。

文献记载沿革

战国时期魏国的《尚书·禹贡》记载：“徐州厥贡五色土”。这是关于“五色土”最早的古文献记载。

东汉班固编写的《白虎通义》记载：“天子有太社焉，东方青色，南方赤色，西方白色，北方黑色，上冒以黄土”。首次规定了“五色土”的布局。

明代在全国取“五色土”。《明史》卷四十九（吉礼三）规定了“五色土”的取土省市：“中都亦有太社坛，洪武四年建，取五方土以筑。直隶、河南进黄土，浙江、福建、广东、广西进赤土，江西、湖广、陕西进白土，山东进青土，北平进黑土。天下府县千三百余城，各土百斤，取于名山高爽之地”。《明孝宗实录》记载了明弘治五年（1492年）正月祭祀对“五色土”铺设重量和厚度的规定：“社稷坛春秋祭，每用铺坛五色土二百六十石，顺天府民取而输之神宫监石加八斗。……。俊等至坛相度言：常年所输土用以铺坛，厚可二寸四分，若厚止一寸，则仅用百一十石而足。遂以为请得旨铺坛土止以厚一寸为度，令今后但如此数办纳”。

清代在北京附近取“五色土”。《日下旧闻考·国朝宫室》记载：“坛面土由涿、霸二州，房山、东安二县豫力，解部同太常寺验用”，规定了取土州县为北京南面的涿州、霸州、房山县和东安县。《钦定工部则例·祭·社稷坛》记载：“每祭，社稷坛上敷五太常寺前期行文工部，转行涿州春、秋两季各进黄土十袋又七分七厘，青、赤、白、黑土各九袋。房山县春、秋二季，各进黄土五袋二斤，青、赤、白、黑土五袋。东安县春季进青、黄、赤、白、黑土五十六袋五十斤一两五钱。霸州秋季进黄土十二袋十五斤一两五钱，青、赤、白、黑各十一袋十斤”，规定了涿州、房山县、东安县和霸州取土的季节和重量。清代的涿州、房山县、东安县、霸州对应现在的涿州市（河北省）、房山区（北京市）、廊坊市（河北省）、霸州市（河北省）。

民国时期，“社主石”半埋于土中。有清末日本人山本赞七郎的老照片为证，坛土铺注髙，社主石上加盖木盖，与《清会典》记录一致。

1953年，社稷坛中心树立国旗杆，将“社主石”移至坛门外空地。

1954年2月，社稷坛西门台阶的剪切节理被地质部长李四光发现。

1964年6月-9月，将“五色土”一一取出，过筛后，恢复原位。

1967年，社稷坛上种植棉花，但并未对“五色土”造成大的破坏。

1973年8月，经北京市建设委员会同意及北京市革命委员会副主任万里批准，恢复“五色土”。工程分两步实施，先撤掉国旗杆、重新安放“社主石”，然后铺设“五色土”。将国旗杆挖出后发现黄土埋深40～50厘米，底部为经夯实密度更大的土质，原位放回“社主石”，半埋于土中，“社主石”为高1.2米、横截面为50厘米的立方体（顶部金字塔形）。“五色土”过筛，先在不同颜色的土之间铺设木条加以定位，然后将“五色土”分别取出（土厚均为40～50厘米，底部为黄色土），经过人工拍散、反复过筛后，重新铺设进祭坛，用木桩人工压实。除红色土运自房山县，其它颜色的土均为坛内挖出过筛后回填的原土。施工人员为公园工程班职工。后来几次对“五色土”的整修，也都是将坛土翻整，并未混入其它的土。

1983年，社稷坛四周设置了1.26米高的铁护栏。

1985年10月25日-1986年4月25日，“五色土”分颜色全部移至坛台下，补充10～20厘米厚的黄土轧实，再将“五色土”分别恢复原位，填平分格轧实，要求低于大理石台基内边向下1厘米。

1991年8月-1995年6月，在社稷坛开设露天舞场，举办营业性舞会，在“五色土”坛面摆放音响设备，但并未破坏“五色土”。

1994年11月10日，对“五色土”进行修整，经过翻筛坛土，按五方颜色进行了回填，恢复了“五色土”色彩鲜明、界限明了的原貌。

2016年8月6日，笔者配合中山公园管理处调查了“社主石”和“五色土”。

2020年9月24日，笔者调查了社稷坛台基所用大理石的种类。

社主石测量

定位：北纬3 9°5 4′3 5.2″，东经116°23′18.9″，海拔47米。“社主石”下部近正方形，南北长0.515米，东西长0.50米。

社主石上部为正四棱锥体，高5厘米。正四棱锥尖顶至土面高度为21厘米。顶部经常年风化，略显圆滑。

罗盘测量。社主石下部边长，南北走向180°，东西走向265°。正四棱锥体顶面坡角东坡41°，南坡35°，西坡33°，北坡33°。

五色土测量

“五色土”外部边缘的大理石台基顶面，宽0.48米。

“五色土”布局：东青、南红、西白、北黑，4种颜色的土从中心向边部呈梯形展布，土与土之间交界线的走向：青土与红土135°，红土与白土215°，白土与黑土315°，黑土与青土35°。

五色土与社主石采样分析

“五色土”取样，作化学分析。“社主石”边长中点（0.25米），画延长线（贯穿黄土）至黄土与青土交界线，从“社主石”到该延长线0.30米处取黄土样品，取样深度7厘米，样品重24克。黄土与青土交界线中点（即1.5米），画延长线（贯穿青土）至坛台边缘距离为5.9米，在该延长线中点（即2.95米）取青土，挖土坑直径12厘米，取样深度6厘米，样品重17克。以相同的方法取红土20克，白土22克，黑土22克（取样深度9厘米）。所有的采样点取样后，均回填。

“五色土”的5个样品送至中国地质科学院国家地质实验测试中心，对其中的61项微量元素进行实验室分析，部分数据如下表所示：

“五色土”代表了中国东、南、西、北、中各个地区的主要土壤类型，从表中我们可以看出：

青土：三氧化二铝（Al2O3）、氧化铁（FeO）的含量明显高于其它的土，高含量的三氧化二铝和氧化铁使得土壤呈现青色。推测最早取土为泰山周边的太古宙变质岩风化物。

红土：三氧化二铁（Fe2O3）、二氧化硅（SiO2）的含量很高，三氧化二铁的含量明显高于其它的土，高含量的三氧化二铁使得土壤呈现红色。这与季风气候造成的中国南方高温多雨有关，土壤中的活性矿物被淋溶殆尽，使得土壤脱硅，铁铝富集，即红土化作用明显。

白土：氧化钙（CaO）和二氧化碳（CO2）含量高，氧化钙含量远远高出其它的土，致使土壤呈现白色。这是由于中国西部的土壤盐碱化严重，土壤中盐土和碱土的含量很高。

黑土：二氧化硅（Si O2）、三氧化二铝（Al2O3）、氧化镁（MgO）、氧化钠（Na2O）的含量较高，而高含量的有机质使得土壤呈现黑色。北京地区湿地众多，发育含量高的有机质。

黄土：二氧化硅（SiO2）、氧化钙（CaO）的含量较高，这反映了黄土形成于干旱半干旱的气候环境，土壤中有机物含量少，呈现黄色。自然黄土垂直节理发育，湿陷性明显，地下水垂直下渗，将氧化钙富集，形成大量的钙质结核。

五色土单位重量下部分化学元素所占百分比（单位：WT%）

为了搞清楚“五色土”和“社主石”的来源，又对“五色土”中的砾石及“社主石”残片分别取样，进行岩矿鉴定。

5种土中均有砾石分布其中，相应地取青土砾石一块（重67克），红土砾石一块（重13克），白土砾石一块（重20克），黑土砾石一块（重9克），黄土砾石一块（重6克）。社主石残片（重8克）。

青土中的砾石定名为“方解石网脉充填的碎裂安山岩”。肉眼观察：浅灰色，隐晶质结构，发育白色网脉，弱风化。镜下观察：斑状结构，碎裂后网状方解石充填。斑晶：斜长石，见聚片双晶，斑晶粒度约0.2毫米。斑晶约占岩石15%。基质：玻璃质，多已脱玻化。约占原岩石85%。脉体：方解石脉，呈网状分布。为岩石破裂后充填的方解石脉，网脉约占岩石的15%。

红土中的砾石定名为“细粒石英砂岩”，与南方丹霞地貌周边的砾石类似。肉眼观察：浅灰色细粒结构，坚硬，弱风化。镜下观察：砂状结构，由碎屑和胶质结构组成。碎屑约占90～95%，胶结物5～10%。碎屑：由石英组成，极少量长石白云母。石英颗粒磨圆好，粒度0.1～0.2毫米。见一粒锆石，约0.1毫米。胶结物：泥质，充填类型：孔隙式充填。沿裂隙有铁质浸染。

白土中的砾石定名为“碳酸盐化（沉）晶屑凝灰岩”，与西部盐碱地中的砾石类似。肉眼观察：浅灰色细粒结构，较坚硬，弱风化。镜下观察：碎屑结构，碎屑约占90%，胶结物约占10%。碎屑（晶屑）：长石，约占碎屑的90%，多为棱角状，粒度0.1毫米，见聚片双晶者，也有钾长石的纺锤状格子双晶。石英：占碎屑的7%，干涉色为黄色，棱角状，粒度约0.1毫米。黑云母及岩屑：占碎屑物3%左右，粒度约0.1毫米。胶结物：微晶方解石，为凝灰质碳酸盐化产物。孔隙式胶结。

黑土中的砾石定名为“岩屑晶屑凝灰岩”，与北京湿地周边的砾石类似。肉眼观察：浅灰色细粒结构，较坚硬，弱风化。镜下观察：岩屑晶屑凝灰结构，岩屑晶屑约占65%，胶结构约占35%。岩屑和晶屑：长石晶屑：棱角状，少量为自形板状，少量有磨圆，粒度0.05～0.15毫米。长石约占碎屑80%。岩屑：棱角状-圆状，粒度0.05～0.15毫米，约占碎屑20%。胶结物为凝灰质，多脱玻化，基底式胶结。

黄土中的砾石定名为“碳酸盐化（沉）晶屑凝灰岩”，与黄土高原中的砾石类似。肉眼观察：浅灰色细粒结构，较坚硬，弱风化。镜下观察：由碎屑和胶结物组成。碎屑约80%，胶结构约20%。碎屑：主要由长石组成，多为棱角状，少量有磨圆，长石占碎屑的95%。岩屑：棱角状铁质浸染。碎屑粒度0.05～0.10毫米。局部有碳酸盐化，集中分布成1毫米左右的条带。胶结物为凝灰质，碳酸盐化，转变为微晶方解石。

“社主石”小残片在黄土分布区被捡到，定名为“细粒花岗岩”。肉眼观察：细粒结构，由石英长石等组成，弱风化。镜下观察：细粒花岗结构，微斜长石：他形粒状，0.2～1.0毫米，纺锤状格子双晶，35～40%；斜长石：他形粒状-半自形板状，0.2～1.0毫米，35%左右。石英：他形粒状，0.2～1.0毫米，20%。白云母：片状，鲜艳干涉色，0.3毫米左右，约2%。

社稷坛的大理石台基

社稷坛的大理石台基石料产自北京西山房山的大石窝村，地质构造为石门背斜，地层为15亿年前海洋沉积的中元古代雾迷山组一段硅质条带白云岩，经1亿年前石门村上涌的花岗岩烘烤变质成叠层石（螺丝转）、纹层状（砖渣）、青石、青白石、艾叶青和白石大理岩。

台基从下至上有3级，东面南侧第1级第2块（由南向北数）为纹层状（砖渣）大理岩，南面步道第2级为艾叶青大理岩，西面北侧第3级第2块（由北向南数）为具有X节理的大理岩，北面步道第2级为叠层石（螺丝转）大理岩，叠层石是地球早期生命的遗迹化石，形成时向大气释放了大量的氧，为后期的生命大爆发奠定了基础。

保护和传承建议

根据明清史料记载、“五色土”化学分析及土中所含砾石的岩矿鉴定，并结合中国土壤颜色的分布，将来“五色土”的土源地拟定位以下两部分：

传承明代的全国取土。青土可取山东泰山脚下太古宙变质岩风化物（中华民族的祖山），红土可取江西红壤（红色根据地），白土可取河西走廊的盐碱地（丝绸之路），黑土可取黑龙江大庆地区的沼泽土（大庆油田），黄土可取自陕西黄帝陵周边（中华文明的始祖）。

传承清代的北京附近取土。青土可取密云水库周边的太古宙密云群变质岩风化土（与泰山同时期的岩石），红土可取十三陵盆地南边的龙虎台和红泥沟（古代十三陵风水的延续），白土可取房山区大石窝汉白玉大理岩的风化土（古都北京的石料风化物），黑土可取海淀区山后稻田土（北京湾湿地），黄土可取门头沟区马兰黄土（中国最早研究黄土的地方）。

上述两种方案目前只停留在讨论层面，究竟这些地方是否适合作为“五色土”的取土源地？还需要进行实地调查和科学分析。

台基大理石的抗风化能力相对较强，以保护为主，但要核实房山区大石窝村具体的石料产地。

西门台阶上的剪切节理被李四光发现

1954年2月的一天，地质部长李四光去中山公园，在社稷坛西门台阶的一块石板上，看到X节理满布，拍照的图版附在《旋卷构造及其他有关中国西北部大地构造体系复合问题》一文后面的图版Ⅰ说明：“北京中山公园五色士（社稷坛）西门口外铺在台阶上的一块大理石化石灰岩石板上面（即层面）露出的初次（原始性）及二次(辅协性)扭性和张性节理。与石板前面斜交而又互相交叉的‘侣对尔钱’似的裂缝，都是初次扭节理，注意它们的形状如刀切一般的整齐；与石板前面平行、而又切断两组交叉扭节理的裂缝，都是二次张性节理”。

公园西墙下的地热井服务中南海

中山公园地热井（编号：京热-20）位于“来今雨轩饭庄”内，地理坐标北纬39°54′34.0″，东经116°23′10.3″，海拔高57米。1975年1月，北京市地质局开发地热，为北京的节能服务。同时，为表达对毛主席的热爱，在中山公园西墙内开凿地热井，想让毛主席也能用上北京的地下热水，以此推动中国地热能的开发利用。1976年3月21日在中山公园“来今雨轩饭庄”内打成一口深2600米、温度69.5℃、日出水量760～1000立方米的地热井。