泉定北京中軸線的發(fā)現(xiàn)與驗證

呂金波 彭年 張向前 劉穎華 孫彥超 王澤龍

2020年7月至2023年6月，“北京中軸線”準(zhǔn)備申請世界文化遺產(chǎn)。2021年我們實施了“中軸線與北京灣：東方理想都城秩序的地理時空大背景”。北京灣構(gòu)成了北京的地理特征，永定河沖洪積扇和北京凹陷構(gòu)成了北京中心城區(qū)的地質(zhì)背景，中軸線構(gòu)成了北京的文化特征。研究三者之間的關(guān)系，就為中軸線申遺尋找地理學(xué)和地質(zhì)學(xué)方面的科學(xué)依據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)“泉定北京中軸線”的客觀存在并進行了科學(xué)驗證。

大家都知道元大都建于元代，國名取自《彖》對《易經(jīng)》注釋中的“大哉乾元”。郭守敬引白浮泉水入大都，奠定了元大都人工水系的基礎(chǔ)，然而他的老師劉秉忠規(guī)劃了元大都，就鮮為人知了。既然郭守敬是元代水利學(xué)家，那么他的老師就更應(yīng)該重視地下冒出來的“泉”。劉秉忠按照《周禮·考工記》的“三經(jīng)三緯”規(guī)劃了元大都、按照后天八卦命名了城門。我們推測劉秉忠按照“風(fēng)水之法，得水為上”的風(fēng)水學(xué)原則、利用燕山腳下的秦城泉和平原小丘的小湯山溫泉（兩點確定一條直線）的數(shù)學(xué)原理、向南延伸規(guī)劃了元大都的中軸線。

下面從中軸線概念的提出、中軸線下的地質(zhì)背景——永定河沖洪積扇和北京凹陷、中軸線的方位、中軸線向北延伸經(jīng)過小湯山溫泉和秦城泉4個方面尋找古人“泉定中軸線”的依據(jù)。

中軸線概念的提出

古籍中沒有“中軸線”的描述。1951年4月《新觀察》第2卷7-8期，發(fā)表了梁思成的文章《北京——都城規(guī)劃的無比杰作》，首次提出了中軸線的概念：“大略地說，凸字形的北京，北半是內(nèi)城，南半是外城，故宮為內(nèi)城核心，也是全城的布局重心，全城就是圍繞這中心而部署的。但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(chǎn)生，前后起伏、左右對稱的體形或空間的分配都是以這中軸為依據(jù)的，氣魄之雄偉就在這個南北引申、一貫到底的規(guī)?！?。該文章的“跋”注：“本文雖是作者答應(yīng)擔(dān)任下來的任務(wù)，但在實際寫作進行中，卻是同林徽因分工合作，有若干部分還偏勞了她，這是作者應(yīng)該對讀者聲明的”。

中軸線下的地質(zhì)背景——永定河沖洪積扇和北京凹陷

中軸線下的地質(zhì)背景由淺入深，分為上、下兩部分：大約百米以淺為距今22000年以來沉積的砂礫石，稱為“永定河沖洪積扇”；再向下至1567米深為距今6600萬年以來沉積的新生代松散沉積物，稱為“北京凹陷”。

選取中軸線東側(cè)的天壇（京熱-2井）、北京站（京熱-5井），選取中軸線西側(cè)的中山公園（京熱-14井、京熱-20井）、自然資源部院內(nèi)（京熱-1井），描述中軸線下的地質(zhì)背景——永定河沖洪積扇和北京凹陷。

天壇（京熱-2井）

天壇公園祈年殿東，地面海拔42.56米，鉆孔深度1158.06米，水溫48.40℃。1970年5月26日—1971年6月12日施工。

從地表向下鉆進：0.00～91.75米為第四紀(jì)晚更新世—全新世砂礫石，91.75～971.50米為三趾馬時代新近紀(jì)紅色砂礫石，971.50～980.30米為巨獸時代古近紀(jì)含火山巖（玄武巖）夾層的砂礫石。基巖向下鉆遇2層中元古代地層：980.30～1057.30米為下馬嶺組頁巖，1057.30～1158.06米為鐵嶺組白云巖。

孢粉組合分為下、上2段，反映由新近紀(jì)中新世（下段）半干旱性暖溫帶氣候（草本少）向上新世（上段）干旱性溫帶氣候（草本多）轉(zhuǎn)化的環(huán)境變化趨勢。下段埋深490.80～810.00米，為灰色、粉紅色頁巖，選取13塊樣品分析出櫟、胡桃、榆、樺木、鵝耳櫪、榛等屬，有許多水龍骨及個別的鳳尾蕨和紫萁的孢子，草本孢粉很少；呈現(xiàn)以柔荑花序樹木為主的落葉闊葉林。上段埋深91.75～490.80米，選取17塊棕紅色樣品分析，以蕨類的水龍骨屬（Polypodiodes）為主，另有溫帶落葉闊葉植物，如櫟、愷木、榛、鵝耳櫪、樺等花粉，還有灌木類型的杜鵑（Rhododendron）、鼠李（Rhamnus）、木犀科（Oleaceae），并出現(xiàn)草原類型的蒿屬（Artemisia）和其它菊科、禾本科及車前科（Plantaginaceae）花粉；呈森林草原環(huán)境，草原出現(xiàn)了。

北京站（京熱-5井）

北京火車站東南，地面海拔42.12米，鉆孔深度964.00米，水溫52.40℃。1971年4月15日～1971年8月27日施工。

從地表向下鉆進：0.00～122.85米為晚更新世—全新世砂礫石，122.85～689.07米為新近紀(jì)紅色砂礫石，689.07～783.75米為古近紀(jì)含玄武巖夾層的砂礫石?；鶐r向下鉆遇2層中元古代薊縣紀(jì)地層：783.75～827.64米為洪水莊組頁巖，827.64～964.00米為霧迷山組硅質(zhì)條帶白云巖。

中山公園（京熱-14井、京熱-20井）

中山公園西墻內(nèi)，地面海拔44.52米。1973年5月12日～1974年3月5日，在靠北的兒童游樂園開鑿了深2437.00米的京熱-14井，沒有成功。1975年6月21日～1976年3月5日，在相對靠南約百米的“來今雨軒飯莊”內(nèi)打成京熱-20井，深度2600.05米，水溫52.40℃。

從地表向下鉆進：0.00～78.00米為晚更新世—全新世砂礫石，78.00～1111.00米為新近紀(jì)紅色砂礫石，1111.00～1567.00米為古近紀(jì)含玄武巖夾層的砂礫石。基巖向下鉆遇3層：1567.00～2101.50米為白堊紀(jì)地層，2101.50～2456.00米為侏羅紀(jì)地層，2456.00～2600.50米為中元古代地層。

京熱-14孔孢粉組合分為埋深1150～1156米、1430～1437米、1520～1524米3段，總體以古近紀(jì)被子植物為主，裸子植物次之，蕨類植物甚少，呈亞熱帶氣候。具體分析，始新世未見草本植物，屬于喜暖稍濕氣候。漸新世以森林為優(yōu)勢種，夾有大量以具柔荑花序為主的落葉闊葉類，摻入少量亞熱帶常綠植物，雙子葉草本植物出現(xiàn)，呈現(xiàn)暖熱稍干氣候。

自然資源部（京熱-1井）

自然資源部院內(nèi)，地面海拔49.70米，鉆孔深度1045.18米。1970年4月11日～1971年4月3日施工。

從地表向下鉆進：0.00～62.61米為晚更新世-全新世砂礫石，62.61～1045.18米為新近紀(jì)紅色砂礫石。

北京城坐落在永定河沖洪積扇上

中軸線下的永定河沖洪積扇和北京凹陷

永定河沖洪積扇和北京凹陷

具有中軸線的北京城建在地理學(xué)的北京平原上，也就是地質(zhì)學(xué)的永定河沖洪積扇上。

永定河沖洪積扇再向下為深達1567.00米的北京凹陷（砂礫石深坑）。

中軸線向地下深62.61～122.58米，為永定河沖洪積扇的砂礫石，形成于距今22000年以來。再向下深至1111.00米為紅色黏土充填的砂礫石，是人類出現(xiàn)之前的三趾馬時期，從懷來盆地、延慶盆地經(jīng)永定河山峽搬運至北京凹陷的物質(zhì)。再向下深至1567.00米為灰綠色沉積物中夾有3～5層噴發(fā)的基性火山巖（玄武巖），天壇公園京熱-2孔（深971.50～980.30米）的玄武巖鉀氬法斷代為距今6452萬年前的古近紀(jì)。地質(zhì)學(xué)家利用中山公園的京熱-14孔建立了北京平原區(qū)古近紀(jì)前門組地層剖面、新近紀(jì)天壇組地層剖面?；鶐r向下劃分3層：1567.00～2101.50米為白堊紀(jì)地層，2101.50～2456.00米為侏羅紀(jì)地層，2456.00～2600.50米為中元古代儲水、儲熱地層。

中軸線的方位

關(guān)于元大都的規(guī)劃，元代《析津志》有一條確定中軸線方向的記載：“世皇建都之時，問于劉太保秉忠定大內(nèi)方向。秉忠以今麗正門外第三橋南一樹為向以對，上制可，遂封為獨樹將軍，賜以金牌”。記載了麗正門（現(xiàn)在的毛主席紀(jì)念堂附近）南第三橋南（現(xiàn)在的前門大街五牌樓附近）的一棵樹，不能形成“兩點確定一條直線”的數(shù)學(xué)原理。推測劉秉忠自北部神山（燕山）腳下的芹（秦）城泉與向南7千米的小湯山溫泉連為一線，再向南延伸到“獨樹將軍”，確立了元大都的中軸線。為了科學(xué)驗證客觀存在的“泉定北京中軸線”，我們進行了測量。

永定門-鐘樓的中軸線方位介于116°23′+（35.18176″～22.69320″）之間。具體測量，永定門：東經(jīng)116°23′35.18176″，北緯39°52′15.48609″；景山萬春亭：東經(jīng)116°23′26.9″，北緯39°55′29.1″；鐘樓：東經(jīng)116°23′22.69320″，北緯39°56′26.13099″。

作為直線定向用的標(biāo)準(zhǔn)方向有真子午線方向、坐標(biāo)縱線方向和磁子午線方向3種方法：真子午線是以英國的格林威治天文臺舊址起算的（零度經(jīng)線），稱為“本初子午線”，1884年6月26日國際經(jīng)度會議通過，是現(xiàn)代科學(xué)的產(chǎn)物；元大都可能參考了唐代僧一行測量的中國古代子午線。54坐標(biāo)縱線是1954年，蘇聯(lián)幫助中國建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，將蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)平差中國一等鎖，建立北京坐標(biāo)系，稱為“54坐標(biāo)系”，與元代中軸線的規(guī)劃沒有關(guān)系。磁子午線依據(jù)中國四大發(fā)明之一的羅盤確定，是重要的參考依據(jù)。

我們按照國際分幅1∶5萬地形圖的54坐標(biāo)縱線與真子午線和磁子午線的關(guān)系，制作了中軸線與真子午線、54坐標(biāo)縱線和磁子午線的關(guān)系圖。中軸線由真子午線逆時針偏轉(zhuǎn)2°24′、由54坐標(biāo)縱線逆時針偏轉(zhuǎn)2°00′、由磁子午線順時針偏轉(zhuǎn)3°39′。

按照真子午線與中軸線的夾角2°24′，中軸線方位向南177°36′、向北357°36′。

關(guān)于中國古代子午線的確定，在《周禮·考工記》里記載了“晝參諸日中之景（影），夜考之極星，以正朝夕”的辨方正位之法。唐代開元十二年(724年)，僧一行測量了中國古代子午線（古人利用日晷測日中之影確定），被英國人李約瑟寫進了《中國科學(xué)技術(shù)史》。需要指出的是中國古代子午線與現(xiàn)代英國格林威治天文臺舊址起算的本初子午線不是一回事，有誤差。

中國古代風(fēng)水學(xué)講究“分金坐度”。我們規(guī)定中國古代子午線與現(xiàn)代真子午線的誤差可以忽略不計，真子午線與中軸線的夾角2°24′，大體確認(rèn)中軸線方位屬于“子山午向、兼壬山丙向三分”，或者說，偏向壬丙方位三分。推斷中軸線為中國古代子午線北偏西三分。

所以，依據(jù)古代風(fēng)水學(xué)，鐘樓—永定門中軸線為“子山午向、兼壬山丙向三分”方位，即現(xiàn)代地理學(xué)的177°36′。如果將方位反過來（加上180°），永定門—鐘樓中軸線為357°36′，向北經(jīng)小湯山溫泉，到達與神山（屬于燕山）接壤的芹（秦）城泉。燕山山脈（北京段）稱軍都山，軍都陘通過居庸關(guān)，西接昆侖山，體現(xiàn)了“地脈接居庸而拔起”、“天下之山脈起于昆侖”的古代風(fēng)水學(xué)思想。

中軸線與真子午線、54坐標(biāo)縱線和磁子午線的關(guān)系

永定門的定點測量

景山萬春亭的定點測量

鐘樓的定點測量

小湯山溫泉遺址的定點測量

小湯山頂（九華兮秀）測量

中軸線向北延伸經(jīng)過小湯山溫泉和秦城泉

中軸線北延經(jīng)過小湯山（少祖山）溫泉和秦城泉，到達神山（祖山）。

中軸線北延經(jīng)過小湯山的定點測量:現(xiàn)在的小湯山醫(yī)院門診樓北側(cè)的小湯山溫泉遺址：116°23′04.13115″，40°10′40.81286″，繼續(xù)向北的小湯山頂：116°23′01.12629″，40°10′53.91445″。介于116°23′+（04.13115″～01.12629″）之間。

小湯山巖石為天然出露的距今15億年前的中元古代海洋沉積的霧迷山組硅質(zhì)條帶白云巖，高約10米的小山峰頂有近2米高的懸壁上鐫刻著“九華分秀”，并有印記“乾隆御筆”。東側(cè)山腳下有一處漢白玉的古建遺跡，是慈禧太后沐浴溫泉的浴池。

小湯山溫泉歷史悠久，元代《大元一統(tǒng)志》記載：“溫泉在昌平縣東南三十五里湯山腳下”。明代皇帝朱厚照詩曰：“滄海隆冬也異常，小池何自暖如湯？”提出了科學(xué)問題。清代，康熙五年（1666年）建東、西兩湯池；到乾隆新建行宮時，修浴室，并把龍王廟遷至湯山東麓，溫泉附近為行宮，前宮以北又拓地為后宮，帝后常來此沐??；自道光、咸豐以后，久未幸臨，日久荒蕪；經(jīng)光緒庚子兵火的拆毀，……宮室變?yōu)閺U墟，器物幾無一存，景象更是不堪入目。民國初年，袁世凱之子袁克定、總統(tǒng)徐世昌、交通總長曹汝霖等到小湯山稍事修葺，于前宮設(shè)旅館，后宮辟公園，小湯山面貌略有改觀。日本侵華后，溫泉勝地日趨衰敗。

1956～1958年，地質(zhì)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)局901隊提交了《北京市昌平區(qū)小湯山礦泉水文地質(zhì)勘測總結(jié)報告》。

小湯山醫(yī)院門診樓北側(cè)，清代康熙年間設(shè)置東、西兩個六角形的泉池。現(xiàn)代科學(xué)測量，泉口海拔高程各約37米，兩泉相距8.5米。1971年，東、西兩泉在夏季的日開采量為2000立方米，冬季因室內(nèi)采暖也用它，日開采量超過4000立方米。1975年開鑿了76.50米深的熱水井，壓力水頭高出地表9.35米，日溢出量1000立方米，為了增大水量，利用泵取，日出水量達2600～3000立方米。超采地下熱水，結(jié)果造成湯泉逐漸干涸。

1985年，北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)公司提交了《北京市小湯山地?zé)崽锏叵聼崴Y源評價勘察報告》，圈定20平方千米的熱田范圍，得出霧迷山組儲熱層年可采量284萬立方米，鐵嶺組儲熱層年可采量232萬立方米。1998年，北京市地質(zhì)工程勘察院提交《北京市小湯山地?zé)崽锏責(zé)豳Y源評價報告》，記錄了1996年10月3～17日，在湯熱-8（外貿(mào)干校）、湯熱-9（種禽公司）、湯熱-11（電信局）、湯熱-16（社會福利院）、湯熱-17（馬坊鴨場）、湯熱-28（水產(chǎn)養(yǎng)殖場）、湯熱-30（農(nóng)墾基地）、湯熱-32（農(nóng)墾基地）共8眼井的抽水試驗，共抽水162460立方米，得出必須控制開采地?zé)豳Y源的科學(xué)論斷。

水化學(xué)分析：泉水無色透明、微具硫化氫氣味，水溫22～50℃，以東、西兩泉最高，向周圍漸低。pH值一般在6.9～8.4，以7.5者居多，略偏堿性，礦化度0.303～0.471克/升。

中軸線繼續(xù)北延至秦城泉的定點測量:秦城村西的漢代小橋：116°23′07.29819″，40°14′08.75021″，位于燕山（神山）山脈與平原交線的秦城泉：116°23′28.48718″，40°14′36.72084″。介于116°23′+（07.29819″～28.48718″）之間。

“芹城”是古人對現(xiàn)在“秦城”的書寫。

北魏時期的酈道元在《水經(jīng)注》中記載：“芹城水，水出北山，南徑芹城……”。

隋代有“芹城”。元代《大元一統(tǒng)志》記載：“隋圖經(jīng)，昌平縣有芹城”。

元代《析津志輯佚》記載：“庚子年，象房廢。今養(yǎng)在芹城北處，有暖泉”。元至正十二年（1352年）重修顯靈王廟碑文記載：“昌平東一舍許有堡曰芹城泉村，……，有關(guān)王廟存焉”，記載了芹城象房主管達魯花赤火者集資捐款重修關(guān)帝廟。

明末清初的顧炎武在《昌平山水記》中記載：“芹城……有橋，橋下有水，出芹城北”。

清初李因篤著《芹城小志》。清光緒《昌平州志》載：“芹城水發(fā)源芹城村北神嶺下，……芹城橋在村西”。

民國時期，以“芹”字諧音“秦”改稱今名秦城。

現(xiàn)在村民口述：秦城村北為“大海粱山”，秦城泉為“秦城大?！薄Ｔ鷩@秦城大海建有前、后、東、西4座象房，專門為皇家馴養(yǎng)大象，現(xiàn)在仍有象房村。秦城泉有4～5個主泉眼，水面積達到2000多平方米，主泉眼處曾有一高約2米的白云石塔，塔在水中，以水淹沒塔身高度來觀察水位高低，現(xiàn)塔無存。

秦城村的漢代小橋

水文地質(zhì)學(xué)調(diào)查：20世紀(jì)60年代，泉水被向南引至7千米外的小湯山鎮(zhèn)，供居民飲用，無意中驗證了“泉定中軸線”。自20世紀(jì)70年代起，秦城泉水流量逐漸減少，至20世紀(jì)90年代逐漸斷流，2000年前后，完全干涸。1985～1987年，北京市地質(zhì)調(diào)查所進行1∶5萬比例尺的小湯山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，其中包括秦城泉區(qū)域。2021年，水文地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)幾場大雨過后，秦城泉口開始零星溢水。8月1日測量了流量，8月16～17日大雨過后（雨量站觀測降水量109毫米），至8月18日的降雨過程中，沉寂了22年的秦城泉開始噴涌了。

北京市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測所調(diào)查記錄：2021年8月1日秦城泉主泉口流量300升/秒。隨后每個月測量秦城泉（含周邊泉口）溢流量，9月2日，360升/秒；10月4日，575.5升/秒；11月5日，576.7升/秒，12月7日，543.0升/秒；2022年1月27日，348.0升/秒，2月17日，326.0升/秒。水溫14.5℃，pH值7.43，總硬度287毫克當(dāng)量/升，溶解性總固體324毫克/升，硫酸鹽50.3毫克/升，硝酸鹽氮5.46毫克/升，氨氮0.05毫克/升，氟化物0.098毫克/升，屬于HCO3-Ca·Mg型。

從燕山的神山到平原，依次經(jīng)過秦城泉、小湯山溫泉遺址、鐘樓、鼓樓、景山、永定門、南中軸路，東經(jīng)介于116°23′+（01.12629″～44.26688″）之間，位于一條羅盤方位177°36′的直線上，科學(xué)驗證了“泉定北京中軸線”的客觀存在，但還需文史資料的查證。