地质作用成就了周口店古人类的家

吕金波 韦京莲 李良景

1929年12月2日傍晚，石破天惊，北京大学毕业两年的裴文中发现了第一颗完整的猿人头盖骨，使得周口店遗址震惊中外。那么周口店古人类的“家”是怎么形成的呢？很少有人谈起。没有天哪有地？没有地哪有家？地质作用成就了周口店古人类的家——岩溶洞穴。

化石的发现让我们找到了古人类的家——周口店遗址

1913年建立了中国的第一个地质研究机构——地质调查所，1914年聘请顾问瑞典人安特生，1918年春安特生发现了周口店猿人遗址南面的鸡骨山，1921年夏安特生和师丹斯基发现了周口店猿人遗址，1923年发现两枚中更新世古人类牙齿化石。1929年12月2日裴文中发现第一颗完整的中更新世猿人头盖骨，确立北京猿人为人类发展的一个阶段，使周口店古人类学的研究领先世界。1930年发现了晚更新世山顶洞人化石，随后发现古人类使用的骨针和祭祀用的赤铁矿粉。1936年贾兰坡发现3颗中更新世猿人头盖骨。二战期间，周口店猿人遗址先后出土的5个中更新世猿人头盖骨失踪。1966年裴文中率领挖掘队发现了现在仅存的中更新世猿人头盖骨化石。1973年顾玉珉在第4地点旁边发现晚更新世新洞人化石。2003年以同号文为首的发掘队发现了晚更新世田园洞人化石。

北京猿人头盖骨

猿人遗址马家沟组石灰岩

古人类家的材料——可溶性岩石

岩溶洞穴是古人类最早的家，形成洞穴离不开可溶性岩石，海洋沉积的地层和燕山运动构造有利于岩溶洞穴的形成。形成周口店古人类家的地层有两层，一层是4.6亿年前海洋沉积形成的奥陶纪马家沟组石灰岩，另一层是15亿年前陆表海沉积形成的中元古代雾迷山组硅质条带白云岩。

周口店遗址一共发现8个地点曾经是古人类的家。

大地是一本书，正常情况下，上新下老，地质工作者将自然界中出露最完整的书用当地的地名命名，称为地层剖面。8个家中的7个地点均位于距今约4.6亿年前沉积的马家沟组地层。这本马家沟组地层书，从上至下展示如下：

上覆地层：太原组

---平行不整合---

马家沟组:厚度68.14米

6.黄白色中厚层条带状大理岩

5.灰白色中厚层纹带状大理岩与纹带状白云岩互层

4.薄层白云岩与薄层大理岩互层，中夹深灰色板岩

3.灰色中层状白云质大理岩及青灰色纹带状大理岩

2.灰色薄层状白云岩与大理岩互层

1.灰色、灰白色薄层白云质大理岩夹薄层纹带大理岩

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下伏地层：亮甲山组:

马家沟组石灰岩沉积后，经历了多期构造运动的改造，特别是燕山运动使得地壳下部的房山花岗岩体上拱，地层上卷，形成北岭向斜，地质图上呈现日月同辉的画面，周口店遗址位于北岭向斜的东南扬起端。

后期的固态流变作用形成了次一级周口河东面的164背斜和安特生最早挖掘化石的鸡骨山向斜。

古人类的8个家中，仅有第27地点田园洞人的家位于中元古代雾迷山组地层书的顶部，地层剖面如下：

上覆地层：洪水庄组灰绿色页岩

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周口店遗址8个古人类家的出土物及地质概况

田园洞雾迷山组白云岩

a.距今15—1.5亿年前的厚层地质沉积

b.中生代，岩浆侵入，固态流变构造形成

c.岩体侵入，推挤岩石地层，北岭向斜雏形北岭向斜的形成过程

d. 抬升剥蚀，北岭向斜形成

雾迷山组第四段 厚670.64米

8.灰色—深灰色极薄层白云岩

7.浅灰色薄层含硅质条带白云岩

6.浅灰色中薄层硅质条带纹层白云岩

5.浅灰色—白灰色厚层纹层白云岩

石花洞的锁孔形断面

4.深灰色厚层含硅质条带纹层白云岩

3.浅灰色薄层白云岩

2.褐红色构造角砾岩及靡棱岩

1.硅质条带白云岩

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下伏地层：雾迷山组第三段深灰色叠层石白云岩

田园洞位于周口店遗址西南约6千米，属于石门背斜的北翼。石门背斜以石门花岗岩体为中心，南翼产修建北京古都的汉白玉，北翼为云居寺——云水洞所在的白带山，在雾迷山组顶部的白云岩溶隙中形成了云水洞和田园洞，其中的田园洞发现了古人类化石。

古人类家的搭建——岩溶作用

岩溶最早称为喀斯特（Karst），因为巴尔干半岛斯洛文尼亚的喀尔斯（Kras）高原发现波斯托伊纳（Postojna）洞，德国学者研究该区域的地貌，德语译为Karst。1966年我国第2届喀斯特学术会议将喀斯特改为岩溶。1981年在山西召开北方岩溶学术会议，议定岩溶与喀斯特通用。周口店地区为可溶性岩石马家沟组和雾迷山组，伴随着喜马拉雅山隆起的新构造运动，岩溶作用造就了古人类的家。

岩溶作用形成锁孔形横断面形态。山顶洞和猿人遗址组成上部椭圆形下部垂直裂隙型的锁孔形岩溶洞穴，上部的椭圆形断面代表地壳稳定，下部的垂直型裂隙形代表地壳瞬速隆升。上部椭圆形山顶洞为南口（向东）在上北口在下的穿洞。下部为垂直裂隙形猿人洞。

北岭向斜东北扬起端石花洞的第4层也发育锁孔形断面，说明新构造运动隆升对区域岩溶洞穴的形成是一致的。

岩溶作用形成岩溶石柱和脚洞。第4地点（新洞）属于岩溶石柱的脚洞，岩溶石柱为石灰岩经过溶蚀、侵蚀后残留的上下直径大致一致的柱状岩体，脚洞为石柱脚下由水流侵蚀、溶蚀发育的流入型洞穴。洞内堆积物为晚更新世红色砂质粘土，发现晚更新世古人类前臼齿1枚，并有石器、朴树仔和灰烬等。

岩溶作用形成雾迷山组顶部的垂直溶隙。第27地点（田园洞）位于周口店遗址西南约6千米，发育在与北岭向斜相邻的石门背斜北翼东部，地层为15亿年前陆表海沉积形成的雾迷山组顶部。这与周口店遗址其它洞穴均发育在4.6亿年前海洋沉积的奥陶系马家沟组石灰岩明显不同。洞穴沿岩石垂直裂隙发育，洞内堆积了灰白色粉砂及小块砾石，发现了晚更新世古人类的下颌骨、锁骨等多部位骨骼化石，以及26种动物化石。

上部的椭圆形山顶洞

下部的垂直裂隙形猿人洞

顶盖堆积处的岩溶石柱

岩溶石柱的脚洞出土的新洞人牙齿化石

古人类家的证据——充填作用保留了古人类的生活遗迹

岩溶作用形成了椭圆形山顶洞和裂隙形猿人洞的组合式形态——锁孔形横断面。晚更新世的流水充填堆积作用，在山顶洞内碎屑堆积物中埋藏了晚更新世古人类、赤铁矿和骨针等。中更新世的流水充填堆积作用，在猿人洞内堆积了碎屑沉积物，科学家由上至下分为17层，杨钟健划分了1～10层，贾兰坡划分了11～13层，杨子赓等划分了14～17层。其中在第3层上部发现了现在仅存的头盖骨化石，第4层最早发现人类牙齿化石，第8～9层含化石的角砾岩层内发现3颗猿人头盖骨，第10层北部支洞东侧发现了第一颗完整的猿人头盖骨。

石花洞中的粗犷石笋和杆状石笋

古人类家的生存环境在石花洞中被记录

周口店地区和石花洞地区的岩溶洞穴主要分布在房山岩体周边的北岭向斜南北两端的奥陶系马家沟组石灰岩中。早更新世，周口店遗址没有发现古人类化石。中更新世，周口店遗址为湿热环境，降水多，石花洞中沉积了钙板和粗犷石笋。晚更新世，周口店遗址为干凉环境，降水少，石花洞中沉积了杆状石笋。

古人类家中最多的石器材料是石英

周口店遗址石器材料的岩性多达40余种，但以石英最多，占比80%以上，其次为水晶、燧石和砂岩，其它岩性占比很少。

石英主要为脉石英，来自马家沟组灰岩中后期热液沿着裂隙充填的石英脉。燧石来自雾迷山组的硅质部分。水晶来自周口店北西约13千米的大草岭水晶矿。砂岩母岩为周口河上游的四盒子组砂岩，崩塌后，经过周口河的搬运和古人类的加工，形成可用的石器。

山顶洞人家中的赤铁矿粉体现了人类最早的“礼”

山顶洞内发现了古人类用于祭祀的赤铁矿粉，将中国儒家思想“礼”的来源上溯到距今约3万年前。赤铁矿粉可能来自周口店附近芹峪运动所在的铁岭组与下马岭组之间的风化壳，也可能来自远处宣化烟筒山串岭沟组底部的赤铁矿。