虎峪—沟崖玉虚观探索 地质篇

虎峪在昌平县城的西北部，恰好位于北京山区和平原的交界。在谷歌地球上，可以非常明显的看到这个现象。

自左下到右上，一条很明显的线，左上是山区，右下是平原（图片的上方是正北方）。其实，这不是偶然，这里有一条断层，走向恰好沿着这条非常明显的分界线。这是一条正断层，叫南口断裂，正是这条正断层，造就了这里的地貌景观。

这种地貌类型的成因，可以类比一下千沟万壑的黄土高原、太行山和一望无际的华北平原。当河流从高处流到地处，就会把高处切割成山峰高耸、沟壑纵横的山区，而带走的物质就会在低处沉积下来，成为平原。

但问题又来了，为什么会一边高一边低呢？尤其是像上图中那样，分界那么截然，又那么直？原因，正是南口断裂，一条正断层。

正断层（图片来源）

这个就是一个正断层的模式图，图中黑色的斜线就是断层的，箭头表示断层两侧岩层的相对滑动方向，即一盘相对升高，一盘相对降低。在模式图中，就是左边的一盘相对降低，右边的一盘相对上升。如果有河流，水往低处走，就会由右侧流向左侧；断层不断地活动，使两侧的高差越来越大；河流就不断地在高处冲刷切割，物质在低处沉积。久而久之，右侧成为山陵地区，而左测成为平原。而且，断层一般是比较直的，所以，平原和山地的分界也就相对是直的了。

在上面描述的过程中，河流扮演了非常重要的角色，它是塑造地貌最强的外动力地质作用（区别于地震、火山、板块运动等内动力地质作用）。

我们知道，河流中有水，而水在一个相对固定的槽子中流淌，这个槽子叫河床或河道。我说这个河道是相对固定的，是因为短期来看，河道是位置变化不大，但长期来看，河流的河道又是不断地左右摆动的。摆动的结果，就是使得河道所在的谷地越来越大，就像下图。

开始的时候，河流只在一个深切的河谷里面，随着时间的推移，河流不断地摆动，河谷就会越来越宽，即河流会在两侧“造”出来一片平地（Huggett，2007）

河流冲出的河谷

河流横向摆动制造出一个宽而平的谷地的过程，一般发生在一个构造平静期，即这段时间内，没有大的构造运动，这一带相对比较平静。但是，地球是在不断运动的，比如板块在慢慢地漂移，青藏高原也在不断地抬升，脚下的大地也时时刻刻发生着我们感觉不到的变化。河流总能够感受并记录这些变化，阶地，就是它的记录形式之一。

如上面照片所示，在河流长期的作用下，一个谷地已经形成了。现在，如果这一区域发生了一场强烈的抬升运动，即这里的地壳被抬升，高差加大，河流就会继续下切，这样就形成了阶地。可以看下面的模式图。

河流阶地模式图（选自geologycafe.com，有改动）黄色截面即为砾石层，T1、T2、T3为阶地编号

从这张图中可以看出，阶地发育在河流两侧，是一块比较平的台子。当然这个台子可大可小，大则几十、上百平方公里，小则宽不足一米。阶地的识别标志，除了一片平地之外，还要在剖面上找到成层的磨圆砾石层。一般在山涧里的河流，河床上布满了磨圆的砾石。当这些河床变成了阶地之后，这些砾石还会保留在阶地之上，就像河流阶地模式图中表示的那样。

典型的阶地剖面

在南口这个地方，发育有三级阶地，记录了本地区三次较大的抬升事件（在不考虑气候变化等的情况下）。这些抬升事件很可能是和南口断裂的活动有关，每一次地震都会造成断层两侧的高差加大，河流下切，形成阶地。

河流的三级阶地。去虎峪景区路上拍摄，镜头东向

沿着虎峪景区的路向前走，一路都是比较古老的地层，主要形成年代是太古代晚期和中元古代（即27~25亿年和18~14亿年）。岩性主要为白云岩和角闪岩等。在地球的历史上的中、晚元古代（即18~5.4亿年），海洋中结晶形成了巨厚的白云岩地层，在北京地区有着比较完整的出露。根据这些地层所携带的信息，地质学家可以推测出华北的演化历史。沿着阶地，可以见到一个断层。

断层。如果把图中方框中放大来看，就是下面这个样子

图中相同颜色的线所在的地层，原来应该在同一层位上，现在被断层错断了。图中箭头就表示断层两侧岩层的相对运动方向

在虎峪景区的逃票口那里（o(╯□╰)o），发育有丰富的软沉积变形和石香肠构造。

黄色箭头指的是软沉积变形，而蓝色箭头指的是石香肠构造

这个露头的组成岩性主要是白云岩，是一种沉积岩。沉积岩一般是在水中形成的，由沉积物质一层一层地堆叠而成。所以，在沉积之初，里面含有了大量的水。在成岩的过程中，先沉积下来的松软沉积物会遭到后沉积物质的挤压，水就会被向上挤出，形成一些特殊的构造。图中的软沉积变形类似于一个火山（貌似这里还有一个更好的现象，但没有照片）。

水流作用下软沉积变形的模式图，箭头表示水流动的方向，就会带动周围成层的沉积物发生弯曲。（Moretti，2000）

虽然这个露头上的岩石主要为白云岩，但在不同的层位，组成成分会有一些差别，随之而来的，就是岩石强度的差异了。当岩石受到挤压的时候，强硬层就会被压断成为一截一截的，软弱层流到空隙里面。

沿路往前走，岔道往玉虚观方向，在一个落石上看到了漂亮的斜层理。岩石的沉积层理是在沉积过程中形成的，之所以叫斜层理，是因为它和正常的沉积层理有一定的夹角。一般，沉积岩的层理是水平的，但是斜层理由于其特殊的形成过程，会和水平的层理有一定的夹角，如下图所示。

斜层理。横向红线是正常的层理，斜红线即为斜层理（图片来源）

斜层理是在水流的作用下形成的，也记录了它形成的时候水流的方向。可以看下面的图。

上方蓝色箭头指示水流方向，下发箭头指示沉积物运动方向。物质由迎着水流的面被搬运到背向水流的面上，并沉积下来，形成斜层理（图片来源）

该图即为探索途中遇到的斜层理，如果以该露头为参考系，水流的方向就如黄色箭头所示

白云岩的刀砍纹

出露在地表的白云岩，大都会出现这样的纹理。这是差异风化造成的。在白云岩中，一般会含有一些灰岩（主要成分为碳酸钙），呈条带状分布。相对于白云岩（主要为碳酸镁），灰岩更容易风化流失掉，就会留下一条条的纹，像一个饱经沧桑的脸。