北京沧海桑田系列虎峪站昌平虎峪，有多少你不知道的地质现象

　　昌平虎峪，有多少你还不知道的地质现象？
　　虎峪属国家2A级旅游风景区，位于昌平西北八达岭高速路北侧，集自然与人文景观于一体，大小景点多达三十余处。如明代《昌平州志》列为燕平八景之一的虎峪辉金，描写了虎峪村南的小金山反射出的金色光辉（图1，2），虎峪晴岚则为居庸八景之一；
　　图1虎峪风景区的大门虎峪辉金的联想（京津冀消息通，2022）
　　图2虎峪辉金（春雷摄，2016）
　　而所谓的羊尾巴湖则是奔泻的瀑布，在冬季被冻为冰瀑，像极了洁白如玉的绵羊尾巴（图3）。
　　图3虎峪冰雪瀑与攀冰活动（京津冀消息通）（2022）
　　1虎峪名称的由来
　　古时候，昌平多虎，因此，留下了大量以虎命名的地名。十三陵盆地西北的虎峪山，自东向西又可分为卧虎山、小虎峪山（虎峪沟东）和大虎峪山。虎峪山下的山沟叫虎峪沟，而虎峪沟内的虎峪口，是明代居庸关东路的重要隘口。虎峪沟内的虎眼泉是虎峪沟的主要水源，而虎眼泉又是汇入白浮瓮山河（图4，白浮为昌平白浮泉，瓮山为颐和园万寿山）的众多泉水之一。
　　图4白浮瓮山河的流经线路（阙维民，2020）
　　南口虎峪村坐落在虎峪山下。源源不断的虎眼泉水把虎峪山冲成了沟谷，冲成了沟壑，又在山前冲积了平原，并形成了现在的虎峪、红泥沟、雪山等地的地形地貌。元代监察御史周伯琦将这里的地形概括为苍龙左蟠拿，白虎右踞蹲。
　　唐代狄仁杰审虎的故事曾在昌平广为流传，并载入了清代《昌平州志》。话说狄仁杰任昌平县令的时候，辖区内有一对母子相依为命。有一天，儿子入山砍樵不幸命丧虎口，老婆婆痛失爱子，便击鼓鸣冤，向狄仁杰控诉老虎的罪行。狄仁杰传檄山神，约定日期驱逐老虎。到了期限，狄仁杰要求群虎为老婆婆养老送终，方可免于一死。群虎许下诺言，每天按时给老婆婆送上獐、鹿等食物。在老婆婆去世后，群虎将她背负到旷野之地，覆以土乃去，最终完成了与狄仁杰的约定。
　　清代王士禛《居易录》记了一个《熊道饲虎》的传说，讲述了人与老虎之间的相互交流。这个故事说的是樵儿涧住着的一位道人，姓熊。熊道人有道行，能辟谷十余日，他平时饲养了一只老虎。乡人经常看见熊道人与老虎一同坐卧在道观前的石台上，有人便问其驯虎之法。熊道人说，人忘机于物，物亦忘其机，何术之有？意思是说，我忘其为虎，待其如友；虎忘己为兽王，视我若师；故而其乐融融。
　　直到明代天顺年间，朝廷为了护卫天寿山皇陵，还组织起一百人的杀虎队，围捕猎杀，以平息当时的虎患。清代麻兆庆在《昌平外志金石记卷四》中记载，乾统五年（1105年）崇寿寺镫幢记云：大辽国幽燕之北，虎县之东龙门乡兴寿里，不曰昌平县而曰虎县，其辽末改昌平为虎县邪？这一记载说的是，昌平这个地名，可能在历史上曾经被称为虎县。
　　2虎峪风景区形成的地质背景
　　北京所在的北京湾是被西侧的太行山和北侧的燕山怀抱着的，昌平则处于北京湾的西北部位。从遥感影像图上看，在军都山隆起与京西丘陵平原之间有一条齐展展的直线。在地质学上，这条直线被称为南口断裂（图5）。
　　图5西北昌平的南口断裂
　　断裂（或断层）是岩石受力发生破裂，两侧的岩块沿破裂面发生了显著相对位移的构造地质现象。断裂按两侧岩石的相对运动关系，可分为正断层、逆断层和走滑断层（图6）。南口断裂的性质是正断层，因此，虎峪风景区（沟谷）是由于南口断裂下盘隆升，使得虎峪河多次强烈下切形成的。
　　图6不同类型的断裂模式图：A正断层；B逆断层；C走滑断层（David，2019）
　　据车兆宏等（1996）的研究，南口断裂宽20100m，走向NE，全长61km，可分为铁矿峪上口、上口南口、南口白羊城和白羊城马刨泉等四段。该断裂主要断错中元古界，形成于燕山早期，为逆冲性质；早、中更新世甚至晚更新世转变为张性正断层（冉洪流等，1996）。虎峪风景区位于上口南口段，活动年代较晚，构造强度较弱。在虎峪水库大坝东侧沟壁见一宽20m的破碎带（图7），由碎裂岩、糜棱岩构成，中间夹厚15cm的断层泥。在断层泥上覆未错断的砂砾层中取TL测年样品，获年龄值为3。5980。306万年，说明断裂的最晚活动年代为晚更新世晚期。据地震台网监测资料，在南口断裂两侧约4km的范围内，共计发生了2。0级以上地震达35次。另据江娃利等（2001）研究，南口孙河断裂近一万年以来曾有三次活动，同震垂直位移分别为12m，换算相当于7。77。9级地震的震级。
　　图7虎峪水库大坝东侧断裂剖面图（刘广平等，2001）
　　上口南口段断裂长15km，展布于中低山地的山前，与其相关的线性谷地发育多级地貌陡坎、阶地。有一个值得关注的问题，是虎峪以南、关沟以北的第四纪洪积台地。台地中部有近南北向的带状隆起，地表出露了泥石流堆积的上新世N2红土、砾石层，向东西方向，地层均逐渐变新。刘广宁等（2001）认为，该隆起的成因与南口孙河隐伏断裂晚新生代以来左旋水平运动，在南口断裂部位受阻发生隆升有关。
　　这套N2红层是否由虎峪河冲积而成呢？前人沿虎峪河向上游追索，发现南口断裂下盘在晚新生代急剧上升，导致虎峪河上游的冲沟强烈切割基岩山地。由于在冲沟上部的基岩裂缝或基岩缓倾斜部位偶见N2红层残留，可以推测上述的洪积台地顶部的N2红层是由虎峪河冲积而成的。现今的虎峪河位置距离N2红层约1。52km，这一现象暗示南口断裂具有右旋走滑分量，使得早期在虎峪河堆积的N2红层向南西方向错移近600m，抵达现今的红泥沟村位置。
　　南口断裂（虎峪剖面）的野外识别标志如下（齐立华等，2015）：
　　l地形地貌标志：在白羊城虎峪一带构成山地和平原的分界线，在虎峪剖面的山脊处形成鞍状凹陷；
　　l断层面标志：在南口采石场、东园子一带发育断层三角面，在虎峪剖面见平整光滑的下盘断面，沿断面发育绢云母、叶腊石等蚀变矿物组合；
　　l构造岩标志：虎峪剖面发育巨厚（水平宽度约80m）的断层角砾岩、断层泥；
　　l派生构造标志：发育牵引褶皱和次级断裂；
　　l缺失地层标志：大红峪组及团山子组顶部缺失、高于庄组底部部分缺失。
　　3虎峪河下切的地质证据：河流阶地
　　河流阶地是指过去某个时段的活动河床由于外因内因的变化而引起河流下切，致使原来的活动河床被废弃而形成的河流地貌（Schumm，1987）。据形成过程和驱动机制，河流阶地可分三种类型，即加积型阶地、加积切割型阶地、宽谷型阶地或基座阶地（Bull，1991）。河流阶地的成因并非是受某种单一因素制约的简单线性过程，而是同时受几种因素共同控制的复杂响应过程（图8）。
　　图8河流阶地的发育模式图（胡春生，2014）
　　（a）河流阶地发育阶段；（b）地面上升驱动阶地发育模式；（c）气候变化驱动阶地发育模式；（d）基准面下降驱动阶地发育模式
　　由于南口断裂下盘的强烈上升，在北侧山地的部分地段形成深达500m的下切峡谷，且越往上游，切割越深。虎峪的冲沟长约4km，宽6001000m，在虎峪河两岸发育六级河流阶地。除T1、T2为基座阶地外，其余均为侵蚀阶地。针对虎峪河，当河流横向摆动时制造出一个宽而平的谷地，这段时间为构造平静期，沉积物以垂向堆积为主；但在随后增强的构造运动主导下，上下游高差加大，河流所携带的相对能量增加，河水继续下切从而形成阶地（图9）。
　　图9（据李龚健修改，2010）
　　在虎峪河下游两岸可见3级不对称的阶地及河漫滩，阶地发育二元结构，即下部为砂砾层，上部为粉砂质粘土层（图10）。越靠近河床，阶地间的相对高差越小，其差值依次为5m、3m和1m。随着虎峪河坡降的逐渐平缓，河流下游出现蛇曲，河漫滩最宽达20m，反映近期地壳运动相对较为稳定（李龚健等，2010）。
　　图10昌平虎峪沟中的虎峪河阶地和虎峪水库
　　4虎峪河创造了昌平人的生活环境：
　　昌平冲积扇
　　有人说，群山作屏、大河开道，西山与永定河作为山川合一的整体，哺育了北京城，那么，从军都山流出来的虎峪河则孕育了昌平人类的祖先。在距今约六千年前的新石器时代，虎峪一带曾有昌平先民的足迹。在20世纪50年代，虎峪河西岸的雪山村出土了大量的人类活动遗迹。
　　山区河流从山麓出口进入开阔平坦地区，由于河床坡度变缓，流速减小，水流呈放射状向外流动，搬运能力迅速减弱，河流携带的碎屑物质快速堆积下来，形成上窄下宽的扇形冲积堆。由于其外形似扇，故称冲积扇（图11）。
　　图11昌平冲积扇形成模式图
　　西北北京的构造地貌单元，由延庆山间盆地、京西隆起山地和北京地堑平原组成，表现为西北山地向东南平原呈阶梯状下降，构成中山、丘陵、洪冲积扇、基岩残丘及平原等。海拔高于1000m的中山为莲花山、风陀梁和磨盘山，然后是小于1000m的低山，再为低山与平原交界的山前丘陵，高程一般为几十至百余米不等。这种层状地形面的普遍发育，反映了新近纪以来山区的间歇性抬升作用。中、晚更新世和全新世洪冲积扇环绕山麓呈带状分布。
　　昌平冲积扇位于南邵一带（剖面位置见图5），是由碎屑流辫状河共同控制的冲积扇沉积体系。冲积扇剖面长约150m，可视高度68m，走向近东西向，与物源方向近于垂直。剖面主体以粗砾岩为主，夹中砾岩和不同粒度的砂岩，向东变细，可见中细砂岩及粉砂岩。不同粒度的砾石呈杂乱堆积状，且可见直立状砾石，砾石分选磨圆较差，体现了岩石结构成熟度和成分成熟度很差，具备典型碎屑流沉积特点。砂岩中可见各种小型板状交错层理、平行层理等沉积构造，具备牵引流的沉积特点（图12）。因为昌平冲积扇被大面积绿色植被覆盖，沉积体的扇形观察并不明显。上述剖面出露位置应该为典型的冲积扇扇根部位。
　　图12冲积扇内部的典型岩石相特征（印森林等，2015）
　　以上是以昌平虎峪的形成演化作为背景，介绍了虎峪相关的几个典型地质现象。希望能够帮助你在未来的虎峪风景区旅游中，能够发现更多的更有趣的地质景观。虎峪等着你。
　　昌平虎峪，有多少你还不知道的地质现象？
　　沧海桑田系列
　　三叶萌芽
　　文章作者：三叶萌芽团队李明强
　　排版制作：南欣宏
　　指导教师：朱义清杨明慧邓秀焕