20世纪初的中国，随着清王朝的灭亡、世界列强对中国的瓜分和国内军阀混战的逐序上演，近代社会进入转型时期，国内的政治、经济、思想和文化均发生了重大变革，其中，出现了一种既有秀才功名，又有留洋博士的独特文化现象。一批学贯中西的近代学者出现，他们将东方古老文明智慧与西方现代科学融汇贯通，在动荡的社会环境中，怀揣“我虽年少知自勉，须扶衰弱佐中兴”的理想，坚持对科学孜孜不倦的追求，开启了中国自然科学诸多学科发展的篇章。1913年末，刚刚获得中国第一位地质学博士称号的翁文灏离开了比利时鲁汶（leuven）大学，回到国内，于乱世中立下了“愿为地学启朝暾”的誓言，成为拉开中国地质学发展大幕的关键人物，他提出的“燕山运动”学说，成为20世纪中国伟大的地质发现。
↑ 翁文灏先生
↑ 1916年农商部地质研究所教员（前排左起：翁文灏、章鸿钊、丁文江）与卒业生之留影
区域地质填图与“燕山运动”的诞生
区域地质填图是在选定或规定的区域范围内，按一定的比例尺及统一的技术要求，将各种地质体分布特征、三维关系及有关地质现象用规定的地质填图要素填绘于地理底图之上，形成地质图的工作过程。由区域地质填图所形成的图件和报告，是开展矿产地质调查、地质工程建设、地质灾害治理和进一步科学研究重要的参考资料。区域地质填图的程度取决于一个国家地质工作的水平。虽然中国古代的知识分子和能工巧匠们在岩矿开采等方面，取得了优秀的成绩，但是，并没有形成系统的科学理论，严重制约了经济的发展，这种的理念状况一直持续到晚清。然而，当时的一些官员和学者已经认识到这一点，秉持“师夷长技”推动留学运动，如1903年，时任湖北总督的端方奏请清朝光绪皇帝，折中所言“中国地大物博，实甲环球，唯于工艺素少讲求，器械未能自制，开矿修路等事，无不雇佣洋匠，以致事权旁假，大利难兴…比国（指比利时）实业较精，学费较省，诚能各派学生前往肆业，他日学成而归，上足以备任用，下足以裕资生，实于大局不无裨益”，于是，包含翁文灏在内的一批青年人，便在此背景下，出国留学，学成归国之后，投入为振兴国家而兴建的各类事业中。以章鸿钊、丁文江和翁文灏等为代表的中国地质学奠基人员，深刻认识到区域地质填图的重要性，于是在北洋政府地质调查所成立之后，便将绘制中国的地质图摆在工作的首位。
↑ 图1 《北京西山地质志》所附华北地区综合地层柱状图（右，叶良辅，1920）与华北地区典型中生代盆地充填序列对比图（渠洪杰，2019）
北京是当时地质调查所所在地，也是政治、经济、文化中心，北京周边的地质调查工作自然开展的最为顺利，研究程度最高。1916年夏，原中央地质调查所所长丁文江组织在北京西山开展1:50000区域地质填图，首令当时的13位学员们完成该项工作，当年8月，13名学员采用小平板分片测量，只用了1个多月就基本完成了北京西山大部分地区的测量，有2个区域在1918年补齐。在地形、地质测量的基础上，从1918年冬天，由叶良辅执笔开始编写《北京西山地质志》，并于1920年出版。《北京西山地质志》为北京地区提供了第一份系统的区域地质调查报告，建立了第一个相对完整的、对华北地块有相当普遍意义的综合地层柱状图（图1）。《北京西山地质志》指出：“髫髻山层为阐明西山地史变迁之一大关键，故与其余地层之关系，不可不研究及之。”书中还列举了髫髻山层与下伏3类不同岩层之间的接触关系。通过对比《北京西山地质志》和翁文灏的研究论文可以看出，北京地区的区域地质填图为“燕山运动”的提出打下了坚实的基础。
1926年，翁文灏参加了东京举办的泛太平洋科学大会，宣读了题为“Crustal movements in Eastern China”《中国东部的地壳运动》的文章，文中首次提出了“燕山运动。”1927 年，翁文灏对文章做少量修改后，以“Crustal movements and igneous activities in eastern China since Mesozoic time”（《中国东部中生代以来的地壳运动及岩浆活动》）为题，发表在《中国地质学会志》（即现：《地质学报》）上。在论文中，翁文灏指出：“我国沉积记录中虽常出现地层间断，但从未变质的前寒武系（约18亿年始形成的岩石）直到侏罗系（2亿年-1.45亿年间形成的岩石）、有些地方可到更高层位的全部序列显然是整合（不同时间形成的岩石间角度无差别）的，而没有或很少角度不整合的踪迹。在许多地点主要不整合见于侏罗系以上，故中生代运动在中国大地构造学中具极大重要意义，应过细予以研究。”他还指出：“北京西山九龙山和髫髻山岩系（组成髫髻山的主要岩石）之间倾角的差别也许并不很显著，但在我看来，不会有多大疑问，在髫髻山岩系沉积之前，曾发生过重大的变形和剥蚀。” 他对“燕山运动”发生的时间也给出了认识，认为“燕山运动年代应限于北京西山的九龙山系与髫髻山系之间。”1927年冬和1928年初，翁文灏两度考察了位于辽宁省西部北票煤矿的地质构造，对当地的逆冲断层进行了深入研究，随后发表了论文《热河北票附近地质构造研究》，指出：“余从前尝论中国东部燕山期地壳运动之重要，按之北票地质则知所谓燕山期者应相当于上煤系及上火山岩系间之不整合，仅为绪动期间，而主要运动则为时尚稍后，而其动之性质又极猛烈，使余前说不得不有所补充或修正。”该论文中还提出将“燕山运动”分为三期的观点。通过上述3篇论文，翁文灏提出并完善了“燕山运动”，其主要观点一直持续到现在仍指导着地质学的发展。
↑ 翁文灏论文《中国东部中生代造山运动》的部分截图
虽然“燕山运动”的影响在中国极为广泛而深入，只是当年占统治地位的西方地质学界只知有“加里东运动”（发生在4.9-3.9亿年间）、“海西运动”（发生在3.86 -2.57亿年间）、“喜马拉雅运动”（发生在2350万年-78万年间）等，而我国现代地质学知识最初又主要从西方引进，所以，大多数人一开始并未意识到“燕山运动”的存在，中国的地质学发展还处于艰难的学习与引进阶段。1925年，在南开大学科学馆开幕式上，强烈的责任感和使命感令翁文灏写道“我们自己的材料，自己的问题，不快快的自己研究，以贡献于世界，却要劳动他们外国人来代我们研究，我们应该感觉十分的惭愧，应该自加十二分的策励。”当时的中国地质学界急需一个自己创建的重大理论。翁文灏根据中国的实际提出了“燕山运动”，指出“若将它（指燕山运动）与海西造山期相比，则其年代太年轻，若与喜马拉雅期相比，则又过于古老。然而，这一运动对中国东部局部构造确有影响，并足以给予一专门名称。”经翁文灏一点破，很快得到广大地质界的响应。著名地质学家、中国科学史奠基人之一的章鸿钊，曾对翁文灏提出“燕山运动”之后当时地质学界做过生动的描述：“自翁文灏先生唱燕山运动之说，一时言中国地质构造者莫不宗之。”
“燕山运动”定义的地质依据
岩层发生褶皱变形是构造运动存在的主要证据之一（图2），人们在研究和命名诸如“喜马拉雅运动”等构造运动时往往收集这类的证据，包括翁文灏本人及后者在深入研究“燕山运动”时，也通过北票等地区的逆冲变形改变了最初的认识，而将提出之时的地质证据称之为“绪动”的表现。然而，回归到1926年，“燕山运动”概念提出时所认知的地层没有显著的褶皱变形，不同岩层之间仍然没有产状上的明显差异，如北京西山一带侏罗系与下伏岩层之间没有角度不整合，按照《北京西山地质志》的表述是“地层率皆整合”（产状无差别）。这种情况就需要确认构造运动存在的其他证据。翁文灏在提出“燕山运动”时给出了地层无明显角度不整合前提下，判断构造运动不整合界面存在的两个准则，他提出：“不整合之存在不能尽于地层倾斜之不一致求之。如异种地层之接触，及砾岩岩石之来源等亦应予以深切注意。”（图2）
↑ 图2 翁文灏最初判别“燕山运动”存在的准则示意图
按照翁文灏当时提出“燕山运动”和后续研究者的主要论述，在北京西山地区，“异种地层之接触”可分为三类：侏罗系的髫髻山组底部或九龙山组底部或龙门组（王竹泉）覆盖在元古界之上、覆盖在古生界之上和覆盖在门头沟煤系（窑坡组）。“砾岩岩石之来源”则主要是指不整合面上砾岩中的砾石物源。根据野外实地调查，不整合面上砾岩中含有大量的燧石和白云岩砾石，而含燧石条带白云岩则是北京西山地区元古界雾迷山组岩石的主要特征。按照地质学的理论，若无重大构造运动，地层之间会遵循下老上新的叠置规律，若后期地层中出现了前期或更早时期地层的物质，则表明往期地层已经过构造运动被抬升，早期沉积区变成了剥蚀区，前后两期沉积地层之间发生过构造运动，抬升剥蚀的地层时代越老，抬升幅度越大。在北京西山地区，当侏罗系砾岩中出现了应该深埋于地下的元古界岩层砾石，说明这一地区不仅发生了构造运动，而且由此构造运动所导致的早期地层抬升幅度非常大。根据北京西山地层序列和厚度计算，本次抬升幅度达到4000米左右，而在辽宁西部则几乎达到了6000米。
为复原翁文灏所分的这三类“异种地层之接触”，本文分别以北京昌平区流村镇韩台村、门头沟区雁翅镇刘公沟和龙泉镇九龙山南坡进行举例考证（图3）。
↑ 图3 北京西山地质略图（据1:250000北京地质图修改，渠洪杰）
(1)韩台村地质点（N:40°06′06.7″ ，E:115°57′28.4″， H:327m）。该点现象为侏罗系覆盖在元古界雾迷山组之上。下部的元古界雾迷山组为中薄层藻团白云岩、硅质条带白云岩（图4左）。侏罗系为粗碎屑岩相, 底部为灰白色粗砾岩，砾石成分以硅质条带白云岩和硅质岩为主，磨圆和分选都很差，向上渐变为紫红色砂岩\含砾粗砂岩旋回层（图4右）。该套砾岩上部为髫髻山组火山岩覆盖。火山岩中含有可以界定喷发年龄的锆石，采用锆石U-Pb同位素测年方法会准确得到火山喷发的年龄，进而限定火山岩下部的该套砾岩形成上限。在测年样品采集位置，可以观察到火山岩与砾岩间无明显不整合现象，且该处附近火山岩与砾岩常成互层状态，表明火山岩的形成时间与砾岩沉积是同时的。在上述点之南（GPS数据：N:40°05′53.6″， E:115°57′29.9″，H:350m）采集安山岩年龄测定样品给出的数据表明，该套火山岩与砾岩形成的时间为151.0±5.1Ma（侏罗纪晚期）。
↑ 图4 “燕山运动”不整合面之侏罗系（右）与下伏元古界雾迷山组（左）岩层岩性特征（渠洪杰，2012年，拍摄于北京市昌平区流村镇韩台村）
(2)刘公沟地质点（N:40°00′18.1″，E:115°49′50.9″，H:330m）。主要现象为：古生界中厚层块状灰岩被一层厚度不均的砾岩层所覆盖（图5），砾岩部分夹有灰色、灰绿色粉砂岩和细砂岩，砂岩之下的砾岩中砾石棱角状明显，成分单一，与下伏灰岩一致，砾石直径一般不大于30cm，基质支撑。该不整合面上覆砾岩的年代学研究较为薄弱，因为砾岩本身很难进行年代学测试，对砾岩中砂岩夹层可以采集碎屑锆石测年样品，挑选其中的碎屑锆石进行U-Pb同位素年代学测试，测试结果表明其物质来源丰富，并存在一个159.2±1.9Ma的峰值，而最年轻锆石年龄为152Ma，表明该不整合面构造的形成时代为侏罗纪晚期。
图5 “燕山运动”不整合面之侏罗系（上）与下伏古生界（下）岩层特征（渠洪杰，2009年，拍摄于北京市门头沟区刘公沟）
(3)九龙山南坡地质点（N:39°56′16.0″ ，E:116°02′50.9″，H:305m）。该点位于侏罗纪盆地内部。按照地质理论，处于同时期盆地内部的地层相对是连续的，所以，该处露头最具有考证意义。《北京西山地质志》和王竹泉都分别在九龙山南坡进行过剖面测量（图6），识别出了多层砾岩，其中，最为重要的为自下而上测量时第一层砾岩。这层砾岩在王竹泉定名为龙门组之前，被称之为九龙山组底部砾岩。砾岩厚层块状，夹深灰色砂岩透镜体，上覆于门头沟煤系或窑坡组灰色、深灰色砂岩与泥岩之上。砾岩中砾石分选和磨圆中等，成分复杂，主要以石英砂岩、碎屑岩、凝灰岩、碳酸盐岩和燧石为主，其中，碳酸盐岩和燧石与元古界雾迷山组可对应。这套地层的确切年龄依然难以测定，但根据上下地层关系和内部砂岩碎屑锆石测年，仍可以得出其形成的时间约为145Ma左右，时代为侏罗纪晚期。
↑ 图6 《北京西山地质志》（a）与王竹泉（b）在九龙山南坡测制的侏罗系剖面及砾岩照片
（渠洪杰，2009年，拍摄于北京市门头沟区九龙山南坡）
然而，正如前章所言，“燕山运动”在提出以后的长期发展中，已经对最初的定义进行了更为丰富的扩展，最突出表现为将代表“燕山运动”的地质记录变得更为全面。从“每覆于不同时代之上的砾岩”发展成为多个期次形成的沉积盆地、岩浆作用、不整合面和变形构造等证据。目前，主流地质学界在翁文灏等早期分幕或期的基础上，将“燕山运动”分为“A幕”、“中间幕”和“B幕”。
“A幕”是以现在定义髫髻山组火山岩之前的不整合为标志，在北京西山盆地内的龙门组和九龙山组沉积是该幕次构造运动的响应，所以，髫髻山组底部火山岩之前和窑坡组顶部碎屑沉积之上的年龄代表了“A幕”的时间（图7）。鉴于不同地区地层保存和火山喷发不尽相同，所以，这个时间在研究结果上存在一个跨度。北京西山雁翅镇马兰村一带髫髻山组底部火山岩锆石U-Pb年龄为157±3Ma，在河北省承德一带的髫髻山组底部火山岩则为161±1Ma。在此之前可以进行很好定年的地层为南大岭组火山岩。渠洪杰等（2012）报道了北京西山南大岭组火山碎屑岩的年龄为168.2±1.4Ma，这套地层位于难以测定准确年代的龙门组和窑坡组之下，给出了A幕发生的下限年龄。故，“燕山运动”A幕是发生在161-168Ma之间的构造运动。
↑ 图7 北京西山龙门组底部砾岩中燧石砾石（左）与髫髻山组底部的复成分砾岩（右）
（渠洪杰，2012年，拍摄于北京市门头沟区九龙山和雁翅镇淤白村）
“中间幕”是一个确认了“B幕”存在标志之后才能定义的幕次，所以，判别“B幕”标志十分重要。翁文灏在提出“燕山运动”之后的辽宁北票盆地之行，就观察到了侏罗纪末-白垩纪初的一次构造变形，由此标记的上、下地层之间不整合面更加凸显了“B幕”的存在。在北京西山地区“B幕”不明显，主要是因为所保存的地层受限，西山盆地内较少保存有白垩纪地层，所以，不易观察到这期变形。在河北省北部的后城盆地、承德盆地或燕山山脉中段的其他中生代盆地内，标志着这一期次存在的证据是很明显的，也是被后人研究最为透彻的地方（图8）。张家口组流纹岩与下伏土城子组碎屑岩之间，存在显著的角度不整合面，这一不整合面上覆张家口组最底部火山岩的锆石U-Pb年龄为135±1Ma。北京西山盆地内同期的东岭台组流纹岩年龄为132.24±0.41Ma。不整合面之下的土城子组已经发生了显著的褶皱变形，对这一变形的剖析尤以河北省北部的承德盆地最为透彻，该盆地内土城子组和髫髻山组已形成一宽缓且不对称的向斜。在北京西山盆地内的黄土店，可见早期地层逆冲于土城子组之上，顶部凝灰岩锆石U-Pb年龄为140.2±3Ma。区域上土城子组内部火山岩夹层锆石U-Pb同位素的测年结果表明其形成时间为156-139Ma。
↑ 图8 “燕山运动”B幕张家口组流纹岩与土城子组砾岩间角度不整合（右手为东）（渠洪杰，2015年，拍摄于河北省赤城县后城镇）
“A幕”和“B幕”之间称之为“中间幕”，从岩石地层序列而言，“中间幕”就是以髫髻山组火山岩为代表的一套岩浆作用来表现的，具体时间段以髫髻山组顶部火山岩的年龄来限定，集中在161-153Ma。
“燕山运动”之于中国东部构造格局的重大意义
“燕山运动”所揭示的地质现象和所总结的地质理论，在指导固体矿产勘察、煤炭资源开发、石油天然气勘探和科学研究中都发挥了重要的作用。燕山期的岩浆作用带来了巨量金属元素的富集，形成了诸多不同类型的矿床。中国东部自北向南的大兴安岭成矿带、太行山成矿带、华南成矿带等多是受燕山期岩浆作用的影响，提供了来自地球深部的巨量金属元素。中生代以来形成的大型沉积盆地和热事件，汇聚了石油天然气能源资源，如被称之为聚宝盆的鄂尔多斯盆地内蕴含的石油、天然气、煤炭、铀矿等形成、富集和改造，均与燕山运动密切相关，盆地内含煤碎屑岩与上覆岩层之间突变的沉积相和物质组分，是对“燕山运动”A幕的记录，如北京西山盆地内龙门组与上窑坡组、辽宁北票盆地内海房沟组与北票组、山西大同盆地内云岗组与大同组、鄂尔多斯盆地内直罗组与延安组等。中国东部一系列北东向的盆地，如松辽盆地、环渤海湾盆地、四川盆地等与前面所述的大兴安岭、太行山、秦岭和华南系列山脉，相间排列组成了北东向构造地质地貌单元，而这一构造格局的形成是发生在“燕山运动”期间。中国大陆由早期以阴山-燕山构造带、泛鄂尔多斯盆地和秦岭-大别山构造带为主体的东西向构造，转变成为了北东向的构造，地质学家一般将其称为“东亚构造转折”。截止2024年6月20日，在中国知网全文检索栏输入“燕山运动”，就可检索到42304条对应的学术论文，输入“燕山期”则可检索到94298篇学术论文，这还不包括未被中国知网收取的文献库和未被收纳的时间段内发表的论文。
20世纪末到21世纪初，由国家自然科学基金委、科技部和中国地质调查局等单位资助的一批项目，将目光锁定在中生代地质过程的调查与研究上，其中，中国地质科学院地质力学研究所赵越研究员负责的国家自然科学基金委重点项目“燕山板内造山带的结构、变形过程及动力学”、中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥院士负责的国家自然科学基金委重大研究计划“华北克拉通破坏”和中国地质科学院董树文研究员牵头的国家专项“深部探测技术与实验专项”等，是这一时期发展“燕山运动”并取得重大理论突破的代表性项目。地质科学家们从构造体制转折、深部岩浆作用与浅地表变形、地球动力学背景等多方面，认识和发展“燕山运动”的内涵，使得“燕山运动”显示出持续的生命力，这一里程碑式的发现依然焕发熠熠光辉。任继舜院士指出“在中国东部的历次地质事件中，燕山构造旋回都是一次十分重要的，压倒一切的构造运动，中国的主要大地构造单元雏形已经形成。”深刻阐明了“燕山运动”对揭示中国东部北东向构造形成的重大意义。
“燕山运动”提出的特殊意义
“燕山运动”提出的时代是国内军阀混战，国外列强瓜分中国的特殊时期。然而，以翁文灏等为代表的近代中国地质学家仍孜孜不倦，为了强壮衰弱的国家和民族，筚露蓝缕启山林，发展了地质理论，提出了“燕山运动”的认识，切实服务了当时社会的发展和国家建设，他们的精神是一笔宝贵的财富，具有特殊的意义。100年后的今天，国家开启了新一轮找矿突破战略行动和发展新质生产力的征程，地质调查者拥有安全稳定的国内环境和相对充裕的资金支持，更应该抓住历史的机遇，向老一辈科学家们学习，不忘初心，以服务国家需求为己任，奋勇向前，开创新的历史篇章。
来源：中科院地质地球所
作者：渠洪杰
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷