紀念中國第一部地質學著作《北京西山地質志》出版百年

呂金波

“化石”是在遠古地層里發現的，當然與地質學緊密相關。漢語中的“地質”一詞最早出現在三國時期王弼對《易·坤》的注釋“居中得正，極於地質，任其自然而物自生”。1853年-1854年，上海墨海書館出版了英國蘇格蘭傳教士慕維廉的《地理全志》，書中將英文‘Geology’翻譯成漢語“地質”，從此中國有了現代科學意義的地質學?！侗本┪魃降刭|志》是中國第一批地質學家編寫的第一部地質學著作，恰逢2020年出版百年，寫文紀念。

中國第一部地質學著作

北京西山屬于太行山，最早記錄在秦代《呂氏春秋》中的九山；東晉的《述征記》記錄太行山首始于河內，那么北京西山就是太行之尾了；明代北京作為首都，永樂皇帝取了“北京”的名字，后來的《京師五城坊巷胡同集》記錄“西山、府西三十里、太行之首”，這樣就有了“北京西山”的名字。

北京西山是中國最早開展地質調查的地方，1863年9月美國學者崩派來調查北京西山地質，提出了“震旦抬升系”和“震旦革命”。1869年和1871年德國學者李?；舴覂纱蔚奖本┪魃秸{查，提出了“震旦系”和“北京灣”。1920年中國學者出版了中國第一部地質學著作《北京西山地質志》，為后來“燕山運動”的提出、“北京猿人”的發現以及“鷲峰地震臺”的建立奠定了基礎，也為后來北京地區乃至整個中國的地質工作奠定了基礎，所以北京西山素有“中國地質工作的搖籃”之稱。

地質調查所——中國第一個地質調查機構

1913年-1916年創建的農商部地質調查所和地質研究所，實際上是一所高等地質?？茖W校，創始人為章鴻釗、丁文江和翁文灝3位老師，共結業22位學生（卒業證書者18人，修業證書者3人，未獲證書者1人），其中13位學員參與了《北京西山地質志》的調查與編寫，他們是中國自己培養的第一批地質人才，其中很多人后來成長為中國著名的地質學家，并做出杰出貢獻。今天的中國科學院古脊椎與古人類研究所的前身就是后來在1929年4月建立的地質調查所新生代研究室。

地質調查所（西四路口南兵馬司胡同）

三位老師和《北京西山地質志》部分作者在地質調查所圖書館門前合影

瑞典人安特生顧問的護照

《北京西山地質志》的作者

左欄上圖是1916年農商部地質研究所師生的合影，照片上的人物是：老師章鴻釗（一排中）、丁文江（一排右）和翁文灝（一排左）培養的學員葉良輔（三排左二）、王竹泉（二排左七）、謝家榮、劉季辰（三排左六）、徐淵摩（三排左三）、譚錫疇（二排左五）、朱庭祜（二排左二）、盧祖蔭（三排左四）、馬秉鐸、李捷（三排左五）、仝步瀛（二排左一）、陳樹屏和趙汝鈞。

中國地質學屬于西學東漸的產物，于是地質調查所聘請了瑞典人安特生做顧問。安特生在1918年發現了宣龍式鐵礦、周口店遺址和仰韶文化遺址，提供了《北京西山地質志》中第四章地文和第五章經濟地質章節的素材。

教育界的人士常說：“給學生一杯水，教師應有一桶水”，老師的作用和水平是不可低估的。資格最老的章鴻釗留學日本，是講授地質課程的第一人；發出地質調查首令的所長丁文江取得英國格拉斯哥大學地質學和動物學雙學士，倡導“登山必到峰頂、移動必須步行，近路不走走遠路，平路不走走山路”；“燕山運動”的提出者翁文灝是中國的第一位地質學博士，親自編寫了《北京西山地質志》中的第二章火成巖章節。

1916年夏，葉良輔、趙汝鈞、劉季辰、陳樹屏、王竹泉、朱庭祜、譚錫疇、謝家榮、馬秉鐸、盧祖蔭、李捷、徐淵摩、仝步瀛13名學員正式參加工作，成為地調所調查員，“所長丁文江首令完成五萬分之一之西山地質圖”，13人在北京西山測制1∶5萬地形地質圖。當年8月，用平板測量法調查，僅用了一個月就基本完成了大部分地區的測量，有一、二片區域直到1918年春天才補齊。在地形地質測量的基礎上，從1918年冬天開始，由英文較好的葉良輔主筆，1919年7月成書，1920年出版《北京西山地質志》。

13位學員中，葉良輔與趙汝鈞兩位學員調查了溫泉、陽坊、楊家屯、三家店、模式口、青白口、田家莊和高崖口一帶的地質，謝家榮（后來擔任地質部總工程師）與馬秉鐸兩位學員調查了煤窩、大鞍山一帶的地質，李捷（后來發現模式口冰川擦痕）與盧祖蔭兩位學員調查了清水澗、髫髻山和王平村一帶的地質，王竹泉（后來擔任煤炭部總工程師）與朱庭祜兩位學員調查了齋堂和清水河沿岸的地質，劉季辰與陳樹屏兩位學員調查了琉璃渠、門頭溝和大灰廠一帶的地質，徐淵摩與仝步瀛兩位學員調查了坨里和萬佛堂一帶的地質，譚錫疇調查了周口店、長溝峪、紅煤廠、柳林水、妙峰山澗溝一帶的地質。

《北京西山地質志》著作的主要內容

《北京西山地質志》章節分為地層系統、火成巖、構造地質、地文、經濟地質和附錄。

第一章地層系統，根據13名學員野外調查記錄而成，其中的古生物化石由安特生顧問在坨里礫巖之黃色頁巖地層中首先發現蘇鐵杉、鞍帶石斑魚和長葉杉等，后在髫髻山南北繼續發現若干同類化石麗鱉屬，寄往瑞典王家博物院赫勒博士鑒定。地層系統（從新到老）如下：

新生界之地層：（一）紅色粘土、（二）齋堂老黃土、（三）高崖口梯地（即馬蘭臺地）、（四）新黃土。

上侏羅紀（髫髻山系）：火山巖，與下伏的九龍山層呈不整合接觸，即后來提出的“燕山運動”。

下侏羅紀（九龍山系）：火山成因的紫綠色砂巖、頁巖與礫巖交互成層，不含煤層，與上層不整合。

下侏羅紀（門頭溝煤系）：恐龍時代的煤系地層，西山主要開采的含煤層，產大量植物化石。

二疊三疊紀（紅廟嶺砂巖層）：淺海沉積，如頤和園萬壽山紅色砂巖，富含石英的砂巖，硬度大。

石炭紀（楊家屯煤系）：海陸交互相沉積，恐龍出現之前的沼澤相煤系地層，含豐富的植物化石。

奧陶紀（上震旦系）：得名英國奧陶族，震旦中國古名。深海沉積石灰巖，含角石化石，筆石的時代。

寒武紀（下震旦系）：得名北威爾士，震旦中國古名。海洋沉積石灰巖，顯生宙開始，含三葉蟲化石。

下馬嶺層：命名于門頭溝區下馬嶺村附近，為淺海沉積富含有機質的黑色頁巖，現在研究產頁巖氣。

新元古界矽質灰巖層：為陸表海沉積的硅質條帶白云巖，富含早期菌藻類生命化石——疊層石。

第二章火成巖，系翁文灝博士編作。13名學員大半致力于測量，未能詳細研究，那只有依托翁文灝博士編寫了。地質圖上火成巖分為花崗巖、輝綠巖和斑巖3大類，花崗巖描述了羊（陽）坊之花崗巖（地質圖北面的紅色區域）、周口店之花崗巖（地質圖南面的紅色區域）、輝綠巖描述了后來稱之為南大嶺組的玄武巖（翁文灝博士仍趨重于侵入說），斑巖描述了齋堂盆地之斑巖、清水尖妙峰山一帶之斑巖以及零星小塊之火成巖。

第三章構造地質，褶皺描述了梁家坨之外斜層（幽州背斜）、花木嶺之外斜層（青白口半穹窿）、清水尖廟安嶺內斜層（廟安嶺向斜）、九龍山之內斜層（九龍山向斜）、北嶺內斜層（北嶺向斜）。斷層描述了大灰廠之東北斷層（八寶山斷裂）、三家店南之炭峪溝北斷層、自紬兒嶺至琉璃渠斷層、渾河西北斷層（永定河斷裂）、南莊斷層、淤泥坑斷層、齋堂清水河斷層、花安嶺西北斷層、自黑龍觀至滴水崖斷層、八十畝地之西斷層和上萬村斷層（黃莊——高麗營斷裂）。

第四章地文，援引安特生顧問觀察較多。山脈描述了北京平原（或稱北京灣），河流描述了永定河（渾河）、清水河和琉璃河，地文期描述了唐縣期之地面、汶河期自上而下之侵蝕、馬蘭期之梯地和板橋期自上而下之侵蝕。黃土研究引自安特生顧問，從上至下分3層：

含脊椎動物遺骸的次生黃土（全新世黃土）

含脊椎動物遺蛻的風成黃土（更新世馬蘭黃土）

富于野馬Hipparion化石的上新統紅色粘土（上新世三趾馬紅土）

第五章經濟地質，援引安特生顧問觀察較多。北京西山為中國北部礦產豐富之區，有煤、石灰及石料。煤田產于九龍山內斜層、廟安嶺內斜層和北嶺內斜層。煤田描述了門頭溝、琉璃渠（即琉璃局）劉家嶺鎗峰嶺一帶、炭峪、響峪、玉泉山白家疃、王平村安家灘王平口、煤嶺佛門溝、石板場馮村、清水尖大臺穿石臺東板橋西板橋莊戶千里臺大寒嶺煤窯劉家臺等處、木場子禪房、齋堂、長溝峪、安子北窖英水窖兒杏園等處、周口店金陵萬佛堂佛子莊中窖南窖長流水等處、東桃園曹家園劉公溝淤泥坑煤臺。金屬礦描述了鐵、銅、鉛、金，非金屬礦描述了石棉、滑石、石材和石灰業。

《北京西山地質志》圖件

附錄，石景山附近永定河遷流辯。

《北京西山地質志》的圖件

從某種意義講，著作是圖件的說明書，圖件非常重要?！侗本┪魃降刭|志》圖件是由13名學員野外以五萬分之一的精度調查，縮編成十萬分之一的精度出版。圖件由仝步瀛學員和李彝榮繪制。

北京西山地質圖（縮尺十萬分之一）的范圍，北至高崖口—向陽口，南至?？谟芸诘?，西至清水—蓮花庵，東至肖家河—頤和園。1920年，與《北京西山地質志》著作一起出版。

地層總剖面及其對后來中國大地構造劃分的影響

《北京西山地質志》用中英兩種文字出版，中文中沒有插圖，插圖全部在英文版中。下面的地層總剖面圖在英文版的第2頁，圖中5個不整合對后來中國構造運動的命名和劃分起了關鍵性作用，筆者為恢復高考后的第一批地質工作者，常年工作在北京西山，對《北京西山地質志》內容頗為熟悉，感覺英文版圖1很重要，翻譯成下面的表格，便于大家一起討論。

英國北威爾士山的古名寒武山，地質學家喜歡用古老的地名命名地質年代，于是將這一帶距今5.41-4.85億年前含有三葉蟲的海洋地層的形成時代命名為“寒武紀”；“震旦”是古印度人對中國最早的稱呼，地質學家將西山富含疊層石的陸表海沉積形成的硅質條帶白云巖形成的時代稱為“震旦紀”，現在已經不用；下馬嶺是門頭溝永定河沿岸的一個村子，地質學家將富含有機質的黑色頁巖命名為“下馬嶺層”，現在研究含有頁巖氣。前寒武系與寒武系之間的不整合后來被命名為“薊縣運動”，這個不整合缺失了約2億年的地層，在永定河邊上的下葦甸剖面可以見到。

英國北威爾士山最早居住著奧陶族，地質學家后來發現了脊索動物門的筆石，感覺很重要，于是把寒武紀地層之上含有筆石的地層年代命名“奧陶紀”，這套地層石灰巖很純，可以燒石灰，也可以產生喀斯特洞穴；石炭紀沉積了恐龍出現之前的煤炭，所以得名，在西山的楊家屯附近發育，于是命名“楊家屯煤系”。奧陶系與石炭系之間的不整合先前被崩派來命名為“震旦革命（Sinian Revolution）”，但后來沒有人在文章中使用，現在需要重提；這個不整合缺失了約1.4億年的地層，不整合之下形成了周口店洞穴、石花洞喀斯特洞穴和玉泉山喀斯特泉水。

英文版第2頁原圖

北京西山地層總剖面（地層總厚度約6600米）

前寒武系與寒武系之間的不整合（薊縣運動）

二疊紀名字來源于烏拉爾山脈西坡，恐龍出現之前形成的雙層地層；三疊紀來源于歐洲中部存在的三層地層，恐龍開始出現，二疊-三疊系在西山為紅廟嶺石英砂巖，巖石在頤和園形成了萬壽山，古人將香山東北部這套巖石在陽光下閃閃發光的山命名為金山，曹雪芹將山下的書屋命名悼紅軒，創造了不朽的《紅樓夢》；侏羅紀來源于阿爾卑斯山的侏羅山（今譯汝拉山），是恐龍的繁盛時期，森林發育，形成了西山的門頭溝煤系；下侏羅統在門頭溝河灘北山發育九龍山系，上侏羅統在門頭溝髫髻山發育髫髻山系。二疊-三疊系與下侏羅統之間的不整合后來被翁文灝命名為“印支運動”；下侏羅統與上侏羅統之間的不整合后來被翁文灝命名為“燕山運動A幕”，這就是中國的第一個地質學博士翁文灝，與氣象學家竺可楨一起參加1926年在日本東京舉辦的第三屆泛太平洋科學會議上，發表《中國東部地殼之動作》論文，提出的著名地質構造運動——燕山運動。

更新統被葉良輔譯成洪積統，當時在西山發現了黃土和哺乳動物化石。這個時期有兩大事件，一個是冰川的出現，一個是人類在亞洲的出現，人類伴隨著冰川一路走來，很不容易??！后來發現證實周口店猿人生活在距今約50多萬年前的中更新世，山頂洞人生活在距今約3萬年前的晚更新世。上侏羅統與上新統和更新統之間的不整合就是基巖與新生代松散沉積物之間的不整合，全球都是如此。

地質志編寫沿革

1920年，農商部地質調查所出版《北京西山地質志》，開啟了中國區域地質調查的序幕。

1988年-1993年，出版了全國30個省市自治區的第一版《XXX區域地質志》，其中出版了《北京市區域地質志》，對改革開放以來國民經濟建設和科研教學等起到了重要作用。

2008年開始，《中國區域地質志》項目在32個省市自治區、11個構造單元（重要成礦區帶、重要經濟區、海域）展開，每部志書都包括地質志、地質圖件和數據庫3部分內容，名為《中國區域地質志——XXX志》。其中《中國區域地質志——北京志》將于2020年由地質出版社出版，以此紀念《北京西山地質志》出版百年。