北京灣和中軸線體現北京的自然文化特征

北京作為中國的首都，具有獨特的自然文化特征。

自然特征是西山（太行山）與北山（燕山）兩大山脈構成的“北京灣”，文化特征是永定門-正陽門（前門）-中華門（毛主席紀念堂）-天安門-故宮-景山-地安門-鼓樓-鐘樓7.8千米長的中軸線。中軸線與開封和元上都近乎在一條經線附近，體現了中國首都相互傳承的歷史文脈。中軸線向南延伸至南海子濕地、向北延伸至小湯山溫泉、向下是深達1.5千米的砂礫石大坑，地質學稱為“北京凹陷”。

北京灣和中軸線

自然特征——北京灣

北京的山線是太行山與燕山兩大山脈交匯構成的北京灣，水線是與山線近乎垂直的大清河、永定河、溫榆河、潮白河和薊運河5大水系。山線三面環抱著北京平原，滋潤著這方平原沃土，水線分別從山區的各個溝谷中流出來，匯聚于北京平原。這一有利的自然環境，符合中國古人“藏風聚氣，以水為上”的哲學思想，天人合一的理念成就了北京地區3000多年的建城史和800多年的建都史。

在北緯40°線上找到類似江南水鄉的環境是非常不容易的。所以歷代文人墨客都在贊美北京的山線和水線，宋代范鎮的《幽州賦》記載：“左環滄海，右擁太行，北枕居庸，南襟河濟，形勝甲于天下，誠天府之國也”，明末清初大儒顧炎武詩曰：“群山自南來，勢若蛟龍翔；東趾據盧龍，西脊馳太行”。北京是世界上少有的具有盆地、山地和平原的首都城市，最高峰東靈山海拔2303米，最低點通州柴廠屯海拔8米。北京是世界上少有的兩大山脈交匯之地，太行山與燕山構成北京灣。北京是世界上少有的兩大文明交匯之地，即：山地的萬里長城與平原的京杭大運河。

人類的出現和發展離不開水，北京以水為魂，水系屬于海河流域，展布于中國第二大臺階與第三大臺階山線構成的“北京灣”，自西南向東北分為5大水系：拒馬河和大石河屬大清河水系，永定河水系，溫榆河屬北運河水系，潮白河水系，泃河屬薊運河水系。多年平均降水量571毫米左右，地表水多年平均徑流量17.72億立方米，地下水多年平均補給量36.67億立方米，地下水平均年可供水量23.93億立方米。

北京古代因濕地眾多而稱“薊”，又因水源充沛而定都，先后有“金中都、元大都和明、清北京”?，F代北京仍然是首都，隨著人類活動的加大，水的消耗量大于補給量，人均水資源占有量不足165立方米，成為缺水城市，嚴重制約著首都的發展。目前正在開展現代化水文地質調查與規劃，調整首都功能，延續以水為魂的城市建設，相信隨著北京山地生態的恢復，污染企業的遷出，海綿城市的建設和南水北調工程的實施，使得北京不僅實現可持續發展，還會成為一座美麗的宜居城市。

風水北京的地學真諦

在人類5000年文明史中，中國古代出現了兩個文化高峰期，一個是百家爭鳴的戰國時期，另一個是文人縱情山水的魏晉風度，其中風水學的鼻祖就是晉代的郭璞，他在《藏經》中說：“古人聚之使不散，行之則有止，故謂之風水……風水之法，得水為上，藏風次之”。筆者理解“風”指的是山線，“水”指的是水線，兩大山脈構成的北京灣山線、5大水系構成的平原水線是“古人聚之使不散”的宜居之地，北京沖洪積扇豐富的地下水使得“風水之法，得水為上”。這種古老的風水學蘊含著地學真諦，需要我們應用現代的地質科學進行解析。

筆者是一個土生土長的北京人，1998年以前住在安定門內國子監西邊的箭廠胡同，國子監是元、明、清3個朝代的最高學府，遵循左文右武的布局，左面是官書院胡同，右面是箭廠胡同。筆者清楚地記得1968年拆安定門城墻的情景，那個年代剛有挖掘機，在連接城墻的安定門城樓東側挖出來許多的大缸，估計是用來盛米漿粘結城磚的；在雍和宮北面城墻西側還挖出了古代民居的遺址，考古鑒定是元代的民居，因為這段城墻是明代壘成的?，F在的年輕人大概不太清楚，為什么公交車的44路和200路以及二號線地鐵線路的站牌大多是北京城門的名字。那是因為地下的地鐵2號線和地表的二環路，所經過的路線恰好是原北京城墻和城門所在的位置。

北京的城墻是在元大都的基礎上改造的，形成于明代，是借用自然演化形成的風水建立和發展的。按照風水理論，北京城墻包圍著的北京城是以中國古代的《周禮?考工記》和陰陽八卦哲學思想為理論依據，建起了風水北京，那么，它的科學真諦是什么？

首都北京城的演變

《周禮?考工記》說：“匠人營國，方九里，旁三門。國中九經九緯，經涂九軌”。翻譯成大白話就是建筑師營建的都城，平面為邊長九里的正方形，每條邊墻分別建有3個城門，城內有9條南北向大道和9條東西向大道，每條大道的寬度能同時并行9輛馬車。元大都是著名水利專家郭守敬的老師劉秉忠按照《周禮?考工記》設計的，除了北面有兩個城門外，東、南、西3面各設置3個城門，再按照后天八卦來給城門起名字。劉秉忠將儒家經典中最為關鍵的“仁、義”二字分別命名正東、正西的城門，東直門（崇仁門、震卦?），西直門（和義門、兌卦?），西北健德門（乾卦?），東北光熙門（艮卦?），東南朝陽門（齊化門、巽卦?），正南正陽門（麗正門、離卦?），西南宣武門（順承門、坤卦?）。安貞門在（坎卦?）和艮卦之間，崇文門（文明門）在巽卦和離卦之間，阜成門（平則門）在坤卦和兌卦之間，肅清門在兌卦和乾卦之間。

關于八卦中含有二進制的說法是與牛頓一起發明微積分定理（高等數學中有牛頓-萊布尼茨公式）的萊布尼茨發現的。1701年法國傳教士白晉從北京給萊布尼茲寫了一封信，告訴他“伏羲六爻”的排列與二進制記數法的順序是相同的。1703年萊布尼茲完成了遞交給法國科學院的論文《關于僅用0與1兩個符號的二進制算術的說明，并附其應用以及據此解釋古代中國伏羲圖的探討》，不但科學闡明了二進制，而且已經把它與中國的古老哲學八卦聯系在一起了，說明八卦并不完全是玄學，而是蘊含著數學思想的。八卦的基本符號由陰爻（--）和陽爻（一）構成，--視為0，一視為1，這就是二進制。以此推論，震卦?為001、兌卦?為011、乾卦?為111、艮卦?為100、巽卦?為110、離卦?為101、坤卦?為000、坎卦?為010。

明代將北城墻向南移5華里，健德門改為德勝門，安貞門改為安定門；南城墻稍微南移，文明門改為崇文門，麗正門改為正陽門，順承門改為宣武門；東面崇仁門改為東直門，齊化門改為朝陽門；西面和義門改為西直門，平則門改為阜成門。明代中期，南面圍起外城，形成“凸字形”城墻，西門廣安門，東門廣渠門，南面城墻自東向西3門依次為左安門、永定門和右安門，于是有了老北京城門“內九外七皇城四”的口頭禪。

各個城門有不同的社會生活功能，東直門走柴，西直門走水，阜成門走煤，朝陽門走糧，崇文門收稅。宣武門是通往菜市口法場的必經之門。遇上戰爭，將士們出德勝門進安定門。

井水泉水潤大都，這才是北京風水的根莖。從北京山川大勢看，北京平原西北部的南口-孫河斷裂以西，為西山（太行山）和北山（燕山）構成的北京灣。北京灣山前是一個深達600多米的松散沉積物大坑，地質學稱為“馬池口凹陷”。巨厚的松散沉積物容易收縮成坑，形成了北京上游地區難得的東高西低的地形，這一地貌特征被水利專家郭守敬發現并利用，這才有了“引白浮泉水入大都”的傳世工程。

北京因位于沖洪積扇上，地下水十分豐富，給打井取水提供優越的條件，所以元大都初建時，幾乎每條胡同都有一口井。在元曲《張生煮?！返谝徽壑惺膛呐_詞“你去兀那羊市角頭磚塔兒胡同總鋪門前來尋我”，就有“胡同”二字了，這條胡同就是今日自然資源部南面的“磚塔胡同”。最初元大都規劃了29條胡同，僅有磚塔胡同被元曲記錄了下來，因此可以說“磚塔胡同”是北京最老的胡同。

常言說，有水則靈，水就是財。豐富的水源保障了古都北京的興旺發達。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議：“上自昌平縣白浮村引神山泉西折而南，過雙塔、榆河、一畝、玉泉諸水，經甕山泊至西水門入都城”。忽必烈讓郭守敬全權指揮，設計開辟了一條引白浮泉，經白浮堰向西，流經西山山前折而向南的引水渠，到至元三十年（公元1293年）建成，將潔凈的白浮泉水引入大都，它也是今天京密引水渠的前身，這個引水工程依然為今所用，不能不贊嘆古人的智慧。

中軸線的向南延伸——南海子濕地

筆者在主持大興地區地質調查時，了解到南海子元代以前稱為“飛放泊”，屬于永定河溢出帶形成的濕地，是古代的皇家狩獵場。在打鉆井時，發現深約百米有堅硬的巖石，說明大興一帶地下埋藏的是山脈，并在鉆孔的巖芯中發現了三葉蟲化石，說明巖石為距今5億年前海洋沉積的石灰巖，地質學把這座埋于地下的山脈稱為“大興隆起”。

經過地質調查了解到大興隆起為堅硬巖石，呈向下彎曲的向斜構造，構成含喀斯特水的蓄水盆地，具有承壓性。地下水在壓力的作用下，順著巖石裂隙向上涌，穿過百米多的松散砂礫石層（第四系），在團河一帶冒出地面形成泉水，構成水草豐美的皇家狩獵之地。乾隆皇帝曾在《團河行宮作》中寫道：“團河本是鳳河源，疏浚于傍筑館軒”，并作旁注：“凡苑中疏剔新舊水泊二十一處，導北源者九，導南源者十有二。其團河前后新開水泊，泉源暢達，清流溶漾，水匯而為湖，土積而為山，利用既宣，登攬尤勝，因于其旁構筑行館，以供臨憩”。

大興隆起巖芯（天宮院深-130～-140米）見三葉蟲化石

儲存于堅硬石灰巖中的水，具有承壓性，一有裂縫就會上涌，與永定河沖洪積扇溢出帶的淺層地下水在大興一帶匯合，形成了著名的南海子濕地。我們曾在小紅門磚場的采坑中取巖土樣品分析，發現12000年前的末次冰期結束后，氣候轉暖，雨量增多，山地風化物搬運至平原堆積下來。堆積過程伴隨著洪水與河流泛濫，堆積速率最高的時期在距今12000-4000年之間，河流泛濫決口最多的時期在距今8000-4000年之間，南海子形成了蘆葦叢生的濕地環境，特色物種麋鹿（四不像鹿）在這里繁衍生息。南海子這塊濕地位于北京的南面，是遼、金、元、明、清5個朝代的皇家獵場，范圍是大紅門、小紅門、東紅門、南大紅門、海子角、西紅門和海戶屯所包圍的區域，解放后是紅星人民公社所在地，屬于北京市農場局管理。如今南海子麋鹿苑得到了部分復原，一塊高8米的巨石矗立在濕地景觀湖畔，正面是乾隆皇帝手書的“南囿秋風”4個字，今日公園范圍遠不及古代的勝景，讓我們一起讀一讀乾隆皇帝在《海子行》中的詩句，還原一下當年的勝景。

元明以來南海子，周環一百六十里。

七十二泉信非征，五海至今誠有此。

諸水實為鳳河源，藉以蕩渾防運穿。

歲月淤閼事疏治，無非本計廑黎元。

蒲葦戟戟水漠漠，鳧雁光輝魚蟹樂。

亦弗恒來施矰繳，徒說前朝飛放泊。

中軸線的向北延伸——小湯山溫泉

小湯山是北京中軸線上龍脈向北延伸的部分。按照古老的風水學，人工堆起的景山為父母山，溫泉涌出的小湯山為少祖山，燕山山脈（西接昆侖山）的軍都山為祖山。明武宗朱厚照曾寫詩贊美小湯山：“滄海隆冬也異常，小池何自暖如湯？溶溶一派流今古，不為人間洗冷腸”，并提出了一個科學問題“小池何自暖如湯？”，同時也說明了北京中軸線上龍脈溫泉小湯山的重要性。

小湯山地熱田呈頂點在南的三角形展布，東部邊界為導熱的黃莊-高麗營斷裂，西部邊界為導水的南口-孫河斷裂，北部邊界為阿蘇衛-小湯山斷裂。地熱勘查工作始于1956年，在蘇聯專家指導下，地質部水文地質工程地質局901隊在小湯山溫泉周圍開展醫療熱礦水勘查，使用手搖鉆、機械鉆等鉆探手段和重力、電法等物探手段，圈定了不足1平方千米的溫度較高的中心區及6平方千米的溫度較低的外圍區，提交了《北京市昌平區小湯山礦泉水文地質勘測總結報告》。20世紀70年代，先后打出水溫為42～48℃的熱水，可惜小湯山3個溫泉點不久全部斷流?，F在小湯山地熱田的熱水井太密了，幾乎1平方千米1口井，開采賦存于15億年前白云巖（霧迷山組）、12億年前白云巖（鐵嶺組）和5億年前石灰巖（寒武系）的3層熱儲水，熱水總開采量6000萬立方米。

小湯山溫泉的成因

通過對熱水井的采樣分析證明熱水來源于大氣降水。地熱水形成的年齡為北新南老，熱水自北向南由小湯山向城區流動，在流動過程中逐漸溶解不同熱儲層中的石膏透鏡體，從而導致硫酸根離子含量的增加，具有地下水循環途徑明顯與城區熱水很好銜接的水化學特征。

小湯山溫泉之所以有名，不光是古代皇帝曾經在此洗浴過，還有許多現在為當地老百姓接地氣的用途，如采暖、洗浴、醫療、水產養殖、溫室種植等。據統計，采暖單位10多個，采暖面積14萬平方米，啟用地熱井14口，水溫42～64℃。洗浴的歷史悠久，也最為廣泛，據統計，用于洗浴的地熱井40多口。用于醫療的歷史較長，早在1958年就建立了“北京市小湯山療養院”，治療的疾病包括：風濕病、中樞性及末梢性神經機能恢復、消化系統慢性疾病、各種代謝疾病、慢性婦科病、各種外傷后遺癥、非結核性呼吸器官疾病和循環系統疾病等。水產養殖始于20世紀70年代末，養殖水面200多畝，年產魚20多萬公斤，魚的品種有羅非魚、鯉魚、草魚、鰻魚、元魚等。溫室種植始于1983年，啟用地熱井3口，地熱溫室70畝，種植特種蔬菜，包括綠菜花、紫甘藍、美國生菜和西芹等60多個品種。正是因為小湯山溫泉對老百姓有如此多的好處，所以2005年10月小湯山被中國礦業聯合會命名為“中國溫泉之鄉”。

中軸線下的北京凹陷

北京的風水之魂是北京灣，人文之魂是中軸線，古人天人合一的理念規劃了古老的北京城。中軸線在地面可以向南延伸至南海子、向北經過小湯山延伸至秦城北面的大海梁山，中軸線向地下的地質背景為什么叫北京凹陷，那就只有聽地質專家來解釋了。

北京中軸線體現了“古之王者，擇天下之中而立國，擇國之中而立宮，擇宮之中而立廟”規劃理念，構成了現在仍然無比恢宏的建筑布局，從南面的永定門向北依次正陽門（前門）、中華門（毛主席紀念堂）、天安門、端門、午門、三大殿、乾清宮、交泰殿、坤寧宮、神武門、景山、地安門、鼓樓和鐘樓，全長7.8千米。

大家都知道中軸線建在北京平原上，也就是永定河沖的洪積扇上。那么沖洪積扇下為深達1.5千米的北京凹陷（砂礫石深坑），那就只有地質學家通過鉆探和物探的科學方法知道了。我們不妨了解一下中軸線下面的地質情況。因為未來北京城市是要向地下深部空間發展的，城市建設和環境保護需要了解中軸線下的地質背景。

地熱鉆探揭露了中軸線下深部的地質情況。1975年1月北京開始開發地熱，為首都北京節約能源服務。同時，為表達對毛主席的熱愛，在中山公園西墻內開鑿熱水孔（編號：熱20），深達2600米，井鉆穿過了古老地層。

地下深處（-522米和-711米）的火山巖

中軸線地下近100米深為永定河沖洪積堆積的砂礫石。再向下1000米深，為紅色粘土充填的砂礫石，是三趾馬時期從延慶盆地經永定河山峽搬運至北京凹陷的物質。再向下至1500米深，為灰綠色沉積物中夾有3層火山噴發的玄武巖，科學家使用鉀氬法測量的年齡為5千3百萬年前至5千8百萬年前的古近紀，反映恐龍滅絕后的巨獸時期，平原與山地開始分離，平原下降，凹陷形成，地幔的玄武巖漿順勢上涌至北京凹陷中。深1500～2600米揭露的就是恐龍時代白堊紀的基巖地層了，為砂巖、泥巖夾礫巖的堅硬巖石。

中軸線的進一步思考

古籍中沒有“中軸線”的描述，梁思成在1951年4月發表的《北京——都城規劃的無比杰作》一文中首次提出了中軸線的概念：“貫通這全部部署的是一根直線，一根長達八公里，全世界最長，也最偉大的南北中軸線穿過了全城。北京獨有的壯美秩序就由這條中軸的建立而產生。前后起伏、左右對稱的體形或空間的分配都是以這條中軸為依據的。氣魄之雄偉就在這個南北引申，一慣到底的規?！?。

中軸線肯定是古人在北京平原是一片荒蕪之地的時候勘定的，不可能僅限定在永定門-鐘樓兩端7.8千米長度的范圍內，這就需要進行中軸線南、北延伸的思考，逐漸恢復古人堪輿選線的本真。

“北京灣”和“中軸線”體現北京的自然文化特征，二者之間的關系需要進一步思考，為首都北京未來的科學規劃奠定基礎。

本文首發于《化石》雜志2021年第2期

編輯：云飛

【作者簡介：呂金波博士】

呂金波，博士，教授級高級工程師，北京市地質調查研究院副總工程師。主要從事北京地區的地質調查工作，完成1∶5區域地質圖在北京地區的全覆蓋，建立北京平原區地質剖面。主持的《1∶25萬北京市幅》和《1∶5萬大興幅》分別獲中國地質調查局優秀圖幅獎。發表論文80余篇。通過測量永定河8級階地和石花洞8層溶洞，提出北京西山8次抬升說；通過對石花洞各類石筍測量，建立了石筍第四紀剖面，進而分析了古氣候；通過實施《中國房山世界地質公園地質作用與演化對古人類文化產生的影響研究》，研究了周口店北京人遺址；通過實施《中軸線與北京灣：東方理想都城秩序的地理時空大背景》，研究了北京中軸線的地質地理背景。

研究《水經注》中有關北京地理的科學思想，提出永定河溝通了中國古今首都；調查粵北丹霞地貌，提出《拓展丹霞地貌的研究范圍》；發表《張家界砂巖地貌成因分析》，編寫青少年科學考察實踐叢書《神農架國家公園研學手冊》；正在編寫《遠古北京—時空隧道里的故事》、《中國區域地質志—北京志》。

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