北京湾和中轴线体现北京的自然文化特征

吕金波

北京作为中国的首都是具有自然文化特征的。自然特征是西山（太行山）与北山（燕山）两大山脉构成的“北京湾”，文化特征是永定门-正阳门（前门）-中华门（毛主席纪念堂）-天安门-故宫-景山-地安门-鼓楼-钟楼7.8千米长的中轴线。中轴线与开封和元上都近乎在一条经线附近，体现了中国首都相互传承的历史文脉。中轴线向南延伸至南海子湿地、向北延伸至小汤山温泉、向下是深达1.5千米的砂砾石大坑，地质学称为“北京凹陷”。

自然特征——北京湾

北京的山线是太行山与燕山两大山脉交汇构成的北京湾，水线是与山线近乎垂直的大清河、永定河、温榆河、潮白河和蓟运河5大水系。山线三面环抱着北京平原，滋润着这方平原沃土，水线分别从山区的各个沟谷中流出来，汇聚于北京平原。这一有利的自然环境，符合中国古人“藏风聚气，以水为上”的哲学思想，天人合一的理念成就了北京地区3000多年的建城史和800多年的建都史。

在北纬40°线上找到类似江南水乡的环境是非常不容易的。所以历代文人墨客都在赞美北京的山线和水线，宋代范镇的《幽州赋》记载：“左环沧海，右拥太行，北枕居庸，南襟河济，形胜甲于天下，诚天府之国也”，明末清初大儒顾炎武诗曰：“群山自南来，势若蛟龙翔；东趾据卢龙，西脊驰太行”。北京是世界上少有的具有盆地、山地和平原的首都城市，最高峰东灵山海拔2303米，最低点通州柴厂屯海拔8米。北京是世界上少有的两大山脉交汇之地，太行山与燕山构成北京湾。北京是世界上少有的两大文明交汇之地，即：山地的万里长城与平原的京杭大运河。

人类的出现和发展离不开水，北京以水为魂，水系属于海河流域，展布于中国第二大台阶与第三大台阶山线构成的“北京湾”，自西南向东北分为5大水系：拒马河和大石河属大清河水系，永定河水系，温榆河属北运河水系，潮白河水系，泃河属蓟运河水系。多年平均降水量571毫米左右，地表水多年平均径流量17.72亿立方米，地下水多年平均补给量36.67亿立方米，地下水平均年可供水量23.93亿立方米。

北京古代因湿地众多而称“蓟”，又因水源充沛而定都，先后有“金中都、元大都和明、清北京”。现代北京仍然是首都，随着人类活动的加大，水的消耗量大于补给量，人均水资源占有量不足165立方米，成为缺水城市，严重制约着首都的发展。目前正在开展现代化水文地质调查与规划，调整首都功能，延续以水为魂的城市建设，相信随着北京山地生态的恢复，污染企业的迁出，海绵城市的建设和南水北调工程的实施，使得北京不仅实现可持续发展，还会成为一座美丽的宜居城市。

首都北京城的演变

风水北京的地学真谛

在人类5000年文明史中，中国古代出现了两个文化高峰期，一个是百家争鸣的战国时期，另一个是文人纵情山水的魏晋风度，其中风水学的鼻祖就是晋代的郭璞，他在《藏经》中说：“古人聚之使不散，行之则有止，故谓之风水……风水之法，得水为上，藏风次之”。笔者理解“风”指的是山线，“水”指的是水线，两大山脉构成的北京湾山线、5大水系构成的平原水线是“古人聚之使不散”的宜居之地，北京冲洪积扇丰富的地下水使得“风水之法，得水为上”。这种古老的风水学蕴含着地学真谛，需要我们应用现代的地质科学进行解析。

笔者是一个土生土长的北京人，1998年以前住在安定门内国子监西边的箭厂胡同，国子监是元、明、清3个朝代的最高学府，遵循左文右武的布局，左面是官书院胡同，右面是箭厂胡同。笔者清楚地记得1968年拆安定门城墙的情景，那个年代刚有挖掘机，在连接城墙的安定门城楼东侧挖出来许多的大缸，估计是用来盛米浆粘结城砖的；在雍和宫北面城墙西侧还挖出了古代民居的遗址，考古鉴定是元代的民居，因为这段城墙是明代垒成的。现在的年轻人大概不太清楚，为什么公交车的44路和200路以及二号线地铁线路的站牌大多是北京城门的名字。那是因为地下的地铁2号线和地表的二环路，所经过的路线恰好是原北京城墙和城门所在的位置。

北京的城墙是在元大都的基础上改造的，形成于明代，是借用自然演化形成的风水建立和发展的。按照风水理论，北京城墙包围着的北京城是以中国古代的《周礼·考工记》和阴阳八卦哲学思想为理论依据，建起了风水北京，那么，它的科学真谛是什么？

《周礼·考工记》说：“匠人营国，方九里，旁三门。国中九经九纬，经涂九轨”。翻译成大白话就是建筑师营建的都城，平面为边长九里的正方形，每条边墙分别建有3个城门，城内有9条南北向大道和9条东西向大道，每条大道的宽度能同时并行9辆马车。元大都是著名水利专家郭守敬的老师刘秉忠按照《周礼·考工记》设计的，除了北面有两个城门外，东、南、西3面各设置3个城门，再按照后天八卦来给城门起名字。刘秉忠将儒家经典中最为关键的“仁、义”二字分别命名正东、正西的城门，东直门（崇仁门、震卦），西直门（和义门、兑卦），西北健德门（乾卦），东北光熙门（艮卦），东南朝阳门（齐化门、巽卦），正南正阳门（丽正门、离卦），西南宣武门（顺承门、坤卦）。安贞门在（坎卦）和艮卦之间，崇文门（文明门）在巽卦和离卦之间，阜成门（平则门）在坤卦和兑卦之间，肃清门在兑卦和乾卦之间。

关于八卦中含有二进制的说法是与牛顿一起发明微积分定理（高等数学中有牛顿-莱布尼茨公式）的莱布尼茨发现的。1701年法国传教士白晋从北京给莱布尼兹写了一封信，告诉他“伏羲六爻”的排列与二进制记数法的顺序是相同的。1703年莱布尼兹完成了递交给法国科学院的论文《关于仅用0与1两个符号的二进制算术的说明，并附其应用以及据此解释古代中国伏羲图的探讨》，不但科学阐明了二进制，而且已经把它与中国的古老哲学八卦联系在一起了，说明八卦并不完全是玄学，而是蕴含着数学思想的。八卦的基本符号由阴爻（--）和阳爻（一）构成，--视为0，一视为1，这就是二进制。以此推论，震卦为001、兑卦为011、乾卦为111、艮卦为100、巽卦为110、离卦为101、坤卦为000、坎卦为010。

明代将北城墙向南移5华里，健德门改为德胜门，安贞门改为安定门；南城墙稍微南移，文明门改为崇文门，丽正门改为正阳门，顺承门改为宣武门；东面崇仁门改为东直门，齐化门改为朝阳门；西面和义门改为西直门，平则门改为阜成门。明代中期，南面围起外城，形成“凸字形”城墙，西门广安门，东门广渠门，南面城墙自东向西3门依次为左安门、永定门和右安门，于是有了老北京城门“内九外七皇城四”的口头禅。

各个城门有不同的社会生活功能，东直门走柴，西直门走水，阜成门走煤，朝阳门走粮，崇文门收税。宣武门是通往菜市口法场的必经之门。遇上战争，将士们出德胜门进安定门。

井水泉水润大都，这才是北京风水的根茎。从北京山川大势看，北京平原西北部的南口-孙河断裂以西，为西山（太行山）和北山（燕山）构成的北京湾。北京湾山前是一个深达600多米的松散沉积物大坑，地质学称为“马池口凹陷”。巨厚的松散沉积物容易收缩成坑，形成了北京上游地区难得的东高西低的地形，这一地貌特征被水利专家郭守敬发现并利用，这才有了“引白浮泉水入大都”的传世工程。

北京因位于冲洪积扇上，地下水十分丰富，给打井取水提供优越的条件，所以元大都初建时，几乎每条胡同都有一口井。在元曲《张生煮海》第一折中侍女的台词“你去兀那羊市角头砖塔儿胡同总铺门前来寻我”，就有“胡同”二字了，这条胡同就是今日自然资源部南面的“砖塔胡同”。最初元大都规划了29条胡同，仅有砖塔胡同被元曲记录了下来，因此可以说“砖塔胡同”是北京最老的胡同。

常言说，有水则灵，水就是财。丰富的水源保障了古都北京的兴旺发达。元代至元二十八年(公元1291年)，郭守敬巡察水利后向元世祖忽必烈提出建议：“上自昌平县白浮村引神山泉西折而南，过双塔、榆河、一亩、玉泉诸水，经甕山泊至西水门入都城”。忽必烈让郭守敬全权指挥，设计开辟了一条引白浮泉，经白浮堰向西，流经西山山前折而向南的引水渠，到至元三十年（公元1293年）建成，将洁净的白浮泉水引入大都，它也是今天京密引水渠的前身，这个引水工程依然为今所用，不能不赞叹古人的智慧。

中轴线的向南延伸——南海子湿地

笔者在主持大兴地区地质调查时，了解到南海子元代以前称为“飞放泊”，属于永定河溢出带形成的湿地，是古代的皇家狩猎场。在打钻井时，发现深约百米有坚硬的岩石，说明大兴一带地下埋藏的是山脉，并在钻孔的岩芯中发现了三叶虫化石，说明岩石为距今5亿年前海洋沉积的石灰岩，地质学把这座埋于地下的山脉称为“大兴隆起”。

经过地质调查了解到大兴隆起为坚硬岩石，呈向下弯曲的向斜构造，构成含喀斯特水的蓄水盆地，具有承压性。地下水在压力的作用下，顺着岩石裂隙向上涌，穿过百米多的松散砂砾石层（第四系），在团河一带冒出地面形成泉水，构成水草丰美的皇家狩猎之地。乾隆皇帝曾在《团河行宫作》中写道：“团河本是凤河源，疏浚于傍筑馆轩”，并作旁注：“凡苑中疏剔新旧水泊二十一处，导北源者九，导南源者十有二。其团河前后新开水泊，泉源畅达，清流溶漾，水汇而为湖，土积而为山，利用既宣，登揽尤胜，因于其旁构筑行馆，以供临憩”。

储存于坚硬石灰岩中的水，具有承压性，一有裂缝就会上涌，与永定河冲洪积扇溢出带的浅层地下水在大兴一带汇合，形成了著名的南海子湿地。我们曾在小红门砖场的采坑中取岩土样品分析，发现12000年前的末次冰期结束后，气候转暖，雨量增多，山地风化物搬运至平原堆积下来。堆积过程伴随着洪水与河流泛滥，堆积速率最高的时期在距今12000-4000年之间，河流泛滥决口最多的时期在距今8000-4000年之间，南海子形成了芦苇丛生的湿地环境，特色物种麋鹿（四不像鹿）在这里繁衍生息。南海子这块湿地位于北京的南面，是辽、金、元、明、清5个朝代的皇家猎场，范围是大红门、小红门、东红门、南大红门、海子角、西红门和海户屯所包围的区域，解放后是红星人民公社所在地，属于北京市农场局管理。如今南海子麋鹿苑得到了部分复原，一块高8米的巨石矗立在湿地景观湖畔，正面是乾隆皇帝手书的“南囿秋风”4个字，今日公园范围远不及古代的胜景，让我们一起读一读乾隆皇帝在《海子行》中的诗句，还原一下当年的胜景。

元明以来南海子，周环一百六十里。

七十二泉信非征，五海至今诚有此。

诸水实为凤河源，藉以荡浑防运穿。

岁月淤阏事疏治，无非本计廑黎元。

蒲苇戟戟水漠漠，凫雁光辉鱼蟹乐。

亦弗恒来施矰缴，徒说前朝飞放泊。

大兴隆起岩芯（天宫院深-130～-140米）见三叶虫化石

中轴线的向北延伸——小汤山温泉

小汤山是北京中轴线上龙脉向北延伸的部分。按照古老的风水学，人工堆起的景山为父母山，温泉涌出的小汤山为少祖山，燕山山脉（西接昆仑山）的军都山为祖山。明武宗朱厚照曾写诗赞美小汤山：“沧海隆冬也异常，小池何自暖如汤？溶溶一派流今古，不为人间洗冷肠”，并提出了一个科学问题“小池何自暖如汤？”，同时也说明了北京中轴线上龙脉温泉小汤山的重要性。

小汤山地热田呈顶点在南的三角形展布，东部边界为导热的黄庄-高丽营断裂，西部边界为导水的南口-孙河断裂，北部边界为阿苏卫-小汤山断裂。地热勘查工作始于1956年，在苏联专家指导下，地质部水文地质工程地质局901队在小汤山温泉周围开展医疗热矿水勘查，使用手摇钻、机械钻等钻探手段和重力、电法等物探手段，圈定了不足1平方千米的温度较高的中心区及6平方千米的温度较低的外围区，提交了《北京市昌平区小汤山矿泉水文地质勘测总结报告》。20世纪70年代，先后打出水温为42～48℃的热水，可惜小汤山3个温泉点不久全部断流。现在小汤山地热田的热水井太密了，几乎1平方千米1口井，开采赋存于15亿年前白云岩（雾迷山组）、12亿年前白云岩（铁岭组）和5亿年前石灰岩（寒武系）的3层热储水，热水总开采量6000万立方米。

通过对热水井的采样分析证明热水来源于大气降水。地热水形成的年龄为北新南老，热水自北向南由小汤山向城区流动，在流动过程中逐渐溶解不同热储层中的石膏透镜体，从而导致硫酸根离子含量的增加，具有地下水循环途径明显与城区热水很好衔接的水化学特征。

小汤山温泉的成因

中轴线下的北京凹陷

小汤山温泉之所以有名，不光是古代皇帝曾经在此洗浴过，还有许多现在为当地老百姓接地气的用途，如采暖、洗浴、医疗、水产养殖、温室种植等。据统计，采暖单位10多个，采暖面积14万平方米，启用地热井14口，水温42～64℃。洗浴的历史悠久，也最为广泛，据统计，用于洗浴的地热井40多口。用于医疗的历史较长，早在1958年就建立了“北京市小汤山疗养院”，治疗的疾病包括：风湿病、中枢性及末梢性神经机能恢复、消化系统慢性疾病、各种代谢疾病、慢性妇科病、各种外伤后遗症、非结核性呼吸器官疾病和循环系统疾病等。水产养殖始于20世纪70年代末，养殖水面200多亩，年产鱼20多万公斤，鱼的品种有罗非鱼、鲤鱼、草鱼、鳗鱼、元鱼等。温室种植始于1983年，启用地热井3口，地热温室70亩，种植特种蔬菜，包括绿菜花、紫甘蓝、美国生菜和西芹等60多个品种。正是因为小汤山温泉对老百姓有如此多的好处，所以2005年10月小汤山被中国矿业联合会命名为“中国温泉之乡”。

地下深处（-522米和-711米）的火山岩

中轴线下的北京凹陷

北京的风水之魂是北京湾，人文之魂是中轴线，古人天人合一的理念规划了古老的北京城。中轴线在地面可以向南延伸至南海子、向北经过小汤山延伸至秦城北面的大海梁山，中轴线向地下的地质背景为什么叫北京凹陷，那就只有听地质专家来解释了。

北京中轴线体现了“古之王者，择天下之中而立国，择国之中而立宫，择宫之中而立庙”规划理念，构成了现在仍然无比恢宏的建筑布局，从南面的永定门向北依次正阳门（前门）、中华门（毛主席纪念堂）、天安门、端门、午门、三大殿、乾清宫、交泰殿、坤宁宫、神武门、景山、地安门、鼓楼和钟楼，全长7.8千米。

大家都知道中轴线建在北京平原上，也就是永定河冲的洪积扇上。那么冲洪积扇下为深达1.5千米的北京凹陷（砂砾石深坑），那就只有地质学家通过钻探和物探的科学方法知道了。我们不妨了解一下中轴线下面的地质情况。因为未来北京城市是要向地下深部空间发展的，城市建设和环境保护需要了解中轴线下的地质背景。

地热钻探揭露了中轴线下深部的地质情况。1975年1月北京开始开发地热，为首都北京节约能源服务。同时，为表达对毛主席的热爱，在中山公园西墙内开凿热水孔（编号：热20），深达2600米，井钻穿过了古老地层。

中轴线地下近100米深为永定河冲洪积堆积的砂砾石。再向下1000米深，为红色粘土充填的砂砾石，是三趾马时期从延庆盆地经永定河山峡搬运至北京凹陷的物质。再向下至1500米深，为灰绿色沉积物中夹有3层火山喷发的玄武岩，科学家使用钾氩法测量的年龄为5千3百万年前至5千8百万年前的古近纪，反映恐龙灭绝后的巨兽时期，平原与山地开始分离，平原下降，凹陷形成，地幔的玄武岩浆顺势上涌至北京凹陷中。深1500～2600米揭露的就是恐龙时代白垩纪的基岩地层了，为砂岩、泥岩夹砾岩的坚硬岩石。

中轴线的进一步思考

古籍中没有“中轴线”的描述，梁思成在1951年4月发表的《北京——都城规划的无比杰作》一文中首次提出了中轴线的概念：“贯通这全部部署的是一根直线，一根长达八公里，全世界最长，也最伟大的南北中轴线穿过了全城。北京独有的壮美秩序就由这条中轴的建立而产生。前后起伏、左右对称的体形或空间的分配都是以这条中轴为依据的。气魄之雄伟就在这个南北引申，一惯到底的规模”。

中轴线肯定是古人在北京平原是一片荒芜之地的时候勘定的，不可能仅限定在永定门-钟楼两端7.8千米长度的范围内，这就需要进行中轴线南、北延伸的思考，逐渐恢复古人堪舆选线的本真。

“北京湾”和“中轴线”体现北京的自然文化特征，二者之间的关系需要进一步思考，为首都北京未来的科学规划奠定基础。