簡述北京永定河沿岸的地質(zhì)背景

呂金波

(北京市地質(zhì)調(diào)查研究院,北京 102206)

清朝《水道提綱》載:"康熙三十七年(公元1698年)……,筑長堤,南北兩岸二百余里,遏其南趨,使不與清水諸河會,贈名曰永定河."自此,有了"永定河"的名字[1].

永定河跨越延慶盆地、北京西山和北京平原3大地貌單元,是北京的母親河.門頭溝區(qū)為永定河山峽,重要的地質(zhì)現(xiàn)象有沿河城斷裂、馬蘭黃土和永定河斷裂,開發(fā)時要考慮地質(zhì)災害和地學旅游;石景山區(qū)為永定河沖洪積扇的頂部帶,有模式口冰川擦痕和永定河沖洪積扇,要考慮城市地下空間的發(fā)展;豐臺區(qū)橫跨永定河兩岸,有盧溝橋、河西的長辛店礫巖與河東的古河道,要考慮地下水污染;房山區(qū)位于永定河西岸,有房山世界地質(zhì)公園、良鄉(xiāng)地熱田和董家林西周遺址,要考慮地學旅游和低炭經(jīng)濟;大興區(qū)位于永定河東岸,有以龐各莊西瓜為代表的永定河沙帶作物、南海子濕地和亦莊工業(yè)開發(fā)區(qū),要考慮沙地農(nóng)作物的分區(qū)與工業(yè)開發(fā)區(qū)的關(guān)系.永定河沿岸5區(qū)的開發(fā)要考慮地質(zhì)背景(圖1),實現(xiàn)科學發(fā)展觀.

1 門頭溝區(qū)

門頭溝區(qū)為永定河山峽,上游官廳大壩以上為桑干河、洋河與媯水河3水匯聚,官廳大壩以下稱為永定河.永定河依次流經(jīng)幽州背斜、沿河城斷裂帶、青白口穹隆和永定河斷裂[2].適合開發(fā)地質(zhì)旅游,有世界意義的地質(zhì)現(xiàn)象有沿河城斷裂、馬蘭黃土和永定河斷裂,開發(fā)建設要考慮地質(zhì)災害和地學旅游.

圖1 永定河沿岸具有世界意義的地點分布

(1)沿河城斷裂

沿河城斷裂帶發(fā)育于百花山向斜的西北翼,呈北東向展布,全長約66km,其中沿河城-向陽口段已經(jīng)為永定河山峽,斷裂特征多被破壞,河谷南岸斷續(xù)出露構(gòu)造角礫巖和糜棱巖等構(gòu)造巖.

沿河城與敵臺建于明萬歷六年(公元1578年),是明代京西重要防線,歷史上稱為內(nèi)長城.應該歸入整個長城的保護系列,共同列入世界文化遺產(chǎn).有意思的是沿河城與敵臺全部位于沿河城斷裂帶上,沿河城位于斷裂帶的南盤,17座敵臺全部位于斷裂帶的北盤,險峻的內(nèi)長城與地質(zhì)構(gòu)造達到了完美的和諧統(tǒng)一.

長城是中華民族最值得驕傲的古代軍事工程,沿河城斷裂帶限定了長城的布局.

(2)馬蘭黃土

黃土是中國特有的地質(zhì)體,黃土中記錄的地質(zhì)歷史信息具有世界對比意義,據(jù)此,研究黃土等地學理論的劉東生獲得了2003年國家最高科學技術(shù)獎勵.

雖然黃土廣泛分布于山西、陜西和甘肅等地,但對黃土的研究開始于永定河流域清水河支流齋堂盆地的馬蘭黃土.在德國萊茵河谷,當?shù)厝税杨愃朴谥袊S土的松散堆積物稱為"l?ss,或者l?β,或者loeβ",英國人萊伊爾(1834)在其《地質(zhì)學原理》中把德語單詞轉(zhuǎn)化為英文"loess",認為黃土是水成的.1882年,德國人李希霍芬把中國的黃土命名為"loeβ",即英文"loess", 認為黃土是風成的[3].1920年,葉良輔傳述安特生手稿,推論原生黃土屬中更新世[4].1930年巴爾博參閱過德日進和楊鐘鍵的手稿,文中第1次應用了"馬蘭黃土"名稱.1961年,在李四光的指導下,劉東生和張宗祜在山西省命名了早更新世午城黃土和中更新世離石黃土,加上齋堂晚更新世的馬蘭黃土,建立了完整的中國黃土地質(zhì)剖面[5].

(3)永定河斷裂

中國地質(zhì)學家第1次提出"永定河斷裂"的概念,并進行了世界對比.1932年8月30日,計榮森和孫殿卿提出了"沿渾河之斷層"的概念,在報告中說:"此處之構(gòu)造情形與瑞士阿爾卑斯山之薩拉衛(wèi)附近之構(gòu)造情形頗可比擬也"[6].解放后,被地質(zhì)學家改稱為"永定河斷裂".

物探、鉆探、地層和構(gòu)造多方面地質(zhì)資料顯示,在軍莊-三家店-石景山一線,永定河河道存在一條北西向斷裂,河道兩側(cè)構(gòu)造線不連續(xù),九龍山-香峪大梁向斜在軍莊以南的軸跡被左行錯開約1km.永定河斷裂形成于恐龍時代的燕山運動早期[7].

2 石景山區(qū)

石景山區(qū)有模式口冰川擦痕和永定河沖洪積扇.

(1)模式口冰川擦痕

20世紀60年代,李四光研究了模式口的第四紀冰川遺跡,被前蘇聯(lián)的納里烏金院士譽為"亞洲地質(zhì)史的光輝一頁"[8].

(2)永定河沖洪積扇構(gòu)成了北京平原

永定河沖洪積扇形成于距今12000a以來的晚更新世,頂點為石景山,石景山區(qū)為頂部帶,北京城區(qū)為中部帶,朝陽區(qū)為溢出帶.

12000aB.P.的冷期,北京扇開始形成,由粗大的礫石層組成.氣候轉(zhuǎn)暖,北京平原的堆積速率達到最高,以泛濫平原沉積為主,平原地貌基本定型.全新世大暖期到來,決口扇發(fā)育,4000aB.P.左右,河流泛濫加劇,形成了現(xiàn)代意義上的北京平原[9].

3 豐臺區(qū)

豐臺區(qū)橫跨永定河的兩岸,河西為新生代最早沉積物--長辛店礫巖,河東為永定河全新世以來的古河道,河上為世界聞名的盧溝橋.

(1) 永定河西岸的長辛店礫巖

長辛店礫巖在永定河以西形成了丘陵,在長辛店-良鄉(xiāng)一帶的古近紀(距今36～54Ma)盆地中沉積了北京新生界最老的地層--長辛店組.

(2)永定河東岸的古河道

永定河出山后,形成了平原沖洪積扇,受平原活動斷裂的控制,經(jīng)過了多次改道.逐漸由北向南遷移,先后形成了古漯河、渾河、無定河,康熙年間修建永定河大堤,永定河由此得名.

(3)永定河上的盧溝橋

《馬可波羅游記》第二卷,把盧溝橋稱為普利桑干(Pulisanggan, pul, 波斯文,橋,桑干河即今永定河),西方人稱盧溝橋為馬可波羅橋.盧溝橋是現(xiàn)代永定河上最為古老的橋,被馬可波羅譽為世界上最為美麗的橋[10].

4 房山區(qū)

房山區(qū)位于永定河西,擁有唯一位于國家首都的世界地質(zhì)公園,董家林的西周遺址為3000多年前北京城市發(fā)祥地,良鄉(xiāng)有地熱田.

北京的人類演化始于房山,北京的城市發(fā)展始于房山.

(1)房山世界地質(zhì)公園

房山世界地質(zhì)公園由北京市與河北省的合作共建.2006年9月17日,在英國北愛爾蘭首府貝爾法斯特召開的第2屆世界地質(zhì)公園大會上,"中國房山世界地質(zhì)公園"正式獲得聯(lián)合國教科文組織授牌,使北京成為全球唯一擁有"世界地質(zhì)公園"的首都城市[11].

1918年瑞典人安特生發(fā)現(xiàn)了周口店園區(qū),1929年12月2日裴文中在周口店洞穴碎屑堆積物中發(fā)現(xiàn)了第1顆完整的北京猿人頭蓋骨.1987年被列入《世界文化遺產(chǎn)名錄》.

地質(zhì)公園北部大石河流域有百花山-- 白草畔園區(qū)、圣蓮山園區(qū)和石花洞園區(qū).大石河源頭的堂上村誕生了《沒有共產(chǎn)黨就沒有新中國》歌曲,大石河北岸煤層之上為侏羅紀火山巖構(gòu)成的亞高山草甸景觀百花山--白草畔園區(qū),大石河北岸煤層之下為北方罕見的小型巖溶盆地景觀--圣蓮山園區(qū).石花洞園區(qū)發(fā)育巖溶洞穴群,洞層最多(8層),裂隙滲透水沉積的石盾最多(200多個),為世界之最;毛細滲透水沉積的石毛(銀狐)稀有,滴水沉積的石筍疊置關(guān)系和微層理明顯,流水沉積的石旗美麗,池水沉積的月奶石發(fā)育好,有被鈣華掩蓋的唐代題字,有《水經(jīng)注》中記載的孔水洞[12].

地質(zhì)公園南部拒馬河流域有白石山園區(qū)、野三坡園區(qū)、十渡園區(qū)和云居寺-- 上方山園區(qū).拒馬河源頭的白石山園區(qū)發(fā)育大理巖峰叢地貌,野三坡園區(qū)發(fā)育巖溶峽谷地貌,十渡園區(qū)發(fā)育華北地區(qū)最為典型的房山地貌(新近紀石林與第四紀巖溶陡壁的組合形態(tài))[13].石門花崗巖體的熱力變質(zhì)作用,烤白了高莊的漢白玉大理巖,成為紫禁城、明清皇陵和皇家園林的唯一石料區(qū);烤白了云居寺--上方山園區(qū)所在的云帶山,故有云水洞、云居寺之名[14].

(2)良鄉(xiāng)地熱田

良鄉(xiāng)地熱田為永定河西岸的生態(tài)建設,提供了清潔環(huán)保能源.

位于房山區(qū)及豐臺區(qū)永定河以西地區(qū),面積為388km2,已于深度2950m的鉆井中獲得70℃的熱水,目前主要集中在良鄉(xiāng)鎮(zhèn)附近10 km2范圍內(nèi)開發(fā)利用,有地熱井約20口,年開采量約為0.70X106 m3.

(3)北京城市的發(fā)祥地-- 董家林西周遺址

北京地區(qū)有明確文字記載的最早都城當屬西周時期的燕國都城,為周武王伐紂后在北方建立的第1個諸侯國的國都,距今已有3000多年.西周遺址范圍包括琉璃河北部的洄城、劉李店、董家林、黃土坡、立教、莊頭等村.遺址內(nèi)出土了大量的器物,其中最珍貴的當屬最大的青銅器-- 堇鼎,內(nèi)壁鑄有4行24字的銘文,銘文所記與文獻所載召公本人并未前往燕國就封燕侯,而"以元子就封,而次子留周室代為召公"一事相印證,為都城遺址的鑒定起了決定性的作用.

5 大興區(qū)

大興區(qū)位于永定河的東岸,沿岸的沙地為特色農(nóng)業(yè)的開發(fā)奠定了良好的地質(zhì)基礎(chǔ),南海子和黃村之下的大興隆起是北京良好的備用深層巖溶水聚集區(qū),亦莊工業(yè)開發(fā)區(qū)的建設要與農(nóng)業(yè)布局協(xié)調(diào)發(fā)展.

(1)沙地特色農(nóng)產(chǎn)品

沿著永定河東岸的沙帶,從西北向東南依次分布蘆城的韭菜、龐各莊的西瓜、趙村的金把黃梨、南各莊的白蘭瓜和采育的葡萄.其中龐各莊的西瓜和趙村的黃梨早在明朝萬歷年間就已經(jīng)成為皇家的貢品.進一步開發(fā)建設永定河沿岸的特色農(nóng)業(yè)是非常重要的.

(2)南海子濕地

南海子就是合鄉(xiāng)并鎮(zhèn)前的大興北8鄉(xiāng)所在地,元朝稱為"飛放泊",清朝稱為南海子,為北京南部的濕地.城西北的海淀,城東南的海子為北京發(fā)展成為宜居城市起到了至關(guān)重要的作用.南海子下部埋深100m左右為含有深層巖溶水的大興隆起.

(3)亦莊工業(yè)開發(fā)區(qū)的建設要與農(nóng)業(yè)布局協(xié)調(diào)發(fā)展

亦莊為北京市重要的工業(yè)開發(fā)區(qū),要考慮沙地農(nóng)作物的分區(qū)與工業(yè)開發(fā)區(qū)的關(guān)系,考慮恢復南海子濕地生態(tài)區(qū)建設.

6 結(jié)論

公元1698年,有了"永定河"的稱謂.

永定河從官廳大壩進入北京西山后,依次流經(jīng)門頭溝區(qū)的永定河山峽、石景山區(qū)的永定河沖洪積扇、豐臺區(qū)的盧溝橋、房山區(qū)的世界地質(zhì)公園、大興區(qū)的永定河古河道,影響范圍涉及中心城區(qū)、朝陽區(qū)、海淀區(qū)、石景山區(qū)、豐臺區(qū)、房山區(qū)和大興區(qū).1萬多年以來的全新世,永定河古河道經(jīng)歷了由北向南的擺動過程,先后形成了古清河、古金溝河、古漯河、渾河、無定河和永定河.

門頭溝區(qū)的沿河城斷裂構(gòu)造限定了世界上最長的人類建筑-- 長城敵臺的展布,是天人合一思想的完美展現(xiàn).馬蘭黃土是中國特有的地質(zhì)體,黃土內(nèi)的地質(zhì)信息記錄了歷史氣候變化.永定河斷裂最早稱為"沿渾河之斷層",與歐洲阿爾卑斯山薩拉衛(wèi)附近的構(gòu)造情形相似.

石景山區(qū)模式口的第四紀冰川遺跡,被前蘇聯(lián)的納里烏金院士譽為"亞洲地質(zhì)史的光輝一頁".永定河沖洪積扇構(gòu)成了北京中心城區(qū)所在的北京平原.

豐臺區(qū)的盧溝橋被馬可波羅譽為世界上最為美麗的橋.河西的長辛店礫巖構(gòu)成的丘陵上有中國最早的企業(yè).

房山區(qū)有唯一位于首都的世界地質(zhì)公園,率先實現(xiàn)了京冀聯(lián)合,共同發(fā)展的理念.西面的周口店猿人遺址為世界文化遺產(chǎn),南面的西周遺址是北京的城市之源,北面的良鄉(xiāng)地熱田是實現(xiàn)低炭經(jīng)濟的可靠保障.

大興區(qū)構(gòu)成了沙地特色農(nóng)業(yè)區(qū),亦莊工業(yè)區(qū)建設要與農(nóng)業(yè)區(qū)劃協(xié)調(diào)發(fā)展,設法最大限度地恢復南海子濕地,改善中心城區(qū)的環(huán)境.

河北省的淶源縣和淶水縣已經(jīng)與房山共同建立了世界地質(zhì)公園,要實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展.永定河南岸的固安縣和廊坊是最容易遭受永定河泛濫的地區(qū),需要規(guī)劃地質(zhì)災害防治方案.

[1] 齊召南.水道提綱(28卷)[R].清朝(1703～1768年).

[2] 呂金波.北京西山新生代古地理環(huán)境的演變[J].河北地質(zhì)學院學報.1994,17(3):228～235.

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

[4] 葉良輔等.北京西山地質(zhì)志[R].地質(zhì)專報,甲種,第1號.

[5] 呂金波等.北京地區(qū)新生代研究史[J].北京地質(zhì).2000, 12(1):1～7.

[6] 計榮森等.北京西山三家店圖幅地質(zhì)說明[R].1932.

[7] 呂金波等.從永定河的形成與發(fā)展看北京西山新生代的古地理變遷[J].北京地質(zhì).1993,(2):13～19.

[8] д.в.納里烏金.亞洲地質(zhì)史的光輝一頁[J].蘇聯(lián)"自然".1960,(8).

[9] 袁寶印等.北京平原晚第四紀堆積期與史前大洪水[J].第四紀研究.2002,22(5):474～482.

[10] 馬可波羅.馬可波羅游記[M].北京:外文教學與研究出版社,1998.

[11] 呂金波.北京房山世界地質(zhì)公園巖溶景觀特色[J],城市地質(zhì)2007,2(3): 26～30.

[12] 酈道元.水經(jīng)注(卷十二)[M].杭州:浙江古籍出版社, 2000;197.

[13] 呂金波等.北京西山巖溶洞系的形成及其與新構(gòu)造運動的關(guān)系[J],地質(zhì)通報2010,(4):502～509.

[13] 呂金波等.以首都經(jīng)濟為導向,建設以巖溶為特色的房山世界地質(zhì)公園[A].見:姜建軍等主編:旅游地學與地質(zhì)公園建設-- 旅游地學論文集第十四集[M].北京:中國林業(yè)出版社,2008.