北京西山圣蓮山地質公園的巖溶地貌演化

呂金波，劉增利

(1.北京市地質調查研究院，北京 102206；2.北京市房山區圣蓮山風景區，北京 102461)

北京西山圣蓮山地質公園的巖溶地貌演化

呂金波1，劉增利2

(1.北京市地質調查研究院，北京 102206；2.北京市房山區圣蓮山風景區，北京 102461)

圣蓮山地質公園為房山北部大石河上游一個小型完整的巖溶盆地，地質構造屬于百花山向斜的南翼。造景巖石從下至上依次為，寒武紀張夏組鮞?；規r、炒米店組條帶狀石灰巖和奧陶紀石灰巖。造貌構造為，印支運動、燕山運動和新構造運動。印支運動的南北向擠壓形成響山背斜；燕山運動的北西－南東向擠壓形成神牛嶺和翠屏峰兩個方向的巖溶墻；新構造運動的8次抬升，形成穿洞（通風洞）、孤峰（蓮子峰）、腳洞（圣米石塘）、房山地貌（筆架山）、巖溶夷平面（晾馬臺）、北西向巖溶墻（翠屏峰）、北東向巖溶墻（神牛嶺）、溶洞（隱仙洞）巖溶地貌景觀。穿洞為北京西山最高的巖溶洞穴，孤峰為殘存的新近紀峰林地貌，圣米石塘為孤峰腳洞，筆架山為上新世石林與第四紀巖溶陡壁組合成的房山地貌，晾馬臺為中更新世形成的巖溶夷平面，翠屏峰和神牛嶺為晚更新世形成的巖溶墻，隱仙洞為全新世形成的巖溶洞穴。

新構造運動；北方巖溶地貌演化；巖溶墻；圣蓮山；北京西山

北京西山圣蓮山地質公園，位于大石河上游（圖1）。為巖溶地貌區，造景巖石為古生代寒武紀 奧陶紀海相沉積形成的石灰巖。印支運動形成了近東西向的響山背斜；燕山運動形成了北東向延伸的百花山向斜。隨著新構造運動的抬升，在百花山南坡先后形成了穿洞（通風洞）、孤峰（蓮子峰）、腳洞（圣米石塘）、房山筆架山等奇特巖溶景觀。

1 圣蓮山的造景巖石

圖1 圣蓮山區交通位置圖

圣蓮山地質公園的造景巖石，為古生代寒武紀和奧陶紀形成的石灰巖。由于圣蓮山處于百花山向斜的南翼，所以從南向北巖層由老到新依次為寒武系昌平組、饅頭組、張夏組和炒米店組，奧陶系冶里組、亮甲山組和馬家溝組。

昌平組主要是灰色厚層豹斑狀灰巖，饅頭組的巖石普遍呈紫紅色，張夏組發育鮞?；規r，炒米店組發育竹葉狀礫屑灰巖，冶里組發育泥質條帶和紋帶，亮甲山組以下部灰巖上部白云巖為特征，馬家溝組發育厚層狀灰巖[1]。

張夏組是美國地質學家Willis和Blackwelder（1907）在山東省長清縣張夏鎮附近建立的地層單位，以厚層鮞?；規r和藻灰巖為主夾鈣質頁巖為特征。該組地層分布在地質公園南部的柳林水一帶，分為下中上3層，下層泥質條帶灰巖，中層顆?；規r夾鈣質粉砂巖，上層巨厚層深灰色鮞?；規r。

炒米店組是美國地質學家Willis和Blackwelder（1907）在山東省長清縣崮山鎮炒米店村東北山脊上建立的地層單位，以中薄層竹葉狀灰巖為主、夾云斑疊層石藻礁灰巖為特征。在地質公園入口處，下部巖石普遍夾砂質條帶，中部為竹葉狀、上部為小竹葉狀灰巖，頂部為白云質灰巖。

冶里組為Grabau（1922）在唐山開平鎮冶里村建立，以厚層豹皮灰巖及灰色厚層泥紋灰巖為主。在地質公園佛椅山附近的三碰水之上，路邊即出露豹斑灰巖。

亮甲山組為葉良輔等（1919）在河北省撫寧縣石門寨亮甲山創名，為灰色厚層燧石結核灰巖、中厚層灰巖夾薄板狀灰巖及少量竹葉狀灰巖組成，分布在地質公園的翠屏峰附近。

馬家溝組為Grabau（1922）在唐山開平鎮馬家溝村建立，為灰色厚層灰巖夾白云巖、角礫狀灰巖、角礫狀白云巖的巖石組合。該組巖石分布在地質公園九蓮洞、圣水洞、圣米石塘、蓮子峰、筆架山、穿洞地區。

2 圣蓮山的造貌運動

從地貌形成的角度，將造貌運動代替構造上的后造山運動[2]。北京西山明顯的構造形變只發生在印支、燕山和新構造3個時期，3個時期的褶皺與斷裂的空間展布、組合方式、延伸方位及形成機制都存在一定的差異[3]。

（1）印支運動殘留的構造形跡 響山背斜

二疊紀－三疊紀雙泉組的雜色碎屑巖沉積以后，在南北向區域構造應力擠壓下，發生了印支運動，形成了一系列走向東西，橫剖面上背、向斜構造呈較典型的寬緩箱狀褶曲。蕎麥山背斜呈寬緩箱狀，規模較大，響山背斜是其中殘留的一部分（圖2）。

圖2 印支運動形成的響山背斜

響山背斜景點的巖石為寒武紀石灰巖，由于水平巖層受到地應力的擠壓，造成巖層向上彎曲，地質學上稱為背斜。響山背斜寬度100m，背斜軸近東西向，是華北地區恐龍剛剛出現時的構造運動 印支運動、南北向擠壓作用的結果。

（2）燕山運動形成的構造單元 百花山向斜

燕山運動最早由翁文灝在1926年的東京泛太平洋科學大會上提出，原意為北京西山侏羅紀末白堊紀初產生的不整合，火成巖活動和成礦作用[4]。長久以來，燕山運動成因問題一直是學者們爭論的焦點。北京的地質工作者，通過大量的野外填圖工作，圍繞基礎地質領域（地層、構造、火成巖等）進行解釋。近年來，許多學者相繼提出了板塊內部流變學特征的解釋，以及天體事件和板塊多向匯聚的復雜成因等。

燕山期褶皺是蓋層強烈變形的產物。它的褶皺規模大、延伸遠、褶皺較強烈，與斷裂構造密切相伴，空間上呈北東向斜排列等特征與印支褶皺相區別。按照發育順序、構造特征和方位等差異，可以劃分為早、中、晚3個時期的褶皺。

百花山向斜為燕山中期褶皺，為一略向南西緩傾伏、軸面向南東陡傾的斜歪箱狀向斜。向斜核部巖層較緩，由中生代侏羅紀髫髻山組構成；由核部到兩翼依次由三疊系、二疊系和石炭系砂頁巖、奧陶系石灰巖、寒武系條帶狀石灰巖和鮞狀灰巖構成。

圣蓮山地質公園發育在百花山向斜南翼的奧陶紀和寒武紀石灰巖中。

（3）新構造運動的8次抬升 不同海拔高程的巖溶地貌景觀

華北地區的地貌景觀主要由新構造運動形成。古近紀，華北為準平原化地貌，形成了最早的夷平面。新近紀，北京西山開始抬升，形成了寬谷地貌，圣蓮山的穿洞最先形成，接著形成孤峰，隨后形成腳洞（如：圣米石塘、圣水洞和九蓮洞等）。北京西山新近紀晚期形成了一片石林地貌，筆架山是這個時期形成的。進入第四紀，北京西山迅速抬升，形成了巖溶陡壁，筆架山就是新近紀石林與第四紀巖溶陡壁的組合形態，這一現象在房山地質公園表現得最為明顯，可以稱為房山地貌[5]。第四紀中更新世，北京西山相對穩定，形成了晾馬臺巖溶夷平面。晚更新世，北京西山抬升幅度加大，沿著燕山運動形成的北西和北東兩組節理構成了翠屏峰和神牛嶺巖溶墻景觀。進入全新世，隨著北京西山的抬升形成了最低一級的溶洞 隱仙洞。

3 圣蓮山地質公園的巖溶地貌形態（按照形成期次分類）

（1）穿洞（俗稱通風洞）

通風洞 景點的巖石，為奧陶系石灰巖。新近紀，圣蓮山地區的石灰巖長期處在地下河面附近，石灰巖的化學成分為CaCO3，侵蝕性CO2的作用下，河面附近的石灰巖被溶蝕，形成洞穴。新構造運動使得山體抬升，形成了北京西山最高的巖溶地貌 穿洞，海拔1050m（圖3）。

圖3 北京西山最高巖溶地貌——穿洞

（2）孤峰（蓮子峰）

蓮子峰 景點的巖石為奧陶紀石灰巖，化學成分為CaCO3。新近紀，氣候濕熱，在大氣降水中侵蝕性CO2的作用下，石灰巖被溶蝕，形成了 蓮子峰巖溶孤峰，海拔938m（圖4）。孤峰為新近紀兀立在圣蓮山巖溶盆地上的孤立石峰。

圖4 巖溶地貌——孤峰.

腳洞 圣米石塘 景點位于蓮子峰下，造景巖石為奧陶紀石灰巖，為孤峰的腳洞，海拔888m（圖5）。洞口向南，洞體沿著南北向裂隙發育，深10m，高7m。洞頂的南北向裂隙被 圣米 充填。 圣米 是石英巖經過流水的長距離搬運，形成磨圓分選較好的石英顆粒，形狀與大米相似，故曰 圣米 （圖6）。另外，處于同一海拔高程的圣水洞門口右上方生長著具有生物特征的石鐘乳（圖7），追著陽光向外生長，為趨光石鐘乳，這一現象在中國北方罕見。

圖5 巖溶洞穴頂部裂隙被石英砂充填（圣米石塘）

圖6 掉入洞中的石英顆粒（圣米）

圖7 圣水洞口右上方生物沉積的石鐘乳

（3）房山地貌 (筆架山)

筆架山 的巖石，為奧陶紀石灰巖。新近紀，圣蓮山地區為石林地貌。人類誕生后的第四紀，新構造運動使得山體迅速抬升，形成巖溶陡壁。石林與巖溶陡壁組合成房山地貌 筆架山[5]，海拔760m（圖8）。

圖8 新近紀石林與第四紀巖溶陡壁組合形態——房山地貌

（4）巖溶夷平面 (晾馬臺)

晾馬臺 景點的巖石，為寒武紀石灰巖。新構造運動使得山體時而抬升，時而穩定。中更新世，地殼相對穩定，形成了巖溶夷平面。隨后地殼繼續抬升，流水將巖溶夷平面周邊的巖石溶蝕，留下了平頂狀山峰 晾馬臺，海拔625.8m（圖9）。

圖9 中更新世巖溶夷平面（晾馬臺）

（5）巖溶墻（北西向翠屏峰、北東向神牛嶺）

翠屏山 景點的巖石，為奧陶紀石灰巖。燕山運動，形成了北東和北西向共軛的兩組裂隙。新近紀，新構造運動使得山體抬升，巖石經過溶蝕作用，沿著北西向裂隙垮落，形成了圣蓮山特有的巖溶墻景觀（北西向延伸的翠屏峰、北東向延伸的神牛嶺）。翠屏峰巖溶墻寬2～10m，海拔600m（圖10），神牛嶺巖溶墻寬5m，海拔500m（圖11）。

圖10 沿著北西向裂隙形成的巖溶墻（翠屏峰）

圖11 沿著北東向裂隙形成的巖溶墻（神牛嶺）

（6）巖溶洞穴（隱仙洞）

隱仙洞 景點的巖石，為寒武紀石灰巖，是一個沿著270 裂隙形成的溶洞。洞體深30m，高20m，寬10m。海拔470m，是圣蓮山最低的巖溶地貌，形成于全新世（圖12）。

圖12 全新世形成的巖溶洞穴（隱仙洞）

4 區域地貌對比

圣蓮山地質公園為百花山南坡形成的巖溶盆地，新近紀以來，先后形成了穿洞（通風洞）、孤峰（蓮子峰）、腳洞（圣米石塘）、房山地貌（筆架山）、巖溶夷平面（晾馬臺）、北西向巖溶墻（翠屏峰）、北東向巖溶墻（神牛嶺）、溶洞（隱仙洞）8個不同海拔高程的巖溶地貌景觀，可以和同為大石河流域的石花洞多層溶洞進行對比，也可以和同在北京西山的永定河階地對比，甚至可以和整個華北山區的地文期對比，從不同的角度說明了北京西山的8次隆升。

（1）圣蓮山與同為大石河流域的石花洞對比

圣蓮山地質公園位于大石河上游北岸，新近紀以來，形成了8個不同海拔高程的巖溶地貌。

石花洞位于大石河下游南岸，新近紀以來，在大房山北坡，北嶺向斜北翼的奧陶紀石灰巖中發育了不同海拔高程的8層溶洞（圖13）[5]。

圣蓮山8個不同海拔高程的巖溶地貌與石花洞的8層溶洞共同說明了大石河流域新構造運動的8次抬升。

（2）圣蓮山與永定河級階地對比

圖13 石花洞8層溶洞與地層的關系

圣蓮山地質公園位于北京西山南部的大石河流域，新近紀以來，形成了8個不同海拔高程的巖溶地貌。

永定河位于北京西山北部的門頭溝區，從官廳大壩到石景山稱為永定河山峽。地質構造控制了永定河的流向，永定河依次流經幽州背斜核部、沿河城斷裂、青白口穹隆張裂隙、橫跨髫髻山向斜、在石古巖至軍莊形成深切河曲、從軍莊沿著永定河斷裂流向北京平原。是貫穿北京西山的唯一河流，從新近紀－第四紀全新世共發育8級階地（表1）[6]。

（3）圣蓮山與華北地文期對比

表1 圣蓮山與華北地文期和永定河階地之間的對比

根據Davis地形侵蝕循環理論[7]，在同一個構造活動區域內各地點的地文期是可以對比的，多層溶洞發育歷史與山區地文期發育各階段之間有著密切的對應關系[8]。所以圣蓮山不但可以和石花洞洞層、永定河階地進行對比，還可以同華北地文期進行對比，共同反映華北山體的隆升過程。

1904年Willis B.開創了華北地文期研究的先河，將華北地文期分為北臺期、唐縣期、忻州期和汾河期[9]。1919年Johan Gunnar Andersson重分為唐縣期、汾河期、馬蘭期和板橋期。1926年王竹泉重分為呂梁期、唐縣期、忻州期、汾河期和黃河期[10]。1929年G.B.Barbour分為北臺期、唐縣期、汾河期、三門期、清水期、馬蘭期、板橋期和近代期等8個地文期[11]。袁寶印分為唐縣期、汾河期、泥河灣期、湟水期、周口店期、清水期、馬蘭期、板橋期等8個地文期。

地文期是區域地貌演化中對性質不同地貌過程的階段性劃分，G.B.Barbour認為兩個侵蝕期之間被一個堆積期分隔開[11]。北臺期，屬華北地殼穩定期，以五臺山的北臺夷平面為代表，整個華北為準平原，這種夷平作用發生在古近紀，現在北京西山的深切河曲即為北臺期夷平面的形態。唐縣期，屬華北地殼穩定期，以河北省唐縣夷平面為代表，發生在新近紀的中新世，在華北的河谷中表現為最高的階地 寬谷地貌，在巖溶分布區表現為最高的溶洞 穿洞（通風洞）。汾河期，屬華北地殼抬升期，形成了穿洞與腳洞之間的高差。泥河灣期，屬華北地殼穩定期，形成腳洞（圣米石塘）。湟水期，屬華北地殼抬升期，形成房山地貌（筆架山）。周口店期，屬華北地殼穩定期，形成巖溶夷平面（晾馬臺）。清水期，屬華北地殼抬升期，形成北西向巖溶墻（翠屏峰）。馬蘭期，屬華北地殼穩定期，形成北東向巖溶墻（神牛嶺）。板橋期，屬華北地殼抬升期，形成最低的巖溶洞穴（隱仙洞）。

5 結語

圣蓮山地質公園，為大石河上游、百花山向斜南翼古生代地層中發育的小型巖溶盆地。造景巖石為寒武紀張夏組鮞粒灰巖、炒米店組竹葉狀灰巖，奧陶紀冶里組豹皮灰巖、亮甲山組燧石結核灰巖和馬家溝組厚層灰巖。公園入口處為炒米店組，佛椅山附近的三碰水之上為冶里組，翠屏峰巖溶墻為亮甲山組，筆架山、九蓮洞、圣水洞、圣米石塘、蓮子峰、穿洞所在范圍內的巖石均為馬家溝組。

圣蓮山的造貌構造有印支運動南北向擠壓殘留的構造形跡 響山背斜，燕山運動北西 南東向擠壓形成的北東向百花山向斜，新構造運動差異性抬升形成的穿洞（通風洞）、孤峰（蓮子峰）、腳洞（圣米石塘）、房山地貌（筆架山）、巖溶夷平面（晾馬臺）、北西向巖溶墻（翠屏峰）、北東向巖溶墻（神牛嶺）、溶洞（隱仙洞）8個不同海拔高程的巖溶地貌景觀。

穿洞為北京西山最早的巖溶地貌，蓮子峰和腳洞（包括圣米石塘、圣水洞和九蓮洞）為新近紀 第四紀初殘留的峰林地貌，筆架山為石林與巖溶陡壁組合成的房山地貌，晾馬臺為中更新世形成的巖溶夷平面，翠屏峰和神牛嶺為晚更新世形成的巖溶墻，隱仙洞為全新世形成的溶洞。

[1]北京市地質礦產局，北京市巖石地層[M].北京：中國地質大學出版社，1996；53～75.

[2]地球科學大辭典《基礎學科卷》編輯委員會.地球科學大辭典[M].北京：地質出版社，2006；262.

[3]北京市地質礦產局，北京市區域地質志[M].北京：地質出版社，1991，442.

[4]Wong W.H. Crustal movement and igneous activities in eastern China since Mesozoic time[J].Bull. Geol. Soc. China，1927，6（1）.

[5]呂金波等.北京西山巖溶洞系的形成及其與新構造運動的關系[J].地質通報. 2010，29（4）：502～509.

[6]呂金波，李鐵英，孫永華，車用太.北京石花洞的巖溶地質特征[J].中國區域地質. 1999，18（4）：373～378.

[7]Davis, W.M.，The cycle of erosion and summit level of the Alps. Journal of Geology,1923,31:1～41.

[8]李容泉，邱維理.地文期與地文期研究[J].第四紀研究. 2005，25（6）：676～685.

[9]Willis, B.，Blacweller E.,Sargent R.H. Research in China[M].Washington D.C: The Camegie Institution of Washington,1907:236～264.

[10]王竹泉.華北地文期沿革之重檢討[J].地質論評. 1937，2：357～360.

[11]G.B. Barbour. Physigraphyic history of the Yangze [J]. Geol.Mem.Ser.A,1935,(14):1～112.

Evolvement of Karst Landform in Shenglianshan Geopark in Western-Hill, Beijing

Lü Jinbo1LIU Zengli2
(1.Beijing Geological Survey, Beijing 102206; 2.Shenglianshan Beauty Spot in Fangshan District, Beijing 102461)

There is a small-scale karst basin in Dashi upriver in north of Fangshan District, Beijing. Shenglianshan Geopark is located at Fangshan Global Geopark; to geological structure, it is situated at the south of Baihuashan syncline. From the bottom up, the sedimentary rocks are oolitic limestone of Cambrian Zhangxia Fm, stripe limestone of Cambrian Chaomidian Fm and limestone of Ordovician. In the geological history, three staged movements of Indosinian Movement, Yanshanian Movement and Neotectonic Movement have formed the beautiful landscapes in the geopark. The Xiangshan anticline was formed by the convergence from Indosinian Movement. The karst dykes along two direction of Shenniu and Cuiping Mts were shaped by the convergence from Yanshanian Movement. There were 8 stages of land uplifting movement during Neotectonic Movement in this area, which formed the Light Through Cave, Isolated Peak, foot cave, peak cluster, karst planation surface, karst dyke and karst cave. The Light Through Cave is the topmost karst cave in Western Hills. Isolated Peak is the remains of peak forest of Neogene Period. Shengmishi Pool is a foot cave of Isolated Peak. Bijia Shan belong to combined landform of Pliocene stone forest and Quaternary karst dyke. Liangma Platform is karst planation surface formed in middle Pleistocene Epoch. Cuiping Peak and Shengniu Mt are karst walls formed in later Pleistocene Epoch. Yinxian Cave is a karst cave formed in Holocene Epoch.

Neotectonic Movement; Evolvement of karst landform in North China; Karst dyke; Western-Hill, Beijing

S759.93

A

1007-1903(2011)03-0022-06

中國地質調查局20001300005031號項目資助

呂金波（1956-），男，博士，教授級高工，從事北京地質研究。E-mail：ljb5610@sohu.com