《清明上河图》山水地质学分析

南京大学 康育义

【提 要】　本文从山水地质学角度，考察张择端《清明上河图》中所表现的地质环境、地质现象以及工程地质问题。从而证明张择端对当时东京汴梁从郊外农村到城里进行过详细考察，因而创作出既符合地质环境实际又高度综合，既源于生活又高于生活的城市风情画巨制。
关键词：山水地质学分析

【作者简介】 康育义 南京大学地质学教授、美术学教授，《山水地质学》创始人。

　　张择端的《清明上河图》是世界上最早的一幅全景式地展现城市政治、经济、文化风俗的山水画巨制。不论它的“人文建筑”，还是它的“地质基础”，均具有浓厚的写实主义色彩。因而蕴涵着极其丰富的考古学和山水地质学信息，为我们考察九百年前东京汴梁的政治、经济、社会、人文、以及地质环境等诸方面问题成为可能。下面仅就《清明上河图》中的山水地质学若干问题进行判读与分析。

一、《清明上河图》的地质环境

　　《清明上河图》描绘的是北宋都城东京汴梁清明时节的繁华热闹场景。东京汴梁，即今日河南开封。从地理上看，属于华北平原，从地质构造上看，属于华北地台。确切地说，东京汴梁地处华北地台上的黄土高原与华北平原之间的过渡带上。
我国的华北地台区是世界上最古老的地台构造区之一。它的范围包括内蒙古阴山山脉及其东延进入辽宁南部一线以南，贺兰山-六盘山一线以东，秦岭-大别山-连云港一线以北广大地区，行政区划上包括今日的河北、山西、宁夏、山东、河南、以及陕西东部。华北地台的突出特点是，在距今18亿年以前，地壳处于活动发展阶段，因而形成了太古代(25亿年以前)古老结晶岩基底，和早元古代(18一25亿年期间)褶皱变质带。从18亿年前开始，华北地台区出现，并进入地壳相对稳定的地质发展阶段。除了在地台边缘地带，如燕山、贺兰山、六盘山、秦岭、大别山地区，存在海沟坳谷，沉积较厚(数千米)的中元古代和晚元古代地层外，地台内部几乎没有太厚的沉积，甚至干脆露出海面成为我国最古老的陆地。距今6亿年以来，华北地台更趋稳定，地势逐渐被剥蚀夷平。虽然古生代期间也发生长期的海浸，但是此时已属于典型的地台稳定区沉积，岩层总厚度小，只有几百米，岩性变化不大，主要是大面积的碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)和含煤岩沉积。古生代末，华北地台总体抬升结束海浸历史(大陆架除外，下同)。中生代至今的2.3亿年，华北地台长期处于大陆状态。特别要指出，由于受到新生代喜马拉雅地壳运动的影响，我国发生阶梯状总体隆升，太行山大断裂构造运动，把华北地台断裂成东西两大块，东部沉降成为华北冲积平原，西部上升成为黄土高原。东京汴梁正好处在华北平原西部边缘和黄土高原接壤的过渡带上，大地一片黄土，地形微有起伏，是这一地区地质环境的特色，《清明上河图》表现的正是这一特色。

二、《清明上河图》中的地质地貌现象

　　 《清明上河图》虽然主要描写城市建筑物及人物活动，但是从山水地质学角度上看，仍然科学地反映出汴河两岸基础地质若干有趣的地质地貌现象。解读剖析如下：

(一)原始地貌特征：

　　 我在上一节分析中已指出，东京汴梁地处华北平原西部边缘与黄土高原接壤的过渡带上，大地一片黄土，地形微有起伏，是这一地区地质环境的最大特点。张择端在《清明上河图》中忠实地反映这一特点，他用娴熟流畅的略带波状的水平线条，展现东京汴梁地区的原始地貌，旷阔、宁静而悠远。但仔细察看，这里并不是一块单一水平地貌，而是地形波状起伏，形成一些次一级地貌单元。初步核计，有平缓的低丘，低矮的陡坡和陡坎，有汴河主河道和支流，有地面受雨水冲刷形成的侵蚀细沟和冲沟，以及地形凹陷形成的湖泊(见于城门边)等等，它们相互穿插展布于汴梁大地，构成建都前的原始地貌。这些地貌单元至今我们仍然可以在开封地区得到验证。

(二)地表表层沉积物特征：

　　 纵观东京汴梁地区，地表覆盖的全都是第四纪晚期的黄土。在《清明上河图》中，有二种笔法可供我们判断表层沉积物的性质，以及分析它们的成因类型。(1) 在画面纵向上采用画平沙的笔法，即用略微带波动且圆润的水平状线条，表现水平原始地面的起伏，以及松软沙土沉积的质感；(2) 在横向剖面上则采用虚线横皴法，表现松软沙土沉积物呈水平层状的沉积构造。从而揭示出这里的第四纪松软沙土层(即黄土状物质)是由流水冲积形成的，它们与黄土高原上的风成堆积黄土完全不同，风成黄土在横剖面上是没有水平层状沉积构造的。( 图1 )

图1 具水平层状沉积构造的沙土层

(三)冲刷作用：

　　 《清明上河图》表现流水的冲刷作用十分普遍。一种是天然雨水对原始地面长期的直接地进行冲刷，因而形成高低起伏的地形形态，以及由此出现的冲刷侵蚀细沟和冲沟，进而出现小溪、小河以及湖泊的负地形。这些冲刷作用我们都可以从《清明上河图》郊区农村画面上看到。另一种是河水直接对河滩河岸进行冲刷，出现一些台阶状的冲刷平面。比如，《清明上河图》卷首汴梁郊区农村小河边，河岸被河水直接冲刷作用形成台阶状的冲刷面( 图2. )。

图2 河水对河岸冲刷作用形成的台阶状冲刷面

(四)侵蚀与沉积作用：

　　 《清明上河图》表现侵蚀与沉积的外动力地质作用，集中表现在河曲地区。即反映在因河流弯曲而造成河水对凹岸与凸岸产生不同的地质作用上。在河流的弯曲地区，由于汴河水流中心线的摆动，造成凹岸遭受河水的冲击侵蚀，继而产生泥岸的崩塌作用，出现陡崖地貌。相反，由于河流中心线远离凸岸，水力变小，泥沙便在这里沉积下来，形成凸出的沉积沙滩，叫沙咀。这种地质现象，我们在《清明上河图》的中部河曲处见到(图3)。图3中的左岸为凹岸，右岸为凸岸。张择端用陡峭的土崖笔法表现凹岸，表示因受河水冲击侵蚀作用而发生崩岸地形，用平沙笔法去画凸岸，表现沉积沙滩地形，既符合实际，又恰好和地质现象相吻合，妙笔！
对河曲两岸形态采用不同画法，充分证明张择端是经过仔细观察的。虽然他并不知道地质科学道理(当时地质学还远未诞生)，可是由于详察自然，忠实描绘自然，才会与自然科学道理相吻合，让我们觉得很真实，也很耐看。他的这种现实主义与浪漫主义相结合的创作方法，对于我们后来者具有普遍意义。

图3 河曲的形态：左岸(凹岸)侵蚀形成崩崖，右岸(凸岸)沉积形成沙滩

三、《清明上河图》中的工程地质问题

　　 在《清明上河图》中，我们也可以看到由于第四纪松软沙土层引发的一些工程地质问题，它们都被张择端如实地记录下来了。最显著有两类：

(一)桩柱支撑干栏式建筑物：在《清明上河图》中，于汴河右岸岸边多处见到桩柱支撑干栏式建筑物。描绘比较详细画面较清晰的有两处。一处位于《清明上河图》第4段，一座临河木构建筑物，其地基受水流冲刷侵蚀成三道冲沟，采用桩柱支撑建成郊区小街店铺，一者解决地基不平，二者解决木地板防潮，甚为显眼。( 图4 ) 另一处位于《清明上河图》第6段，这里的店铺地基一半平一半倾斜，可以看到地基倾斜的那部分，采用桩柱支撑法形成的干栏式建筑。( 图5 ) 此外，在虹桥左侧不远处，也见到画得比较简略，但确实是类似原因而修建的桩柱支撑干栏式建筑。

干栏式木构建筑历史，在我国非常久远，早在七千年前南方河姆渡遗址，便发掘出干栏式木板房。不过在北方由于气候相对干旱，房屋一般都是直接盖在地面上的。在黄土高原上，甚至直接挖洞穴居。在西安半坡遗址，我们看到的是在平地上挖坑，在坑的上方再用木棍搭支架，铺盖麦杆成屋，叫做半穴居。在半坡遗址还有一种房屋，是直接在黄土地面上塔建的。这些都说明我国北方气候干燥，并不需要采用干栏式建筑。换言之，干栏式建筑并不是北方建筑的普遍形式，只有在特殊情况下才会出现。《清明上河图》表现的干栏式木构建筑就是一种特例，是因地制宜而出现的建筑形式，完全属于工程地质上的技术处理问题。

图4桩柱支撑干栏式建筑(1)

图5桩柱支撑干栏式建筑(2)

(二)虹桥桥址选择：《清明上河图》的虹桥是全画的中心和亮点，一方面展现宋代高超的造桥技术，同时又展现东京汴梁之繁华。
在第四纪松软泥沙土河岸上建单孔拱桥，一者要有高超成熟的技术和材料，二者要选择适合的建桥地址。建桥技术和材料已有很多专业人士进行过分析和研究，这里只谈选址问题。在泥岸建桥，在工程地质上必须注意两个问题：1、河水对两岸的侵蚀冲刷力量要最小且均等，换言之，河道水流中心线在河床中间；2、两岸距离最小，且必须采取措施加固桥基，以及对河岸地基的保护。
考察《清明上河图》，首先虹桥选在河流两岸平行的河道直流处，因为那里河水水流中心线位于河床中心，水流速度由中心向两岸递减，流水对两岸的作用力最小，且两岸所受到流水的侵蚀冲刷力均等，保证了水道长期稳定不变，从而也保证虹桥永固。另外由于东京汴梁地处广阔平原，坚硬的基岩被深埋在第四纪沙土层之下，就近找不到工程石料，所以展现在我们面前的虹桥，其两端均用整木垒成巨大而厚实的桥墩。以木代石做桥墩，既保护了泥岸，又加固了桥基，此种工程地质处理方法甚为合理。( 图6 )

结论

　　(1)《清明上河图》描绘的原始地貌，在地形形态上，在地质环境上，以及所涉及的地质现象、工程地质诸方面的问题，都是符合实际，都有科学依据的。由于地质发展历史是一个非常缓慢而漫长的过程，它的时间是以百万年作为计数单位的，不是一个人、甚至一个人类历史阶段所能直接观察出来的。因此，张择端所描绘的东京汴梁九百年前的山水地质状况，我们仍然可以在现今的开封地区见到，都可以从现实情况得到验证。

图6 虹桥及其木质桥墩建筑结构

　　(2) 因此我的结论是，《清明上河图》是中国画家现实主义与浪漫主义相结合的创作方法的光辉体现，是“外师造化，中得心源”，“审美突悟，艺术转换”的伟大成果，是艺术性与科学性完美统一的典范。

【参考文献】

1、 徐邦达编：中国绘画史图录(上)，P.159-165 。上海人民美术出版社，1981.
2、 康育义著：山水地质学与中国绘画。江苏美术出版社，2005.

【注】本文是应北京故宫博物院书画研究室请求，为纪念《清明上河图研究五十周年》而作。2006-9-11完稿于南京大学戴云山庄