北京湾与中轴线：自然文化魅力的完美融合

【 作者：吕金波 】

北京作为中国的首都，具有独特的自然文化特征。

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”。

北京湾和中轴线

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。

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？

首都北京城的演变

《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”。

大兴隆起岩芯（天宫院深-130～-140米）见三叶虫化石

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。

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。

小汤山温泉的成因

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”。

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。

地下深处（-522米和-711米）的火山岩

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。

【作者简介：吕金波博士】

吕金波，博士，教授级高级工程师，北京市地质调查研究院副总工程师。主要从事北京地区的地质调查工作，完成1∶5区域地质图在北京地区的全覆盖，建立北京平原区地质剖面。主持的《1∶25万北京市幅》和《1∶5万大兴幅》分别获中国地质调查局优秀图幅奖。发表论文80余篇。通过测量永定河8级阶地和石花洞8层溶洞，提出北京西山8次抬升说；通过对石花洞各类石笋测量，建立了石笋第四纪剖面，进而分析了古气候；通过实施《中国房山世界地质公园地质作用与演化对古人类文化产生的影响研究》，研究了周口店北京人遗址；通过实施《中轴线与北京湾：东方理想都城秩序的地理时空大背景》，研究了北京中轴线的地质地理背景。

研究《水经注》中有关北京地理的科学思想，提出永定河沟通了中国古今首都；调查粤北丹霞地貌，提出《拓展丹霞地貌的研究范围》；发表《张家界砂岩地貌成因分析》，编写青少年科学考察实践丛书《神农架国家公园研学手册》；正在编写《远古北京—时空隧道里的故事》、《中国区域地质志—北京志》。

本文首发于《化石》杂志2021年第2期
编辑：云飞

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