北京西山大石窩—白帶山地區(qū)石門背斜構(gòu)造特征與地質(zhì)文化

呂金波　孫永華　李勇　李良景　韋京蓮　牛立東　王澤龍

摘 要：以北京西山大石窩鎮(zhèn)石門巖體為核部，地層分別向南、北兩翼傾斜，形成大石窩—白帶山地區(qū)的石門背斜。地層從核部向兩翼依次出露薊縣系高于莊組、楊莊組和霧迷山組。白堊紀石門巖體的熱力變質(zhì)作用使得霧迷山組一段地層大理巖化。在背斜南翼的辛莊、大石窩、獨樹村北形成螺絲轉(zhuǎn)、青石、青白、艾葉青和白石大理巖，在下營村西形成紋層狀（磚渣）大理巖，成為云居寺刻經(jīng)石材的主要產(chǎn)地；大石窩村西北王八坑的青石類石材和高莊村西白玉塘的漢白玉大理巖，成為故宮石材的產(chǎn)地。在背斜北翼形成白帶山，霧迷山組頂部由西向東形成云居寺石經(jīng)山藏經(jīng)洞、上方山云水洞和埋藏古人類化石的田園洞3個巖溶洞穴。

關(guān)鍵詞：大石窩石材；巖溶洞穴；石門背斜；地質(zhì)文化；北京；西山

Structural characteristics and geological culture of Shimen Anticline from Dashiwo Village to Baidai Hill in Western Hills， Beijing

L? Jinbo1， Sun Yonghua1， Li Yong2， Li Liangjing3， Wei Jinglian3， Niu Lidong1， Wang Zelong1

（1.Beijing Geological Survey， Beijing 102206， China；

2.Beijing Institute of Geology， Beijing 100195，China；

3.Beijing Institute of Geological Hazard Prevention， Beijing 100120， China）

Abstract： Shimen Anticline layers extend from Dashiwo Village to Baidai Hill. They are made up of Gaoyuzhuang Fm Yangzhuang Fm and Wumishan Fm with the core around Shimen Granitic Pluton. The Wumishan Fm was marbleized due to the thermal effect of Shimen Magma intrusions in the Cretaceous Period. The metamorphic grade becomes deeper and deeper from south to north in the southern limb of the anticline. Accordingly， bluestone and white marble was formed. The mountain with white layers was formed around Baidai Hill of the north limb of the anticline. There are 3 karst caves： Shijingshan Sutra Cave in Yunju Temple， Yunshui Cave in Shangfang Hill and Tianyuan Man Cave from the west to the east of Baidai Hills.

Keywords： Dashiwo Stones; karst caves; Shimen Anticline; geological culture; Beijing; Western Hills

北京西山屬于太行山（劉嘉麒，2021）。北京西山南部的北嶺向斜構(gòu)造，因其東北端有石花洞、東南端有周口店北京人遺址而著名，多位學者進行了相關(guān)研究（劉東生等，1997；吳汝康等，1985；裴文中等，1985；譚應(yīng)佳等，1987）。關(guān)于北嶺向斜西南方向的石門背斜構(gòu)造的研究，公開發(fā)表的文獻相對較少，而石門背斜對于北京地區(qū)及其附近的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)文化具有重要研究意義。

多年來，石門背斜地質(zhì)構(gòu)造的調(diào)查與研究取得多項成果。1996年查明大理巖礦位于石門短軸背斜的南翼（呂金波，1996）；2000年的1∶50 000長溝幅（J50E003008）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，實測了石門背斜南翼含有大理巖礦的廣祿莊南—塔照山地層剖面，調(diào)查了石門背斜北翼藏經(jīng)洞、云水洞和田園洞所在的白帶山（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2006）；2017年，房山世界地質(zhì)公園云居寺石經(jīng)文化與地質(zhì)的淵源及關(guān)聯(lián)研究（中國房山世界地質(zhì)公園，2017），證實了石門背斜南翼的霧迷山組一段地層產(chǎn)云居寺刻經(jīng)用的石材，包括紋層狀（磚渣）、青石、青白石、艾葉青和白石大理巖石材，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)大石窩村西北的王八坑有明永樂十八年殘存的石碑，認為紫禁城及皇家園林使用了疊層石（螺絲轉(zhuǎn)）、紋層狀（磚渣）、青石、青白石、艾葉青、白石和漢白玉大理巖石材。本文依托1∶50 000長溝幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和房山世界地質(zhì)公園云居寺石經(jīng)文化與地質(zhì)的淵源及關(guān)聯(lián)研究項目，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、人文調(diào)查資料，從地層、構(gòu)造、巖體、巖礦鑒定等方面論述了石門背斜的區(qū)域地質(zhì)特征及其地質(zhì)文化。

1? 石門背斜的區(qū)域地質(zhì)特征

北京西山的房山巖體西南為北嶺向斜，再向西南為石門背斜。石門背斜南翼的磨碑寺北蝎子山、下營產(chǎn)云居寺刻經(jīng)用石材，大石窩村產(chǎn)青石類石材，高莊村西產(chǎn)漢白玉大理巖石材。石門背斜北翼為白帶山。白堊紀石門巖體侵入中元古代地層，形成石門背斜（圖1）。下面分為霧迷山組、石門巖體、石門背斜3方面，討論石門背斜的區(qū)域地質(zhì)特征。

1—地層界線；2—平行不整合；3—角度不整合；4—石門巖體影響范圍；5—花崗巖體邊界；6—全新統(tǒng)；7—更新統(tǒng)；8—侏羅系；9— 石炭—二疊—三疊系；10— 寒武—奧陶系；11—薊縣系下馬嶺組；12—薊縣系鐵嶺組；13—薊縣系洪水莊組；14—薊縣系霧迷山組；15—薊縣系楊莊組；16—薊縣系高于莊組；17—向斜；18—背斜；19—溶洞；20—地名。

1.1? 霧迷山組

1931年，北京大學的學生高振西、熊永先、高平編寫實習報告《河北省薊縣東陵及興隆縣一帶地質(zhì)調(diào)查報告》。1934年，在翁文灝博士的指導(dǎo)下發(fā)表論文，創(chuàng)名霧迷山組（高振西等，1934）。

石門背斜區(qū)域上位于華北板塊中部，屬中朝地層大區(qū)，華北地層區(qū)（中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，2012）。地層以石門村為中心，向南北兩翼由老到新依次為薊縣系高于莊組（Jxg）、楊莊組（Jxy）和霧迷山組（Jxw）（圖1）（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2006）。大理巖石材產(chǎn)自霧迷山組一段（Jxw1）地層。

2000年，我們在大石窩西部的廣祿莊南—塔照山實測地層剖面，第1層為高于莊組白色中薄層白云石大理巖（Jxg），第2～16層為楊莊組石英砂巖（Jxy），第17～59層為霧迷山組一段（Jxw1）地層（圖2）（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2006）。

霧迷山組一段（Jxw1）：底部（17～20層）含石英砂巖；下部（21～30層）為漢白玉大理巖；中部（31～46層）為白石、艾葉青、青白大理巖；上部大理巖化較弱（47～59層），為青石、螺絲轉(zhuǎn)大理巖。

1.2? 石門巖體

通過1∶5萬長溝幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2006），圈定了出露面積0.50 km2的石門巖體，測出K-Ar法年齡為（114.98±1.87） Ma B. P. 。巖體位于石門背斜的核部（圖1），侵入于薊縣系高于莊組（Jxg）、楊莊組（Jxy）和霧迷山組（Jxw）中。

巖礦鑒定：巖體呈灰白色、塊狀構(gòu)造，未見變形構(gòu)造，節(jié)理不發(fā)育，未見包體及巖脈，屬中細?；◢徑Y(jié)構(gòu)。其中石英：他形粒狀，粒徑0.20～2.00 mm，含量30%；鈉長石：半自形粒狀，粒徑1.50～3.00 mm，含量30%；正長石：半自形粒狀，粒徑0.20～2.00 mm，含量30%；黑云母：片狀，粒徑 0.20～2.00 mm，含量10%。副礦物有磷灰石、磁鐵礦等。定名：灰白色中細粒黑云母花崗巖。

1.3? 石門背斜

白堊紀，石門巖漿侵入高于莊組、楊莊組和霧迷山組中，形成向上拱起的石門背斜。使石門巖體周邊的地層產(chǎn)狀向外傾斜，傾角變化范圍15～45°，形成面積約60 km2的大石窩—白帶山的石門背斜區(qū)域（圖1）。

在石門背斜南翼辛莊、大石窩、下營、獨樹村北、高莊的霧迷山組一段地層普遍大理巖化，顏色由原來的灰色向白色過渡，形成皇家園林使用的石材。在石門背斜北翼的霧迷山組普遍大理巖化，形成白帶山；在霧迷山組頂部由西向東順著地層走向依次發(fā)育云居寺石經(jīng)山藏經(jīng)洞、上方山云水洞和田園林場的田園洞3個巖溶洞穴。

2? 地質(zhì)文化

從石門背斜南翼的霧迷山組一段大理巖、石門背斜北翼白帶山的巖溶洞穴2方面討論與之相應(yīng)的地質(zhì)文化。

2.1? 石門背斜南翼的霧迷山組一段大理巖

石門背斜南翼的霧迷山組一段大理巖最早記錄在《水經(jīng)注》卷十二篇（圣水）中，我們對大理巖進行了巖礦鑒定，找到了故宮石材取自大石窩的直接證據(jù)。

2.1.1? 《水經(jīng)注》中記錄的玉石山

1 500多年前的《水經(jīng)注》卷十二篇（圣水）描述了玉石山：“圣水又東逕玉石山，謂之玉石口，山多珉玉、燕石，故以玉石名之”，文中的“圣水”指大石河，“玉石山”指大石窩的蝎子山。接著描述了獨樹水：“西則獨樹水注之，水出逎縣北山，東入渚”；羅炤（2016）認為“逎縣”即今河北省淶水縣，“逎縣北山”即今云居寺北的水頭村山體，“獨樹”是大石窩—白帶山地區(qū)最早的村落，后來由于刻經(jīng)需要，在獨樹村西側(cè)建立磨碑寺，形成巖上村，這一觀點有巖上村發(fā)掘出的東漢時期磚室墓佐證。

2.1.2? 巖礦鑒定

大理巖為霧迷山組一段巖石經(jīng)過石門巖體的熱力變質(zhì)作用形成。共取6塊大理巖標本進行巖礦鑒定，其中下營村西1塊，其余5塊均取自磨碑寺北約500 m處的蝎子山剖面。

下營村西大理巖的巖礦鑒定：紋層狀（磚渣）大理巖，學名碳質(zhì)條痕細粒白云石大理巖。白云石，無色，正高突起，閃突起明顯，高級白干涉色，發(fā)育2組解理，見聚片雙晶；晶體形態(tài)為他形粒狀變晶，晶體粒度0.05～0.15 mm；含量99%。碳質(zhì)條痕：不透明，粒度0.01 mm，呈條痕狀平行分布于白云石晶粒之間。白云石晶體粒度有條帶狀趨勢，碳質(zhì)較多處白云石粒度較細，碳質(zhì)少或無碳質(zhì)處白云石晶體粒度較粗。細粒變晶結(jié)構(gòu)；變余紋層構(gòu)造，變余條痕構(gòu)造。

蝎子山剖面由上至下分為疊層石（螺絲轉(zhuǎn)）大理巖、硅質(zhì)條帶白云巖、青白石大理巖、艾葉青大理巖、白石大理巖5層（圖3）。圖中：1）疊層石（螺絲轉(zhuǎn)）大理巖，學名含白云母細粒白云石大理巖。白云石，無色，正高突起，閃突起明顯，高級白干涉色，發(fā)育2組解理，見聚片雙晶；晶體形態(tài)為他形粒狀變晶，晶體粒度0.05～0.30 mm；含量98%左右。白云母，片狀，0.15～0.80 mm，發(fā)育一組極完全解理平行于長軸，近平行消光，干涉色為紅色；含量2%左右。細粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，未見變余構(gòu)造。2）硅質(zhì)條帶白云巖。呈較均勻的灰色，硅質(zhì)條帶較多，多呈淺棕黃色；總厚度約8 m，難以用作石材。3）青白石大理巖，學名細粒白云石大理巖。白云石，無色，正高突起，閃突起明顯，高級白干涉色，發(fā)育2組解理，見聚片雙晶；晶體形態(tài)他形粒狀變晶，晶體粒度0.20～0.40 mm；含量100%。細粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。4）艾葉青大理巖，學名碳質(zhì)條帶細粒白云石大理巖。白云石，無色，正高突起，閃突起明顯，高級白干涉色，發(fā)育2組解理，見聚片雙晶；晶體形態(tài)為他形粒狀變晶，晶體粒度0.10～0.50 mm；含量95%～97%。碳質(zhì)呈微細粒浸染狀，不透明，單顆粒約0.01 mm，呈條狀分布，含量3%～4%。金云母，片狀，褐色，0.10～0.30 mm，綠泥石化含量約1%；細粒變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造。浸染狀碳質(zhì)顆粒呈條帶狀分布，與碳質(zhì)顆粒共生的白云石粒度較細，為0.02～0.10 mm；無碳質(zhì)顆粒部分，白云石晶體粒度較粗，為0.10～0.50 mm。5）白石大理巖，學名細粒白云石大理巖。白云石，無色，正高突起，閃突起明顯，高級白干涉色，發(fā)育2組解理，見聚片雙晶；晶體形態(tài)為他形粒狀變晶，晶體粒度0.10～0.30 mm；含量100%。細粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

2.1.3? 故宮石材取自大石窩的直接證據(jù)

故宮所用石料主要來自大石窩村西北的采坑（俗稱王八坑），有2017年9月8日筆者找到的一塊建造故宮時丟棄的石碑為證（圖4），碑上刻有“永樂十八年十二月廿十三日”（1420年）字跡（位于野外地質(zhì)記錄簿左下），野外地質(zhì)記錄簿的左側(cè)為三大殿樣式，右側(cè)為監(jiān)管采石的官員形象。

2.2? 石門背斜北翼白帶山的巖溶洞穴

白帶山巖溶洞穴位于霧迷山組地層的頂部，沿著地層走向由西向東依次分布云居寺石經(jīng)山的藏經(jīng)洞、上方山的云水洞和埋藏古人類化石的田園洞。

1）云居寺石經(jīng)山的藏經(jīng)洞

云居寺石經(jīng)山的藏經(jīng)洞有9個洞窟（上部7個、下部2個）珍藏隋唐時代的刻經(jīng)石板4 196塊（楊亦武，2012），矗立在石經(jīng)山頂?shù)慕鹣晒鳎ㄌ泼骰实陌嗣茫┧C實石經(jīng)山的藏經(jīng)洞是皇家工程，編號第5洞窟的雷音洞是最早藏經(jīng)的洞穴。據(jù)調(diào)查得知，刻經(jīng)石材主要為紋層狀（磚渣）大理巖，取自下營村西的礦坑中。

2）上方山的云水洞

云水洞洞口海拔530 m，洞穴的斜距為631.90 m，平距為613.55 m。由南向北分為7個串珠狀的洞廳。最早調(diào)查云水洞的是平漢鐵路總工程師法國人蒲意雅，他于1901—1912年調(diào)查并繪制了洞穴平面圖和剖面圖（Bouillard，1924），隨后許多學者進行了調(diào)查（尹贊勛，1937；方開鴻，1964；葉俊林等，1982；譚應(yīng)佳等，1987）（圖5）。

云水洞形成于新近紀上新世，相當于華北地文期的唐縣期。入洞廊道發(fā)現(xiàn)哺乳動物化石，14C測年距今18.540±0.250 ka（黃萬波等，1984），恰好與山頂洞人時期（18.340±0.410）ka相當（黎興國等，1985）。洞內(nèi)石筍粗獷，其中塔倒三截石筍斷面從心到邊的鈾系年齡依次為：（330-80）ka（呂金波，2021）、（319.49+52.18 -39.95）ka、（298.92+33.37 -27.26）ka、（287.50+27.27 -21.59）ka（趙樹森等，1990），與周口店北京人時期相當，粗獷石筍證實猿人生活在濕熱環(huán)境（呂金波，2021）。

3）埋藏古人類化石的田園洞

北京西山南部房山區(qū)田園林場的田園洞埋藏了4萬年前的古人類化石，為最早穿鞋的古人類化石。通過0.03%的古人類全基因組數(shù)據(jù)從富含細菌和真菌DNA污染的古人類DNA樣品中捕獲出來并測序，證實與南美洲亞馬遜古人類的基因接近（Yang et al.，2017）。

3? 結(jié)論

1）石門背斜位于北京西山南部的房山區(qū)大石窩鎮(zhèn)大石窩北部。背斜核部的石門巖體出露面積僅0.50 km2，K-Ar法年齡為（114.98±1.87） Ma B. P. 。白堊紀的石門巖漿侵入到薊縣系高于莊組（Jxg）、楊莊組（Jxy）和霧迷山組（Jxw）中，形成石門背斜。背斜南翼的霧迷山組一段地層產(chǎn)大理巖，背斜北翼白帶山的霧迷山組頂部地層由西向東依次發(fā)育云居寺石經(jīng)山的藏經(jīng)洞、上方山的云水洞和田園林場的田園洞3個巖溶洞穴。

2）石門背斜南翼的霧迷山組一段地層，中上部變質(zhì)程度淺，產(chǎn)疊層石（螺絲轉(zhuǎn)）、紋層狀（磚渣）、青石、青白石、艾葉青和白石大理巖；下部變質(zhì)程度深，在高莊村西的白玉塘產(chǎn)漢白玉大理巖。

3）云居寺石經(jīng)山藏經(jīng)洞共有9個洞窟，目前僅開放第5洞窟——雷音洞，刻經(jīng)石材取自下營村西的紋層狀（磚渣）大理巖。

4）故宮（紫禁城）所用石材主要來自大石窩村西北采坑（俗稱王八坑），有一塊建造故宮時丟棄的石碑為證，碑上刻有“永樂十八年十二月廿十三日”字跡，相當于公元1420年。

5）石門背斜區(qū)域孕育了豐富的地質(zhì)文化。其中：紋層狀（磚渣）、青石、青白石、艾葉青和白石大理巖雕刻了云居寺石經(jīng)；疊層石（螺絲轉(zhuǎn)）、紋層狀（磚渣）、青石、青白石、艾葉青、白石和漢白玉大理巖建造了紫禁城及皇家園林；上方山云水洞有遼代摩崖佛像；田園林場的田園洞埋藏了4萬年前的古人類化石，是最早穿鞋的人，與南美洲亞馬遜古人類的基因接近。

參考文獻

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收稿日期：2023-06-05；修回日期：2023-08-11

基金項目：北京西山1∶5萬長溝幅（J50E003008）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目（20001300005021）資助

第一作者簡介：呂金波（1956- ），男，博士，教授級高級工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查。E-mail：ljb5610@sohu.com

引用格式：呂金波，孫永華，李勇，李良景，韋京蓮，牛立東，王澤龍，2023.北京西山大石窩—白帶山地區(qū)石門背斜構(gòu)造特征與地質(zhì)文化［J］.城市地質(zhì)，18（4）：119-126