北京灣和中軸線體現(xiàn)北京的自然文化特征

北京作為中國(guó)的首都，具有獨(dú)特的自然文化特征。

自然特征是西山（太行山）與北山（燕山）兩大山脈構(gòu)成的“北京灣”，文化特征是永定門-正陽(yáng)門（前門）-中華門（毛主席紀(jì)念堂）-天安門-故宮-景山-地安門-鼓樓-鐘樓7.8千米長(zhǎng)的中軸線。中軸線與開(kāi)封和元上都近乎在一條經(jīng)線附近，體現(xiàn)了中國(guó)首都相互傳承的歷史文脈。中軸線向南延伸至南海子濕地、向北延伸至小湯山溫泉、向下是深達(dá)1.5千米的砂礫石大坑，地質(zhì)學(xué)稱為“北京凹陷”。

北京灣和中軸線

自然特征——北京灣

北京的山線是太行山與燕山兩大山脈交匯構(gòu)成的北京灣，水線是與山線近乎垂直的大清河、永定河、溫榆河、潮白河和薊運(yùn)河5大水系。山線三面環(huán)抱著北京平原，滋潤(rùn)著這方平原沃土，水線分別從山區(qū)的各個(gè)溝谷中流出來(lái)，匯聚于北京平原。這一有利的自然環(huán)境，符合中國(guó)古人“藏風(fēng)聚氣，以水為上”的哲學(xué)思想，天人合一的理念成就了北京地區(qū)3000多年的建城史和800多年的建都史。

在北緯40°線上找到類似江南水鄉(xiāng)的環(huán)境是非常不容易的。所以歷代文人墨客都在贊美北京的山線和水線，宋代范鎮(zhèn)的《幽州賦》記載：“左環(huán)滄海，右擁太行，北枕居庸，南襟河濟(jì)，形勝甲于天下，誠(chéng)天府之國(guó)也”，明末清初大儒顧炎武詩(shī)曰：“群山自南來(lái)，勢(shì)若蛟龍翔；東趾據(jù)盧龍，西脊馳太行”。北京是世界上少有的具有盆地、山地和平原的首都城市，最高峰東靈山海拔2303米，最低點(diǎn)通州柴廠屯海拔8米。北京是世界上少有的兩大山脈交匯之地，太行山與燕山構(gòu)成北京灣。北京是世界上少有的兩大文明交匯之地，即：山地的萬(wàn)里長(zhǎng)城與平原的京杭大運(yùn)河。

人類的出現(xiàn)和發(fā)展離不開(kāi)水，北京以水為魂，水系屬于海河流域，展布于中國(guó)第二大臺(tái)階與第三大臺(tái)階山線構(gòu)成的“北京灣”，自西南向東北分為5大水系：拒馬河和大石河屬大清河水系，永定河水系，溫榆河屬北運(yùn)河水系，潮白河水系，泃河屬薊運(yùn)河水系。多年平均降水量571毫米左右，地表水多年平均徑流量17.72億立方米，地下水多年平均補(bǔ)給量36.67億立方米，地下水平均年可供水量23.93億立方米。

北京古代因濕地眾多而稱“薊”，又因水源充沛而定都，先后有“金中都、元大都和明、清北京”?，F(xiàn)代北京仍然是首都，隨著人類活動(dòng)的加大，水的消耗量大于補(bǔ)給量，人均水資源占有量不足165立方米，成為缺水城市，嚴(yán)重制約著首都的發(fā)展。目前正在開(kāi)展現(xiàn)代化水文地質(zhì)調(diào)查與規(guī)劃，調(diào)整首都功能，延續(xù)以水為魂的城市建設(shè)，相信隨著北京山地生態(tài)的恢復(fù)，污染企業(yè)的遷出，海綿城市的建設(shè)和南水北調(diào)工程的實(shí)施，使得北京不僅實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，還會(huì)成為一座美麗的宜居城市。

風(fēng)水北京的地學(xué)真諦

在人類5000年文明史中，中國(guó)古代出現(xiàn)了兩個(gè)文化高峰期，一個(gè)是百家爭(zhēng)鳴的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，另一個(gè)是文人縱情山水的魏晉風(fēng)度，其中風(fēng)水學(xué)的鼻祖就是晉代的郭璞，他在《藏經(jīng)》中說(shuō)：“古人聚之使不散，行之則有止，故謂之風(fēng)水……風(fēng)水之法，得水為上，藏風(fēng)次之”。筆者理解“風(fēng)”指的是山線，“水”指的是水線，兩大山脈構(gòu)成的北京灣山線、5大水系構(gòu)成的平原水線是“古人聚之使不散”的宜居之地，北京沖洪積扇豐富的地下水使得“風(fēng)水之法，得水為上”。這種古老的風(fēng)水學(xué)蘊(yùn)含著地學(xué)真諦，需要我們應(yīng)用現(xiàn)代的地質(zhì)科學(xué)進(jìn)行解析。

筆者是一個(gè)土生土長(zhǎng)的北京人，1998年以前住在安定門內(nèi)國(guó)子監(jiān)西邊的箭廠胡同，國(guó)子監(jiān)是元、明、清3個(gè)朝代的最高學(xué)府，遵循左文右武的布局，左面是官書院胡同，右面是箭廠胡同。筆者清楚地記得1968年拆安定門城墻的情景，那個(gè)年代剛有挖掘機(jī)，在連接城墻的安定門城樓東側(cè)挖出來(lái)許多的大缸，估計(jì)是用來(lái)盛米漿粘結(jié)城磚的；在雍和宮北面城墻西側(cè)還挖出了古代民居的遺址，考古鑒定是元代的民居，因?yàn)檫@段城墻是明代壘成的。現(xiàn)在的年輕人大概不太清楚，為什么公交車的44路和200路以及二號(hào)線地鐵線路的站牌大多是北京城門的名字。那是因?yàn)榈叵碌牡罔F2號(hào)線和地表的二環(huán)路，所經(jīng)過(guò)的路線恰好是原北京城墻和城門所在的位置。

北京的城墻是在元大都的基礎(chǔ)上改造的，形成于明代，是借用自然演化形成的風(fēng)水建立和發(fā)展的。按照風(fēng)水理論，北京城墻包圍著的北京城是以中國(guó)古代的《周禮?考工記》和陰陽(yáng)八卦哲學(xué)思想為理論依據(jù)，建起了風(fēng)水北京，那么，它的科學(xué)真諦是什么？

首都北京城的演變

《周禮?考工記》說(shuō)：“匠人營(yíng)國(guó)，方九里，旁三門。國(guó)中九經(jīng)九緯，經(jīng)涂九軌”。翻譯成大白話就是建筑師營(yíng)建的都城，平面為邊長(zhǎng)九里的正方形，每條邊墻分別建有3個(gè)城門，城內(nèi)有9條南北向大道和9條東西向大道，每條大道的寬度能同時(shí)并行9輛馬車。元大都是著名水利專家郭守敬的老師劉秉忠按照《周禮?考工記》設(shè)計(jì)的，除了北面有兩個(gè)城門外，東、南、西3面各設(shè)置3個(gè)城門，再按照后天八卦來(lái)給城門起名字。劉秉忠將儒家經(jīng)典中最為關(guān)鍵的“仁、義”二字分別命名正東、正西的城門，東直門（崇仁門、震卦?），西直門（和義門、兌卦?），西北健德門（乾卦?），東北光熙門（艮卦?），東南朝陽(yáng)門（齊化門、巽卦?），正南正陽(yáng)門（麗正門、離卦?），西南宣武門（順承門、坤卦?）。安貞門在（坎卦?）和艮卦之間，崇文門（文明門）在巽卦和離卦之間，阜成門（平則門）在坤卦和兌卦之間，肅清門在兌卦和乾卦之間。

關(guān)于八卦中含有二進(jìn)制的說(shuō)法是與牛頓一起發(fā)明微積分定理（高等數(shù)學(xué)中有牛頓-萊布尼茨公式）的萊布尼茨發(fā)現(xiàn)的。1701年法國(guó)傳教士白晉從北京給萊布尼茲寫了一封信，告訴他“伏羲六爻”的排列與二進(jìn)制記數(shù)法的順序是相同的。1703年萊布尼茲完成了遞交給法國(guó)科學(xué)院的論文《關(guān)于僅用0與1兩個(gè)符號(hào)的二進(jìn)制算術(shù)的說(shuō)明，并附其應(yīng)用以及據(jù)此解釋古代中國(guó)伏羲圖的探討》，不但科學(xué)闡明了二進(jìn)制，而且已經(jīng)把它與中國(guó)的古老哲學(xué)八卦聯(lián)系在一起了，說(shuō)明八卦并不完全是玄學(xué)，而是蘊(yùn)含著數(shù)學(xué)思想的。八卦的基本符號(hào)由陰爻（--）和陽(yáng)爻（一）構(gòu)成，--視為0，一視為1，這就是二進(jìn)制。以此推論，震卦?為001、兌卦?為011、乾卦?為111、艮卦?為100、巽卦?為110、離卦?為101、坤卦?為000、坎卦?為010。

明代將北城墻向南移5華里，健德門改為德勝門，安貞門改為安定門；南城墻稍微南移，文明門改為崇文門，麗正門改為正陽(yáng)門，順承門改為宣武門；東面崇仁門改為東直門，齊化門改為朝陽(yáng)門；西面和義門改為西直門，平則門改為阜成門。明代中期，南面圍起外城，形成“凸字形”城墻，西門廣安門，東門廣渠門，南面城墻自東向西3門依次為左安門、永定門和右安門，于是有了老北京城門“內(nèi)九外七皇城四”的口頭禪。

各個(gè)城門有不同的社會(huì)生活功能，東直門走柴，西直門走水，阜成門走煤，朝陽(yáng)門走糧，崇文門收稅。宣武門是通往菜市口法場(chǎng)的必經(jīng)之門。遇上戰(zhàn)爭(zhēng)，將士們出德勝門進(jìn)安定門。

井水泉水潤(rùn)大都，這才是北京風(fēng)水的根莖。從北京山川大勢(shì)看，北京平原西北部的南口-孫河斷裂以西，為西山（太行山）和北山（燕山）構(gòu)成的北京灣。北京灣山前是一個(gè)深達(dá)600多米的松散沉積物大坑，地質(zhì)學(xué)稱為“馬池口凹陷”。巨厚的松散沉積物容易收縮成坑，形成了北京上游地區(qū)難得的東高西低的地形，這一地貌特征被水利專家郭守敬發(fā)現(xiàn)并利用，這才有了“引白浮泉水入大都”的傳世工程。

北京因位于沖洪積扇上，地下水十分豐富，給打井取水提供優(yōu)越的條件，所以元大都初建時(shí)，幾乎每條胡同都有一口井。在元曲《張生煮?！返谝徽壑惺膛呐_(tái)詞“你去兀那羊市角頭磚塔兒胡同總鋪門前來(lái)尋我”，就有“胡同”二字了，這條胡同就是今日自然資源部南面的“磚塔胡同”。最初元大都規(guī)劃了29條胡同，僅有磚塔胡同被元曲記錄了下來(lái)，因此可以說(shuō)“磚塔胡同”是北京最老的胡同。

常言說(shuō)，有水則靈，水就是財(cái)。豐富的水源保障了古都北京的興旺發(fā)達(dá)。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議：“上自昌平縣白浮村引神山泉西折而南，過(guò)雙塔、榆河、一畝、玉泉諸水，經(jīng)甕山泊至西水門入都城”。忽必烈讓郭守敬全權(quán)指揮，設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條引白浮泉，經(jīng)白浮堰向西，流經(jīng)西山山前折而向南的引水渠，到至元三十年（公元1293年）建成，將潔凈的白浮泉水引入大都，它也是今天京密引水渠的前身，這個(gè)引水工程依然為今所用，不能不贊嘆古人的智慧。

中軸線的向南延伸——南海子濕地

筆者在主持大興地區(qū)地質(zhì)調(diào)查時(shí)，了解到南海子元代以前稱為“飛放泊”，屬于永定河溢出帶形成的濕地，是古代的皇家狩獵場(chǎng)。在打鉆井時(shí)，發(fā)現(xiàn)深約百米有堅(jiān)硬的巖石，說(shuō)明大興一帶地下埋藏的是山脈，并在鉆孔的巖芯中發(fā)現(xiàn)了三葉蟲化石，說(shuō)明巖石為距今5億年前海洋沉積的石灰?guī)r，地質(zhì)學(xué)把這座埋于地下的山脈稱為“大興隆起”。

經(jīng)過(guò)地質(zhì)調(diào)查了解到大興隆起為堅(jiān)硬巖石，呈向下彎曲的向斜構(gòu)造，構(gòu)成含喀斯特水的蓄水盆地，具有承壓性。地下水在壓力的作用下，順著巖石裂隙向上涌，穿過(guò)百米多的松散砂礫石層（第四系），在團(tuán)河一帶冒出地面形成泉水，構(gòu)成水草豐美的皇家狩獵之地。乾隆皇帝曾在《團(tuán)河行宮作》中寫道：“團(tuán)河本是鳳河源，疏浚于傍筑館軒”，并作旁注：“凡苑中疏剔新舊水泊二十一處，導(dǎo)北源者九，導(dǎo)南源者十有二。其團(tuán)河前后新開(kāi)水泊，泉源暢達(dá)，清流溶漾，水匯而為湖，土積而為山，利用既宣，登攬尤勝，因于其旁構(gòu)筑行館，以供臨憩”。

大興隆起巖芯（天宮院深-130～-140米）見(jiàn)三葉蟲化石

儲(chǔ)存于堅(jiān)硬石灰?guī)r中的水，具有承壓性，一有裂縫就會(huì)上涌，與永定河沖洪積扇溢出帶的淺層地下水在大興一帶匯合，形成了著名的南海子濕地。我們?cè)谛〖t門磚場(chǎng)的采坑中取巖土樣品分析，發(fā)現(xiàn)12000年前的末次冰期結(jié)束后，氣候轉(zhuǎn)暖，雨量增多，山地風(fēng)化物搬運(yùn)至平原堆積下來(lái)。堆積過(guò)程伴隨著洪水與河流泛濫，堆積速率最高的時(shí)期在距今12000-4000年之間，河流泛濫決口最多的時(shí)期在距今8000-4000年之間，南海子形成了蘆葦叢生的濕地環(huán)境，特色物種麋鹿（四不像鹿）在這里繁衍生息。南海子這塊濕地位于北京的南面，是遼、金、元、明、清5個(gè)朝代的皇家獵場(chǎng)，范圍是大紅門、小紅門、東紅門、南大紅門、海子角、西紅門和海戶屯所包圍的區(qū)域，解放后是紅星人民公社所在地，屬于北京市農(nóng)場(chǎng)局管理。如今南海子麋鹿苑得到了部分復(fù)原，一塊高8米的巨石矗立在濕地景觀湖畔，正面是乾隆皇帝手書的“南囿秋風(fēng)”4個(gè)字，今日公園范圍遠(yuǎn)不及古代的勝景，讓我們一起讀一讀乾隆皇帝在《海子行》中的詩(shī)句，還原一下當(dāng)年的勝景。

元明以來(lái)南海子，周環(huán)一百六十里。

七十二泉信非征，五海至今誠(chéng)有此。

諸水實(shí)為鳳河源，藉以蕩渾防運(yùn)穿。

歲月淤閼事疏治，無(wú)非本計(jì)廑黎元。

蒲葦戟戟水漠漠，鳧雁光輝魚蟹樂(lè)。

亦弗恒來(lái)施矰繳，徒說(shuō)前朝飛放泊。

中軸線的向北延伸——小湯山溫泉

小湯山是北京中軸線上龍脈向北延伸的部分。按照古老的風(fēng)水學(xué)，人工堆起的景山為父母山，溫泉涌出的小湯山為少祖山，燕山山脈（西接昆侖山）的軍都山為祖山。明武宗朱厚照曾寫詩(shī)贊美小湯山：“滄海隆冬也異常，小池何自暖如湯？溶溶一派流今古，不為人間洗冷腸”，并提出了一個(gè)科學(xué)問(wèn)題“小池何自暖如湯？”，同時(shí)也說(shuō)明了北京中軸線上龍脈溫泉小湯山的重要性。

小湯山地?zé)崽锍薯旤c(diǎn)在南的三角形展布，東部邊界為導(dǎo)熱的黃莊-高麗營(yíng)斷裂，西部邊界為導(dǎo)水的南口-孫河斷裂，北部邊界為阿蘇衛(wèi)-小湯山斷裂。地?zé)峥辈楣ぷ魇加?956年，在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下，地質(zhì)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)局901隊(duì)在小湯山溫泉周圍開(kāi)展醫(yī)療熱礦水勘查，使用手搖鉆、機(jī)械鉆等鉆探手段和重力、電法等物探手段，圈定了不足1平方千米的溫度較高的中心區(qū)及6平方千米的溫度較低的外圍區(qū)，提交了《北京市昌平區(qū)小湯山礦泉水文地質(zhì)勘測(cè)總結(jié)報(bào)告》。20世紀(jì)70年代，先后打出水溫為42～48℃的熱水，可惜小湯山3個(gè)溫泉點(diǎn)不久全部斷流?，F(xiàn)在小湯山地?zé)崽锏臒崴芰?，幾?平方千米1口井，開(kāi)采賦存于15億年前白云巖（霧迷山組）、12億年前白云巖（鐵嶺組）和5億年前石灰?guī)r（寒武系）的3層熱儲(chǔ)水，熱水總開(kāi)采量6000萬(wàn)立方米。

小湯山溫泉的成因

通過(guò)對(duì)熱水井的采樣分析證明熱水來(lái)源于大氣降水。地?zé)崴纬傻哪挲g為北新南老，熱水自北向南由小湯山向城區(qū)流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中逐漸溶解不同熱儲(chǔ)層中的石膏透鏡體，從而導(dǎo)致硫酸根離子含量的增加，具有地下水循環(huán)途徑明顯與城區(qū)熱水很好銜接的水化學(xué)特征。

小湯山溫泉之所以有名，不光是古代皇帝曾經(jīng)在此洗浴過(guò)，還有許多現(xiàn)在為當(dāng)?shù)乩习傩战拥貧獾挠猛?，如采暖、洗浴、醫(yī)療、水產(chǎn)養(yǎng)殖、溫室種植等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采暖單位10多個(gè)，采暖面積14萬(wàn)平方米，啟用地?zé)峋?4口，水溫42～64℃。洗浴的歷史悠久，也最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，用于洗浴的地?zé)峋?0多口。用于醫(yī)療的歷史較長(zhǎng)，早在1958年就建立了“北京市小湯山療養(yǎng)院”，治療的疾病包括：風(fēng)濕病、中樞性及末梢性神經(jīng)機(jī)能恢復(fù)、消化系統(tǒng)慢性疾病、各種代謝疾病、慢性婦科病、各種外傷后遺癥、非結(jié)核性呼吸器官疾病和循環(huán)系統(tǒng)疾病等。水產(chǎn)養(yǎng)殖始于20世紀(jì)70年代末，養(yǎng)殖水面200多畝，年產(chǎn)魚20多萬(wàn)公斤，魚的品種有羅非魚、鯉魚、草魚、鰻魚、元魚等。溫室種植始于1983年，啟用地?zé)峋?口，地?zé)釡厥?0畝，種植特種蔬菜，包括綠菜花、紫甘藍(lán)、美國(guó)生菜和西芹等60多個(gè)品種。正是因?yàn)樾綔厝獙?duì)老百姓有如此多的好處，所以2005年10月小湯山被中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)命名為“中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”。

中軸線下的北京凹陷

北京的風(fēng)水之魂是北京灣，人文之魂是中軸線，古人天人合一的理念規(guī)劃了古老的北京城。中軸線在地面可以向南延伸至南海子、向北經(jīng)過(guò)小湯山延伸至秦城北面的大海梁山，中軸線向地下的地質(zhì)背景為什么叫北京凹陷，那就只有聽(tīng)地質(zhì)專家來(lái)解釋了。

北京中軸線體現(xiàn)了“古之王者，擇天下之中而立國(guó)，擇國(guó)之中而立宮，擇宮之中而立廟”規(guī)劃理念，構(gòu)成了現(xiàn)在仍然無(wú)比恢宏的建筑布局，從南面的永定門向北依次正陽(yáng)門（前門）、中華門（毛主席紀(jì)念堂）、天安門、端門、午門、三大殿、乾清宮、交泰殿、坤寧宮、神武門、景山、地安門、鼓樓和鐘樓，全長(zhǎng)7.8千米。

大家都知道中軸線建在北京平原上，也就是永定河沖的洪積扇上。那么沖洪積扇下為深達(dá)1.5千米的北京凹陷（砂礫石深坑），那就只有地質(zhì)學(xué)家通過(guò)鉆探和物探的科學(xué)方法知道了。我們不妨了解一下中軸線下面的地質(zhì)情況。因?yàn)槲磥?lái)北京城市是要向地下深部空間發(fā)展的，城市建設(shè)和環(huán)境保護(hù)需要了解中軸線下的地質(zhì)背景。

地?zé)徙@探揭露了中軸線下深部的地質(zhì)情況。1975年1月北京開(kāi)始開(kāi)發(fā)地?zé)?，為首都北京?jié)約能源服務(wù)。同時(shí)，為表達(dá)對(duì)毛主席的熱愛(ài)，在中山公園西墻內(nèi)開(kāi)鑿熱水孔（編號(hào)：熱20），深達(dá)2600米，井鉆穿過(guò)了古老地層。

地下深處（-522米和-711米）的火山巖

中軸線地下近100米深為永定河沖洪積堆積的砂礫石。再向下1000米深，為紅色粘土充填的砂礫石，是三趾馬時(shí)期從延慶盆地經(jīng)永定河山峽搬運(yùn)至北京凹陷的物質(zhì)。再向下至1500米深，為灰綠色沉積物中夾有3層火山噴發(fā)的玄武巖，科學(xué)家使用鉀氬法測(cè)量的年齡為5千3百萬(wàn)年前至5千8百萬(wàn)年前的古近紀(jì)，反映恐龍滅絕后的巨獸時(shí)期，平原與山地開(kāi)始分離，平原下降，凹陷形成，地幔的玄武巖漿順勢(shì)上涌至北京凹陷中。深1500～2600米揭露的就是恐龍時(shí)代白堊紀(jì)的基巖地層了，為砂巖、泥巖夾礫巖的堅(jiān)硬巖石。

中軸線的進(jìn)一步思考

古籍中沒(méi)有“中軸線”的描述，梁思成在1951年4月發(fā)表的《北京——都城規(guī)劃的無(wú)比杰作》一文中首次提出了中軸線的概念：“貫通這全部部署的是一根直線，一根長(zhǎng)達(dá)八公里，全世界最長(zhǎng)，也最偉大的南北中軸線穿過(guò)了全城。北京獨(dú)有的壯美秩序就由這條中軸的建立而產(chǎn)生。前后起伏、左右對(duì)稱的體形或空間的分配都是以這條中軸為依據(jù)的。氣魄之雄偉就在這個(gè)南北引申，一慣到底的規(guī)?！薄?/span>

中軸線肯定是古人在北京平原是一片荒蕪之地的時(shí)候勘定的，不可能僅限定在永定門-鐘樓兩端7.8千米長(zhǎng)度的范圍內(nèi)，這就需要進(jìn)行中軸線南、北延伸的思考，逐漸恢復(fù)古人堪輿選線的本真。

“北京灣”和“中軸線”體現(xiàn)北京的自然文化特征，二者之間的關(guān)系需要進(jìn)一步思考，為首都北京未來(lái)的科學(xué)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

本文首發(fā)于《化石》雜志2021年第2期

編輯：云飛

【作者簡(jiǎn)介：呂金波博士】

呂金波，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，北京市地質(zhì)調(diào)查研究院副總工程師。主要從事北京地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查工作，完成1∶5區(qū)域地質(zhì)圖在北京地區(qū)的全覆蓋，建立北京平原區(qū)地質(zhì)剖面。主持的《1∶25萬(wàn)北京市幅》和《1∶5萬(wàn)大興幅》分別獲中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局優(yōu)秀圖幅獎(jiǎng)。發(fā)表論文80余篇。通過(guò)測(cè)量永定河8級(jí)階地和石花洞8層溶洞，提出北京西山8次抬升說(shuō)；通過(guò)對(duì)石花洞各類石筍測(cè)量，建立了石筍第四紀(jì)剖面，進(jìn)而分析了古氣候；通過(guò)實(shí)施《中國(guó)房山世界地質(zhì)公園地質(zhì)作用與演化對(duì)古人類文化產(chǎn)生的影響研究》，研究了周口店北京人遺址；通過(guò)實(shí)施《中軸線與北京灣：東方理想都城秩序的地理時(shí)空大背景》，研究了北京中軸線的地質(zhì)地理背景。

研究《水經(jīng)注》中有關(guān)北京地理的科學(xué)思想，提出永定河溝通了中國(guó)古今首都；調(diào)查粵北丹霞地貌，提出《拓展丹霞地貌的研究范圍》；發(fā)表《張家界砂巖地貌成因分析》，編寫青少年科學(xué)考察實(shí)踐叢書《神農(nóng)架國(guó)家公園研學(xué)手冊(cè)》；正在編寫《遠(yuǎn)古北京—時(shí)空隧道里的故事》、《中國(guó)區(qū)域地質(zhì)志—北京志》。

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