永定河大峡谷地质漫淡
易克中
在我们伟大祖国首都北京城的身畔，坐落着一座“地质大观园”，它就是山水荟萃，令人留连往返的永定河大峡谷。
大峡谷的上游入峡口在河北省怀来县官厅水库拦河大坝，从这里到东南方向的北京二环路，也就是北京城老城墙的旧址，只有67公里。下游出峡口在北京市门头沟区三家店拦河闸，东距西二环路不过18公里。
很少有人注意到，永定河峡谷是我国大江大河当中，屈指可数的大峡谷之一。
从官厅大坝到三家店水闸，永定河蜿蜒在万山丛中，“万迭山横翠，千盘河曲长”，峡谷长达108.7公里。这个长度，仅次于三江（金沙、澜沧、怒江）大峡谷、长江三峡等少数长峡，而位居其他许多大峡谷之前。例如，黄河上游的青铜峡长8公里，刘家峡12公里。永定河大峡谷在北京市境内长度约100公里。当然这也是遥居全市其他河峡之前的。
人间仙景——古人笔下的大峡谷
峡谷，又名山峡，是在自然贡献的地质奇观之一。一条河流如果拥有峡谷，那峡谷往往是全流域自然风光精华的荟萃之处。
大约一千五百年前，我国北魏大地理学家郦道元（466或472—527）在不朽名著《水经注》中，有声有色地记述了若干名峡。最脍炙人口的，当然是记长江三峡的那些名句：“自三峡七百里中，两岸连山，略无阙处。重岩迭嶂，隐天蔽日。自非停午、夜分、不见曦月。”
其实，此书记黄河和永定河（古名桑干河，当时作湿水，一作灅水）山峡，也很出色。如记湿水“南入马陉山，谓之落马洪”，又记：“湿水又南入山，瀑布飞梁，悬河注壑，漰湍十许丈，谓之落马洪。抑亦孟门之流也！”
马陉山，清代《怀涞县志》称为天寿山，俗名官亭山。令名官林山。
落马洪，在官厅水库大坝一带河道。水库建成后，瀑布景观已不可见。
孟门，即黄河著名的龙门峡壶口瀑布。
郦道元把永定河山峡的落马洪与孟门壶口飞瀑相提并论，可知古人时落马洪滂湃浩大，气吞山河的壮观十分欣赏。大峡谷景观千姿百态，令历代诗人纷纷留题。前面所引“千盘河曲长”句，出自八百年前，金、元之际的全真教的清和大师尹专平（1169-1251）他隐居西山时，作过多首咏峡诗词。其中有《深入峡里游团山道院留题》二首，云：“滚滚彽河千里来，乱山重迭峡门开，势随曲屈无穷数，流入东洋几去回？”
“二峡峥嵘气象雄，团山水浸画屏中。眼前妙景红光外，疑是蓬莱第一宫！”
田山道院，今址待考。疑在今门头沟区西北隅的碾台，檀木港出露的石英二长岩侵入体。岩体平面近圆形，南北长2500米，东西长2600米，是燕山期岩浆几次侵入的深成杂岩体。它位于怀涞县小幽州及门头沟区沿河城之间，属永定河大峡谷上游右岸。
蓬莱，即蓬莱山。其名初见于先秦古籍《山海经》。它与方丈、瀛洲同是我国远古神话传说中最著名的神山。
过了六百余年，清末大学士宝鉴（1807—1891）随当时“一人之下，万人之上”的醇亲王爱新觉罗奕譞，一同进入山峡，视察由名将左宗崇领导修建的农田水利工程，作《丁家滩》七律。前四句是：“水田澹沱石倾奇，旌旗飞扬耀上仪。东海王封高汉代，西山仙景入陶诗。”
丁家滩，在大峡谷下游右岸，分属妙峰山镇。
陶诗，指晋代大诗人陶渊明《桃花源》诗。诗中描写一处神仙境界的桃花源，脍炙人口，与他的《桃花源记》文同样千载流传。
就在这次醇亲王大肆铺排，豪游峡谷的前前后后，还有一位清代皇族，但诗名远高于身份的宗室诗人爱新觉罗宝廷（1840-1891），因酷爱西山，常与几位“走友”自费畅游大峡谷。他的几十首咏峡之作，一经成篇，往往就传诵朝野。无独有偶，他也把神奇壮丽的大峡谷比喻为仙景胜地。如他的《春日田园杂兴》诗之一云：“桑干西去即仙源，洽喜归田近郭门。一水绕山难觅渡，乱花夹岸各一村，”
桑干，是永定河古名，流传时间最久长。初作绳水，见于先秦《山海经》。绳即桑干的促读。今仍为永定河上游西支河名。
美似诗句不只一首。又如《冷家庄》诗云：“扶筇过峻岭，款步入仙源。寺远唯闻磬，花多不见村”冷家庄，今名拢驾庄，属妙峰山镇。在大峡谷下游左岸。
不仅如此。诗人游峡，行进在高高的阶地古道上。下视深谷，顾盼自雄，居然飘飘然，自我感觉成了仙人。见长诗《晨兴登广寺，度丑儿岭，早饭三家村……》摘句：“我登西岭巅，咫尺欲近天。行人羡高峻，得意如飞仙！”
广化寺，遗址在斜河涧。丑儿岭，又作愁儿岭、绸儿岭、筹儿岭等，与广化寺均在大峡谷下游右岸。三家村，是三家店古名。三家店在出山峡口的左岸。
宝廷喜爱大峡谷的山山水水，把这里美好的一切，都一一记在诗中。他记大峡谷地貌景观诗句很多。举长诗《山行》数句：“滩沙拥河流，斜转随山奔。曲折抱山脚，水啮崖石分。峭壁白如雪，直立浮天根！石纹裂纵横，疑有蛟龙痕。”
其中涉及现代河漫滩堆积、河流侧向侵蚀、岸层产状、岩性、溶蚀、嵌入曲流与岩石节埋等地质现象。
最有意思的是，宝廷在诗中还大胆想象大峡谷是由河流与山石相互争斗的产物，这使他成为探讨大峡谷成因及形成过程的第一人。尽管他使用的是诗歌语言，可又有谁敢说诗人的描述没有一点道理呢？举长诗《桑干行》为证。此诗写得酣畅淋漓，可惜过长，仅择两段：
“山灵河伯相战征，冈格峦拒不放行！
涛车潮马随奔腾，峰剑岭戟同支撑。
魑魅魍魉纷相争，山石遇河河难出。
不能直出河倒折，倒折不回仍旁突。
山势愈紧河愈疾，急流猛烈虎豹慄”
“苍山中断重围开，孤军突出良快哉。
建瓴直下高崔嵬，疑是将军天上来！”
诗句所咏，其实暗合地质学原理。地貌学有关峡谷的定义是：“峡谷，是指谷坡陡峻，深度大于宽度的山谷。它通常发育在构造运动抬升和谷坡由坚硬岩石组成的地段。当地面抬升速度与下切作用协调时，最易形成峡谷。”
就是说，水流切开大山坚岩，由此顺势而下，扬长而去。峡者，下也！
不过，峡谷成为通道，水流势必受两岸夹束。峡者，辖也。
永定河大峡谷，是大自然创造的山水仙景，是永定河与西山共同演绎的神话传奇。
地形，大峡谷的个性
永定河流过的大峡谷山地，位于北京城以西，习惯上统称为西山。西山不是仅仅一座山，是由多条山脉组成的山群，所以又往往被称作西山山脉。从地理位置上来说，西山处在太行山山脉的东北尽端、恒山山脉的东端和燕山山脉的西南端，是这三条山脉交汇纠结的地方。通常人们把西山划归为太行山支脉，或称“太行之首”。西山以东被八宝山断裂带所截断，与北京湾小平原相隔。西山之西，则有一条紫荆关深大断裂带纵贯南北，与冀西北间山盆地区的怀涞、矾山、草庙沟等大小盆地分隔。其中，永定河大峡谷分布的地区，地跨河北省怀涞县东南部，以及北京市门头沟的东部。峡区所在山地，具有许多地形地貌的特点，主要表现在：其一，地形西北高，东南低。这是因为，峡区所在，地处中国大台阶地形的中部第二级与东部第三级之间，是一个大倾斜面。它的西北部上接内蒙古高原和晋、冀黄土高原，东南侧下通华北大平原。从永定河河床高程的下降来看，这个倾斜特点十分鲜明。永定河上游流经怀涞盆地，河床高程大致为500米。至官厅大坝入峡口，高程是440米。待流到三家店水闸出峡口，永定河河床高度已经陡降到海拔100米左右了。
若把永定河比喻成一条巨龙，那么，它的龙口就在官厅入峡口。这条巨龙在大峡谷，就可以形容是一条昂首挺胸，振鬣鼓翼，准备一飞冲天的翔龙。
其二，山地呈宽岭窄谷相间
西山在中生代燕山期间，受板块之间的推挤地层被挤压变形，收缩褶皱，隆升成山，奠定了山脉的大致格局，那就是彼此大体平行，均呈西南—东北走向。主要山脉，从西北向东南依次排列，它们是：
杨家尖（峰顶海拔1681.5米）—老虎背（海沷1233.6米）；
灰金坨（1685.1米）—大广坨（1635.7米）；
黄草梁（1732.8米）—笔架山（1448米）；
幡竿岭（1303米）—人头山（1092米）；
九龙山（852一作959米）—香峪大梁（797.6米）
上述山脉的褶皱总轴，在东灵山—黄草梁—笔架山一线，也就是明代“内三关”长城中，居庸关与紫荆关之间的长城防线所经过的山岭连脉。
这些褶皱山脉山之间，穿插着相对细窄的沟壑、洼地或盆地，形成“隔档式”宽脉窄谷分布区。永定河与这些山脉大多呈直交或斜交，即横断成谷。由此成大峡谷山高谷深，两岸起伏连绵。
其三，地形呈明显的梯级分布。
站在北京平原上向西眺望，只见山脉连绵，重重迭迭，向西北递增升高，显得巍峨高峻，挺拔雄伟。但若从高原上向东南俯视，见到的都是层层递降，很像巨人大踏步下山，走向平原的台阶。
这样的台阶式地形，表现在山脉的岭顶上，就是许多峰岭十分平缓，有时还形成宽阔的平台。这在地貌学上，称为侵蚀面或夷平面。峡区山岭的这些夷平面，形成于“北台期”，时代在中生代白垩纪末期至新生老第三纪早期，距今大约8—6千万年。这2千万年间，西山地层相对宁静，隆起的山地被河流侵蚀及风化剥蚀，渐渐被削平降低，形成一个准平原，即夷平面。此后，距今6千万年以来，喜马拉雅造山运动开始，板块之间的挤压使西山再次隆升。由于各处抬升幅度大小不同，构成山顶的夷平面地高高低低。大致可分为几个层次：
海拔2000米上下，如东灵山（2303米）、白草畔（2035米）百花山（1991米）的岭顶平台；
海拔1400—1800米之间的平顶山，有黄草梁（1733米），老龙窝（1649米）、清水尖（1528米）、笔架山（1448米），等等。
第三层海拔在1000—1200米上下，主要是妙峰山（1291）、九龙山（969或853米）等等。
此后，在新第三纪末期，距今大约500—300万年间，西山又有一次较短的宁静期，由此造成“唐县期”侵蚀面。由于侵蚀时间过短，未能夷平山顶，仅仅是在河谷坡上，形成侵蚀面，大多成为海拔500—700米的两级阶地。
第四纪以来，西山又经历过若干节奏性间歇抬升侵蚀期。经河流下切，构成高低不等的阶地。
这些阶地有的被后期流水切割，变成不连续的峡谷台地。大峡谷的各级阶、台地，使峡坡产生梯级地貌差异，形成不同的景观；同时，它们也往往成为人们的生产生活分布区。
第四，地形地貌差异决定于地质不同。
从官厅大坝到沿河城，永定河大峡谷穿行在一片岩溶高原之中；过了沿河城，则是火山——沉积岩错综分布地带，大峡谷走向也突然变得曲折迂回。再过青白口，河谷很快展宽，两岸山势起伏剧烈，地形地貌大不相同。
通常，人们把官厅大坝到沿河城，大约50华里的大峡谷称之为上游；中游为沿河城至青白口之间四五十里峡段；青白口以下一百余里称为大峡谷下游。它们之所以地形地貌各不相同，是因为分别被沿河城大断裂带和青白口隐伏断裂带分隔，地质条件差别很大。为简单计，仅以沿河城大断裂带南、北两盘差异作些比较。
在地质构造单元划分之上，南北两盘都处于“燕山台褶带”中的“西山迭拗褶”区。南盘称为“门头沟迭陷褶”分区，北盘则称为“青白口中穹褶”分区。
北盘在中晚元古代以前一直处于下降凹陷区，沉积了巨厚的海洋性沉积物。此后升降频繁，缺失长城系雾迷山组以后十几亿年的地层。出露的中晚元古界钙镁碳酸盐岩为主的地层受后期侵蚀，遭受强烈切割。但总体而言，仍为燕山期褶皱隆起的背斜山地，有人称之为“老君山复背斜”。老君山在怀来县东南。
南盘则沉积了古生代，中生代的多期沉积物，以及大面积出露燕山期火山岩。可见长期处于拗陷盆地状态。新生代以来遭受风化剥蚀，形成为“地形倒置”的向斜构造区。
其五，地质构造决定了大峡谷的走向路线。
永定河大峡谷从官厅大坝到三家店拦河闸，直线距离为52公里，走向总体是自西北向东南。但永定河穿行在万山丛中，纡回盘旋，颇像一条蟠龙，使大峡谷长度达到108.7公里，超过直线距离1倍还多。之所以如此，是大峡谷所经行的路线上，受到各种各样的地质构造因素影响。介绍几个：
幽州背斜
新第三纪（300—2600万年）以来，怀来盆地断陷下降成为湖区，但古怀涞湖的东南方却隆升成为西山山地。其中小幽州一带抬升最高，成为西山主脊，也是古怀涞湖与古西山河两个水系的分水岭，称为小幽州背斜。这个背斜山脉的地层受到挤压和来自下部的顶托，产生了引张破碎带和众多的切理裂隙。这些碎裂带造成了河流易于侵蚀切割的薄弱区。
沿河城断裂带
沿河城断裂带以西南向东北横亘京西门头沟区的西北部。其中刘家峪至向阳口一段，很早就发育成为河道，叫刘家峪沟，也叫沿河城沟，大西沟或沿河。沿途发育若干支流。其中沿河城以北一条支流溯源侵蚀，贯通了幽州背斜主脊带，与古怀来湖贯通，成为永定河现代河道上游主干道。主干道进入刘家峪沟，便利用沿河城至向阳口断裂带发育的河谷，浩荡而下。
青白口穹窿
穹窿是一种隆起或背斜型构造，平面呈圆形或椭圆形。其中的地层都很平缓地向各个方向倾斜，类似一个大馒头。青白口穹窿西北被沿河城—向阳口断裂带切割，仿佛被切了一刀。永定河道顺断裂带进入侵入岩与围岩之间的张裂带。张裂带中的中、酸性侵入岩脉与围岩的白云岩层接触面，很容易遭受河水溶蚀，形成河谷。
永定河断裂带
近年来，地质工作者经过野外调查，并结合卫星、航空遥感图象的判读，认为存在一条大致与永定河现行下游河道并列或重合的断裂带。它起雁翅，经安家庄、清水涧、落坡领、王平村、斜河涧、三家店、军庄，进入军庄沟，消失在西杨坨一带。
这条断裂带与现行河道不相符的地方，是它穿行斜河涧至三家店之间，然后掉转头到军庄，而现行河道是自斜河涧经军庄，才到三家店。不过，断裂带走向，恰恰是距今70万年以前，早更新世时古永定河的流向。当时，古永定河也经军庄沟，东北流向海淀区清河。
断裂带破坏了沿途的地层结构，岩石破碎，是最易发育成河谷的线性地带。
下苇甸穹窿
其侵入岩体中心在上苇甸，所以又称为上苇甸穹窿。分布面积约30平方公里，因后期风化已形成员地形。永定河经其南缘，形成曲度很大的深切河曲，甩开断裂带构造线。
二、地层解读大山
走进大峡谷，就走进了大山的世界。为了辨认，西山人根据每座山的特点，分别起名：东灵山、棋盘山、百花山、髻髻山、妙峰山、九龙山、金树塔、黄草梁、灰金坨、后坡凹、庙安岭、幡竿岭、大寒岭、老龙窝、清水尖、香峪大梁……
同样，为了辨认大山的地形地貌，西山人根据大山的不同形态和位置，起了更多的小地名：河南台、傅家台、卧牛台、东岭台、滴水岩、石窟崖、拉拉壶、下苇甸、檀木港、黑土港、狮子沟、北港沟、清水涧、狼洞、极乐洞、杨家峪、大峪、马家套、珠窝、丁家滩、苇子水、淤泥坑……
有了这么多的大小地名，人们便可以从事大山中的生产生活、山与山这间的社会交往。地质学家研究大山，先要了解组成山的地层，看这些地层是由哪些岩石和岩层形成的。为此，地质学也创造出一整套专门的词汇。在大峡谷，人们会发现，使用这时的地名来为地层命名，然后广泛用在其他区、县、省、市，不胜枚举。这是因为，人们用最先发现，或最早研究的地方来定名。
在峡区，人们目前发现的最古老地层，叫中元古界长城系高于庄组，古沿河城碾台村以北，并且只见到它的顶部，不过一平方公里。这是一套海洋环境沉积的钙镁碳酸盐岩和少量碎屑岩，主要为板状薄层和巨厚块状白云岩。它们生成在14—16亿年前的大海深处。
稍后于高于庄组的，是蓟县系杨庄组，见于小幽州村西岭沟。厚度50余米，岩性是一套浅灰色及紫色的砾岩、砂砾岩、砂岩平白云岩。是海洋滨岸的风暴和大浪环境下生成的沉积岩。
构成峡区北部大山主体的是蓟县系雾迷山组，是一套巨厚硅质条带白云岩为主的滨、浅海沉积岩，十分坚硬。岩石中富含生物迭层石化石，磨光后图案十分精致。
蓟县系生成于10—14亿年前，厚2000多米。
生成于8—10亿年前的地层名青白口系。青白口位于永定河大峡谷中部，峡区最大支流汇入永定河处，是一个小小的山村。分布在青白口南、北地区、大村地区，以及下游的下苇甸一带。为黑色页岩、粉砂岩，石英砂岩、海绿石石英砂岩等组成，厚约700米，属滨、浅海沉积岩。过去，人们误认为其中最底部的黑色页岩是煤，采来却不能燃烧。后来，又发现它是烧造琉璃的好原料。青白口系下分三组，最下一组名下马岭组。下马岭是青白口下游左岸山村。
峡区缺少晚元古界震旦系的地层，和华北一样。从距今6—8亿年的2亿年间，西山和华北板块处于入于抬高隆升状态，此时形成的地层被河流侵蚀及风化剥蚀净尽。
古生界是距今2.3—6亿年期间形成的地层。峡区和华北其他地方一样，缺失其中的奥陶系上统、志留系、泥盆系和下石炭统地层。
目前，我们在峡区见得到的，是分布在林字台、青白口、淤白一带中游地区，和军庄、丁家滩附近的寒武、奥陶系地层。这两系的地层，在西山如影随形。原来，它们都是浅而清的陆表海沉积岩层。简单地说，寒武系以灰岩，白云质灰岩、泥灰岩为主，奥陶系（缺上统）以灰岩为主。沿着永定河峡岸，从下苇甸到丁家滩，沿途山壁，是最完美的“地质大剖面”，从元古代晚期的青白口系，到下古生界的寒武系各组、奥陶系中下统各组，地层依次并列，琳琅满目，一览无余。地质学家还发现，其中寒武系地层，属于“风暴岩”的一套完整系列，即风暴大浪以初起，离潮到平息的全过程沉积。
中奥陶纪以后，整个华北地壳整体上升，变海为陆。这种情况一直持续到早石炭纪，即从距今4、5—3亿年。此后3千万年间，华北地壳又渐渐下沉，海水时进时退，海陆交替。到距今2.7亿年前的晚石炭纪，海水彻底从北京地区消失，北京上升为陆地。此时，西山林木繁茂、河流纵横，是第一个成煤期。石炭系地层在砂岩、页岩、砾岩之间，夹有煤层和铝土矿层。它们分布在永定河大峡谷中下游的两岸。
此后4千万年，是二迭纪时期。西山大体处在山前平原环境，河湖沉积了砂岩，夹煤层和叶腊石、页岩等。分布大体同石炭系。
距今2.25—0.7亿年间，属中生代。这期间的西山既有新地层形成，又有新老地层经受大动荡，形成了今日西山山脉的构架布局。
中生代的沉积集中在大峡谷的中下游两岸，当时这儿是拗陷地区，有几个大小盆地。
其中，三迭系是一套紫色、灰绿色、灰黑色岩屑砂岩、粉砂岩及粘土夹砾岩，属于河流—小型盆地沉积层，分布在色树坟、门头沟、龙泉务一带，”即髻髻山向斜南翼和九龙山向斜两翼，厚约200米。
侏罗系分布广泛，构成峡区中下游向斜山脉核部，又分为南大岭、窑坡、龙门、九龙山、髫髻山5组。它们都是峡区右岸的地名。其中南大岭组以灰绿色玄武岩为主，它是一种裂隙式溢流相的火山溶岩，可以区分出三四十个溢流旋回（即周期）。夹有白色凝灰质砂岩、灰紫色页岩等。窑坡组原名门头沟群，是十分著名的陆相含煤地层，含煤多达十余层，还有砂岩、粉砂岩、泥质岩含砾粗砂岩等。龙门组由深灰、灰黑色砾岩、砂岩及粉砂岩组成，下层夹煤线。九龙山组是陆相火山碎屑沉积岩，主要是含有大量火山碎屑沉积岩。髫髻山组的命名剖面在青白口旁的刘公沟，它由熔岩和火山碎屑岩组成。
此外，在峡谷下游左岸妙峰山到安家庄，近年又划分出上侏罗系后城组，总厚达2740米，主要为熔岩和火山碎屑沉积岩。
白垩系地层在峡区只见东岭台组。东岭台沿河城的东岭，原为一个小型盆地。这组地层是一套以酸性流纹质熔结凝灰岩为主的火山喷出—漫溢岩，厚达2129米。
在中生代，西山经受了燕山造山运动的激烈影响，使新旧地层发生强烈地变化，包括褶皱收缩、断裂变形、扭曲挤压，还有熔岩侵入及火山爆发等等巨大的地质活动。西山地层普遍发生北东向褶皱，构成了今日西山，尤其是大峡谷两岸隔档式褶皱山脉的骨架。
从距今6700万年到现在，是新生代时期，下分老第三纪、新第三纪（2600—300万年）、第四纪。西山总体上是阶段性抬升，没有像样的地层沉积，只有河谷两岸形成的阶地上，有一些河流冲积或风成黄土堆积。其中有著名的马兰黄土，形成于第四纪晚更新世（1—12万年）期间。不过，新生代时期经历的喜马拉雅造山运动，使西山地区重新隆起为高山峻岭，产生了永定河道，这是永定河大峡谷形成的决定性因素。
三、阶地，古河的足迹
燕山运动结束之后，西山经历了大约两千万年的平静时期。河流的侵蚀，其他外力的风化剥蚀，逐渐削平了陡峭的山峰，填平了地面的坑洼，使北京形成了一个准平原，这就是著名的“北台期表平面”。
随后，太平洋板块俯冲中国大陆改变了方向，印度板块撞击中国大陆产生了青藏高原。这个被称为喜马拉雅造山运动的地质大动荡，使西山重新活动，山脉再度隆起，河流重新布局。西北的怀来一带发生断陷，形成了古怀来湖。东部的北京平原地区也发生断陷下沉，面积更为广大。大约在500万年前，即新第三纪上新世时期，永定河诞生了。它西北接古怀来湖，然后穿越西山，东通北京凹陷盆地。以那时期到现在，西山发生了大约8次明显地抬升。每一次地层抬升，都把河床抬高成为阶、台地。而河流通过下切，又产生新的河床。这8期抬升，按河床最接近的阶地定为1级，以低向上排列，并依最先发现或研究地命名，它们是：
1级阶地，形成于近代，属晚全新世，称为皋兰期。通常距现代河床高不过1米或数米。
2级阶地，形成于板桥期，属晚更新世（距今12—1万年）后期。板桥是永定河峡谷右岸支流清水涧阶地上的古山村。
3级阶地，形成于马兰时期，属晚更新世早中期。马兰，正名是马栏。马栏是永定河峡谷右岸最大支流清水河畔的山村。
4级阶地，形成于清水期，属中更新世（距今70—12万年）。
5级阶地，形成于三门期，为早更新世（距今300—70年）后期。
6级阶地，形成于汾河期属早更新世早期。
7级阶地，形成于新第三纪（距今2600—300万年）唐县期（约距今500—300万年）的后期。未定名。
8级阶地，形成于唐县期早期。未定名。
第8级阶地，是目前所能见到的西山河谷遗迹。也就是说，它是目前发现的西山河流最罕见的河道足迹。
通过联结同一级阶地，就会在地面或地图上形成一条联线。而这条联线，就是那一级阶地处在河床阶段的河道走向。就这样，永定河的古河道，就在卫星或航空遥感图像中被一一辨认出来。
永定河自古有“无定河”之称。过去，人们的理解，都是它在流出大峡谷，进入平原地区之后，河道经常发生摆动或改道，变化无常。通过判断读遥感图像，以及在地面的观察，人们又惊讶的发现，原来，在西山，永定河也是“无定河”。光是大的河流改道，就发生过3次，形成了3期古河道，可以分别叫作清水河古河道、军庄沟古河，道和三家店古河道。
清水河古道
它的起点在今河北省涿鹿县矾山盆地。经紫荆关深大断裂带向南，绕过东灵山西南麓，从小龙门沟进入斋堂盆地。东北穿越斋堂川，在傅家台改向东南行，行永定河现行河道流向。在王平镇南涧脱离现行河道流向，改向西南。绕过北岭，以今永定镇石门营出山，向东形成冲积洪积扇。
这条古河道上，在矾山，古河道底部是分选性差的泥砾层，上覆土黄色老黄土。在斋堂川盆地南、北山半坡的唐县期阶地，就是古河道故道。唐县期阶地分布在海拔700—500米的地面，向现代河床平缓倾斜，倾角在5°左右。以斋堂镇为例，以南山（庙安岭），到北山（白铁山）山顶向下走一个约30°的陡坡，到达海拔约700米左右高度的时候，地形骤然变成平缓的地面。向清水河倾斜下降到海拔500米左右，被后期河道分割截断。唐县期阶地（也有人称为夷平面）作为永定河最古老的河道，呈宽阔河谷地形，显然已经是年代很久长的晚壮年形态。可见，清水河古道存在时期十分久远，是永定河最古老、延续时间最长的古河道。
在傅家台，这一期阶台下部为巨厚砂砾层夹砂层，具不清楚纹理。下游古道，大都已形成岭顶，或已被侵蚀破坏。在石门营，古河道下部为砖红、浅红色砾混堆积层，属新第三纪上新世沉积；上部覆盖后期褐色粘性土。
这条古河道残留阶台，通常比现代河、沟谷高出70—80米。
军庄沟古道
军庄古道的上游没有改变，仍在斋堂川流过。下游循现行流向，在军庄改向。经军庄沟向北稍东，出门头沟区境，行海淀南沙河—清河河道。下游分为两股岔流，分别流入温榆河。
温余河，原名湿余水，又作灅余水。湿水为古本《水经注》所记永定河之名。灅水之名见东汉许慎《说文解字》，也是指那时的永定河。湿（灅）余之名，即永定河废道之意。由此可知，古人早已发现，军庄沟及南沙河、清河，曾经是永定河经流，然后废弃的河道。
该期河道在山区约高于现行河床约50米。在灰口，古河床底部为灰褐色砂砾石层，上部是褐黄色粘土。
同期，从古怀来湖经西山流向北京平原还有另外一条河。它起自与古怀来湖相联的古延庆湖南缘，在官厅—沿河城现行河道以东，大致平行。此河经十八盘入山，走向东南。经今怀来县外井沟，到水头村，折向东。在镇边城分为两股，南入门头沟区。在大村又合为一股，改向北行，入昌平区境。到马刨泉南，折向东。在雅思台一带，呈喇叭状散开。东行，北经溜石巷、大水峪，南经雅思台、高崖口，入昌平盆地后消失。可称为高崖口古道。
这条古河高出现代沟底40—60米。在溜石港、高崖口，残存宽达70米的大平台。下部是巨厚砾石层，中部为黄土与砂砾石互层，上部为后期黄色黄土，含少量姜结石结核。在西口子，古河床下部是浅灰色砾石层夹砂质粘土及砂层，地表有2米砂粘土。古河阶地高出沟底45米，宽达150—240米。
高崖口古道在第四纪更新世昙花一现，没有成为延续至今的河流，从而取代永定河。
三家店古河道
这条古道在流向上已经与现代永定河一致，即从官厅峡口到三家店峡口。此时，清水河古道上游，矾山到小龙门沟一段已断流，在门头沟区西界老婆岭苇子港（大垭口）一带被抬升的分水岭隔断。下游军庄沟也已断流，在中部形成分水岭。
古河道与现行河道相比，仍有一些差别：
古河道已升为峡谷阶地，高于现代河床。珠窝段旧河道废弃，改走新道。当时在丁家滩形成指状岔流。其中一条流经斜河涧村西。丁家滩旧道高于现代河床66米，在担礼、坟上村旧道高出37米，在龙泉务河拔高度为41.2米。古道出峡之后，绕石景山向东北流向今海淀、昆明湖，以及向东流经今北京城北部，即古清河二期河道和古金钩河。
永定河在第四纪中更新世（70—12万年）形成现行流向以来，西山仍在阶段性增高，流水则不断下切，使永定河峡谷日益加深，终于形成今日深切巨大的大峡谷，巍峨雄伟。
回顾永定河河道的变迁，就会发现，各段河道阶地发育并不相同，属于分别形成。联结各期阶地，发现永定河河道有过多次变迁。目前所见到的最古老河道，在第三纪上新世唐县期已发展成为老壮年宽阔河谷，可知永定河在500万年以前已经诞生。从这一点来说，永定河是十分古老的。但是，永定河又始终处在变动之中。今天的永定河大峡谷深切景观，仅仅在近一二千年才大致定型。从这一点来说，永定河又是十分年轻的。
四、袭夺之战
现行永定河大峡谷的上下游各段，发育历史有早有晚。按阶地来区分，大致可分成几段。
第1段，官厅—沿河城；
第2段，沿河城—青白口；
第3段，青白口—王平村南涧；
第4段，王平村—军庄；
第5段，军庄—三家店
若按发育先后来说，则应这样排列：
1、最古老河道：第3段，即青白口至王平村南涧段；第2段，沿河城—青白口段。
2、其次：第4段，即王平村—军庄段。
3、再次：第5段，军庄—三家店；第1段官厅—沿河城。
由此可见，永定河大峡谷的最上游，即官厅至沿河城这50里河段，形成历史，与最下游即军庄—三家店，都是最后才贯通，成为永定河主河道的。
最富于传奇色彩的，是大峡谷最上游，即官厅至沿河城河段的形成过程。
原来，早在新第三纪上新世，即距今500—300万年间，古永定河行今斋堂川清水河流向。那时，斋堂川的许多支流，如黄安坨沟，大北沟、小北沟、马栏沟都已形成。因为他们都存在唐县期侵蚀面。同样，傅家台也有唐县期阶台，说明青白口以上河段也已产生。但那时，这一段仅仅是古永定河的一条支流，其源头在黄草梁南麓或东南坡，即今刘家峪沟、龙门沟、石岩沟。沿河城以北，也有一条小小的支沟，只能算是古永定河支流的支流，即二级支流。
这条二级支流，源头在幽州背斜山脉的南坡，流向古怀来湖。可以叫北坡河。
北坡河存在的证据，是官厅水库大坝右岸存在的古河道，高程为460米。目前，在丰沙铁路64号隧洞北口山上，还可以见到这条北坡河废弃的旧河床，比库区水面高约35米（按指大坝加高以前的高度）。河床内填充了上新世红土，上面覆盖后期泥河湾砂砾层和厚层黄土。可知上新世时北坡河已经出现。说那时北坡河流向与今日永定河相反，是因为北坡河的河道是东南高，西北低，即从幽州背斜北翼流向古怀来湖。
那时，北坡河与南坡河并不贯通，而是以幽州背斜主脊为分水岭，背道而驰。正是这“井水不犯河水”看似各不相干的外表下，隐藏着一场你死我活的较量！
原来，河流的形成，有一个看似奇怪的现象，叫溯源侵蚀，也叫向源侵蚀。它指的是在河流产生及存在期间，河源总是在不断地向上游前进。在山地，表现就是不断向最高处的分水岭顶发展，以至于切开分水岭，进入分水岭对面的流域。这种现象的产生，是因为通常来说，越在山峰高处，集水面积越小，水流时地面的侵蚀作用也越小，使小冲沟发展成为河谷也越慢。不过，只要有足够的时候，小冲沟迟早也会“长大”像下游的河谷一样。
且说北坡河虽然发育较早，水量也比较大，早早地形成了河床、河谷，但源头距怀涞湖的高度很小，水流的下切侵蚀及溯源侵蚀都很缓慢。到距今70—12万年的中更新世，古怀涞湖水一度猛涨—有人解释是古黄河水经土默特川（内蒙古河套平原的前套）的黑水河入永定河上游洋河流入古怀来湖，湖面升高，湖水居然倒灌入北坡河，在今小幽州村一带形成了山上小湖—天池。后人在昔日幽州湖层中，发现了意外湖花介、土星介等微古动物的化石碎片。显然它们原本生活在古怀来湖底层，随波逐流进入了北坡河及幽州湖。
与北坡河悠游自在的生活不同，南坡河虽然发育很晚，水量也不大，但把上游的冲沟发展成为大河道的速度却不慢。这是因为它进入沿河城沟的沟口所处高度代于古怀涞湖面，在地质上叫“下位河”，具有天然优势。
且说距今十几万年前的一天，南坡河终于切穿了分水岭，把源头发展到了另一边，接通了北坡河道。遭到袭击的北坡河瘁不及防，被处在低位的“敌人”打开缺口，俗话说，“水往低处流。”北坡河水及小幽州湖，还加上古怀来湖水，就这样源源不断入南坡河—官厅至沿河城的河道就这样被打通了。它从此堂堂正正从普普通通的二级小支流变成了永定河上游的主干道。南坡河实现了这一番作为，但在地质学上的名声却不太好听，叫“袭夺”。偷袭抢夺，仿佛强盗。它叫“袭夺河”；倒霉的北坡河自然叫“被袭夺河”，成了公安人员口头常挂着的受害者，“事主”。
古怀来湖从此获得了顺畅的新出口，得以浩浩荡荡从新开辟的河道奔流而下。强大的水流带来巨大的力量，以前所未有的快速下切底蚀，使河床不断加深；还侧蚀两岸山石，扩展河谷。扩大的河道得以容纳更多的流水，把昔日无边无涯的古怀涞大湖吮吸得一干二净，只剩下一条弯弯曲曲缙山河，孤零零地躺在湖盆中央。不甘心的缙山河也照方抓药，像修成正果的南坡河一样，也通过向源侵蚀，依次打通了石峡口峡谷和册田山峡，袭夺了古阳原湖和浩大如海的古大同湖。把它们抽取干净，只留下桑干河和大洋河，合并成为永定河的上游。
就这样，永定河吸干了昔日雁北盆地、翼西北间山盆地的湖水，却造就了气势雄伟的永定河大峡谷。营建大峡谷的巨大工程，也使西山以东的北京凹陷，铺上了一层又一层来自高原、西山的砾石、泥砂，完成了千年古都北京城的奠基礼。
五、龙口巡礼
从高空俯视永定河大峡谷，从官厅大坝到三家店，自西北向东南，直线距离不过52公里，但永定河穿行西山的万山丛中，纡回盘旋，百折千曲，峡谷长度却多了一倍还多，达到108.7公里，很像是一条不屈不挠，勇往直前的蟠龙。
在三家店拦河闸看大峡谷，这里的河床高程不过100米。由此蜿蜒而上，到达官厅大坝，河床海拔已经升高到440米。由此来看，大峡谷又不愧是一条昂首挺胸，振鬣欲飞，腾云驾雾，遨游天外的翔龙。
来到官厅水库拦河大坝，看到的是峡口大张，气吞山河，活活一条无往不前的猛龙血盆大口。
官厅大坝所在峡口，河床宽度是106米。向北展望，只见水库东西两岸山势豁然开朗。到杨大大庄，宽度已达到3600米。水库湖面辽阔，一碧万顷，烟波浩渺。可想而知，若非大坝紧卡峡谷龙口，偌大湖盆，无论如海似洋，也会被峡龙一饮而涸，不在话下。
大坝紧锁大峡谷龙口，自然气象非凡。不过，若仔细观察，却发现它并非端端正正卡在咽喉。以东到西，右坝头偏向以北的库区。这又是为何呢？
这不是大坝设计、建造者的粗心大意。
原来，1951年设计大坝，计划坝高45米，坝顶高程485.17米，长290米。却不料，勘测发现，正在右岸峡坡，高程460米的地方，居然还有一条废河弃道！无奈，大坝的轴线不得不在西岸向北转了向。
1989年9月开工加高大坝，要提高到海拔492米的高度，坝顶长度加大到423米。不用说，设计者也是小心翼翼，让轴线及早改向，避开半腰的古河道。这条古河，就是前文提及的，被沿河城南坡河溯源侵蚀，袭夺了水源的“断头事主”北坡河。
大坝所在山头，清《怀来县态》称为天寿山，俗名官亭山。原来，官厅之名，源自官亭了。所谓官亭子，就是明代设立“内三关”（居庸、紫荆、侧马关）长城防线中，管理防御设施和兵士的哨所。现在，在大坝东西山头上，仍然可以见到各有一座烽火台，负责向京师传递军情。峡口还有一处水关口，负责峡口交通防卫。官厅山高六七百米，但向南山势却越来越高，达千米以上，逶迤起伏，连绵无际。俯视峡谷，河床下降陡急，与山顶形成巨大高差。可想洪水入峡，浪疾流速，咆哮翻腾，声震如雷，该是何等惊心动魄。
峡谷两岸陡壁，岩层由中元古界地层组成，主体是蓟县系雾迷山组，主要为灰色巨厚块状白云岩，夹有黑色燧石条带。这种海洋沉积的钙镁碳酸盐岩加上硅质条带层，坚硬异常，不易风化，构造了大峡谷上游近百里的巍巍高山深峡。山体发生过褶皱，使这里的地层收缩隆起，形成为巨大的背斜大山。背斜的两翼窄短，陡立倾斜。背斜的核部宽大，地层平缓。登临这样的大山，时常会产生错觉，仿佛闯入巨人的世界。那峡谷悬崖间的一层层阶台，高高耸立的平夷峰顶，似乎是巨人们上下往来的台阶，以及岩桌、岩椅，还有推枰布局的巨石棋盘。
在峡坡和谷顶的平面上，时常可以见到一层棱角状碎石，已经胶结在一起，十分牢固，不易分开。它们是更新世时，西山曾经爆发过地震的证据。那一场大震，山崩地裂，碎石胶结层就是当时崩落的山石。正是这次大地震，使怀来古湖的南缘湖，直到高亘的幽州背斜分水岭，坚硬的岩层发生酥裂和崩塌。使沿河城沟的一条小小支沟，不失时机地打通水道，迅速利用汹涌灌入的古怀来湖水，造就今日永定河的上游主干道，以及深邃的大峡谷。
六、暖温带岩溶壮观
从官厅到青白口，永定河大峡谷穿行在约百里长的高山峻岭之间。这些山体的地层，大多是巨厚的硅质条带白云岩，即含有碳酸镁、碳酸钙盐的岩层。这种岩层，对水的溶解度和对酸性气体的抵抗性都大大高于石灰岩。但是，它仍然比其他岩石易受酸性水、气的溶蚀。另外，在十余亿年的漫长时期，地层经受了多次的破裂作用，节理、层理、裂隙、裂断密布，这也使岩层更容易遭受侵蚀和溶蚀，产生不同于热带、亚热带地区的岩溶作用。由于西山自中生代以后处在暖温带环境，大峡谷区的岩溶现象自有其特殊性。打个比方说，峡谷大山犹如雄奇伟岸的大男子汉，阳刚十足；而岩层的岩溶景观却像细心的妻子精心为男人准备的服饰，处处体现着女性的细腻柔情。
以官厅大坝右岸而下，有一条简易公路时而盘旋峡谷坡间，时而下降到河滩阶地。沿途欣赏岩溶的形态，真是琳琅满目。
主要有：
峰丛，峰高而尖，崖峭壁陡，形似塔林，但基部相连。发展趋势就是成为石林。
丘峰，峰顶浑圆，山坡也比较平缓。这是岩层经受较长期剥蚀，被销磨了棱角。
岩丘，又叫溶丘，峰高不过几十米，显得清秀温和。这是吃硬不吃软的山体“昔日百炼钢，化为绕指柔”，完全改变了形体。
石芽，有时会在峡坡间生出，形如犬牙，高不过几米。
溶沟，生长在石芽之间，呈低槽。有大有小，甚至辟裂巨岩，构成绝岩断崖。
溶斗，形似漏斗，是山间封闭、半封闭的小洼地，显得孤芳自赏。
溶洼，三面或四面呈环形包围的低凹地。有的被劈落部分山岩，变成太师椅一样的悬谷。
穿洞，即通开洞。
天生桥，有缓有陡。有的高悬绝崖之上，惊心动魄。
最常见的，是各式各样的大小溶洞。有的大长溶洞，内部复杂，适于开发游览。旧庄窝火车站西北银洞山山脉的无底洞，深不可测。以前人们掷石下洞，滚落良久，声如乐音，悦耳动听，类似奇洞，在当地沉睡多年，数不胜数。溶洞分层密布，高低错落有致。有的变形严重，形成溶龛，遥遥望去，觉得十分神秘。
岩溶形态与周围的侵入岩、变质岩，以及其他地层组合，景观千差万别。如果因形命名，适当宣传，会成为不错的游览热点。例如其中的天然岩画，堪称一绝。有人发现，珍珠湖峡壁上，有四处最醒目的天然壁画，神工鬼斧。有人说像孔雀开屏，有人说是凤凰展翅，有人说见有观音大悲慈相，有人说酷似“八十七神仙图”名画。众说纷纭，其乐无穷。水峪口沟佛崖，自古相传有九幅彩色佛岩画，时隐时现，扑朔迷离。当地人甚至造出传言，说“谁要看见九座佛，金子银子往家驮”。上个世纪修公路，把整个山头炸毁，九座佛岩画从此消失人间。
七、金三角的银镶边
北京西山及相邻的冀西北，以矿产丰富而著称。其中河北省崇礼、宣化、赤城三县交界之处，是有名的黄金产地，被称为“金三角”。环绕金三角，包括永定河大峡谷上游，因富产银、锌`、铜、铅等多金属矿物，则称之为“银镶边”。这些矿产，大多蕴藏在火山岩、花岗岩、碱性杂岩等喷出、侵入岩体，以及围岩接触带的变质岩中。
原来，那些火成岩原本藏身于地球深处，在高温、高压下像烧红的玻璃一样，被称为“软流”，它们的身体内饱含很多化学元素。在地壳出现裂缝的时候，它们就化成熔融的岩浆挤出地壳。有的喷溢出来，成为火山岩。有的侵入地层之中，却无法冲出地面，而渐渐冷却凝固。单说侵入岩在地层中慢慢冷凝，身体内的元素和矿物因熔化温度不同，便先后析分出来形成晶体。大部分的金属元素矿物最重，便沉到岩体底部，而其他轻元素和矿物则上浮，分别聚集在一起结晶凝固，形成矿体。最后，这个侵入岩体便成为各种矿物分别聚居的“旅馆”。另外，在岩浆冷凝过程中，与周围的岩石发生热作用，产生接触变质，例如使碳酸岩重新结晶，石灰岩变成大理岩；或者热液、热气进入围岩之中，相互交替“礼物”，形成钨、铁、铜等等矿藏。成分发生变化的石灰岩，往往变成奇怪的“矽长岩”。
总之，火成岩是一个“百宝箱”，在适合的条件下，会把不同的元素及矿物分别聚集浓缩，成为宝贵的矿藏。
在燕山造山运动过程中，西山多次发生火山爆发和溶岩侵入。在大峡谷的两岸，因此而产生的矿点不在少数。仅举2例：
碾台侵入岩体
这个岩体分布在大峡谷上游的西岸，沿河城以北的碾台、檀木港一带，西邻沿河口—横岭断裂带。出露面积约6.5平方公里，平面形态略呈圆形。这个岩体包括石英二长岩、角砾石英斑岩、辉石闪长岩，它们是在不同时期分次侵入、然后组合在一起，称为杂岩体。杂岩体生成银、铜、铁、锌多金属矿物，以及石榴子石、透灰石、绢云母、蛇纹石、大理石等等围岩变质岩。
珠窝花岗斑体岩
这个侵入体分布在大峡谷中上游在左岸的珠窝村一带，包括花岗斑岩体和花岗斑岩脉。岩体呈岩株状产出，平面形态近似盆状。东西长1.25公里，南北最宽处约0.5公里，侵入雾迷山组白云岩中。接触带发生大理岩化、蛇纹石化、磁铁矿化。岩体顶部有多条岩枝穿入围岩。岩脉顺层侵入围岩中，在地表上呈条带状，延长可达11公里。
这个侵入体的围岩中形成多种矿物，含量虽有大有小，但矿种十分丰富。举村东北约1700米的立石窟老金银采洞为例。其中可见：
致密块状褐铁矿型金银矿石；
蜂窝状石英—褐铁矿型金银矿石；
黄铁矿、褐铁矿混合型金银矿石；
致密块状含金银黄铁矿型矿石；
以及孔雀石、赤铁矿石、铁赭石、方解石、石英、重晶石、硬石膏和石膏、方铅矿石、辉银矿石、磁黄铁矿石等等，也有分布。
峡区两岸及周围较大的侵入体还有林字台、白羊石虎、炭厂、河南台、田庄、芹峪、上苇甸、桑峪、青白口岩体等。至于中小型侵入岩体，则比比皆是，几乎沿大峡谷上下，随处可见。
这些火山岩丰富了大峡谷的地貌形态，有的自身就是地质旅游景观的好素材。更重要的是，除了那些具有工业价值的矿体之外，不具有工业开采意义的矿体，却大可以进行旅游开发，从事工艺石、观赏石、纪念石等等采石旅游。例如，让游客入立石窟古矿洞捡拾金银矿石，这是多么引人入胜的好经营项目。
采石旅游在永定河大峡谷全程几乎都可以开展，但京白玉、白花玉等等矿点应加以保护，以免遭破坏。可以集中采集，批发经销。
八、火山盆地沿河城
在中生代，永定河大峡谷中下游几乎全部处在火山盆地当中，主要有髻髻山、妙峰山、九龙山——香峪大梁、东岭、上大水火山—沉积盆地。它们的火山爆发期有早有晚，有线性喷发或中心式喷发、裂隙式溢流等等方式的不同，岩性及化学成分也千差万别。收集这些火山岩的不同种类，可以举办“火山岩大观”展览。
随着1亿多年的岁月流逝，新的地质活动使这些古老的火山盆地大多沉埋地下，或早已面目全非。保存最好，形态最完好的，要属沿河城火山小盆地，又叫东岭盆地。
火山盆地
沿河城地处大峡谷上游，距官厅峡口约50华里，至三家店峡口约160华里。这里地当明代内三关长城昌、真保两镇结合部。原名三岔村，因永定河大峡谷在此与沿河城沟（—名沿河、大西沟或刘家峪沟）交汇而得名。明代在此建城堡，名沿河堡，沿河城由此得名。
沿河城坐落在小盆地北缘。原始盆地面积约20平方公里，东到杨树底（—作“地”）、避静寺，西至龙门沟一线。现在出露面积约6平方公里，中心在沿河城村以东1.8公里的东岭村。该村南面依城子坨，东北临永定河，坐落在永定河岸400余米高的“圈椅”形斜坡洼地上，由旺家水、瓦渣坑、柳树场四个小自然村组成。此地被称为东岭台。东岭台原是断陷盆地，形成于沿河城大断裂带旁侧，受断裂带控制。在形成过程中受沿河口——横岭断裂影响，致使盆地东北端掀升，西南倾斜，成簸箕状。
火山喷发在距今1.34亿年前，停息在大约0.9774亿年前。这一时期，在区域地质史上，被确定为中生代白垩纪东岭台期。
东岭台期前后延续了3千多万年，其间又分成为4个喷发旋田，或喷发阶段。
第一阶段喷出在盆地东部，喷出岩有玄武安山岩（喷溢型）、安山质角砾岩（爆发型）等。
第二阶段分布在盆地中部，爆发—沉积岩有杂色安山质砾岩、复成分砂砾岩、多种凝灰岩，及复成分砾岩夹红色泥岩等等。
第三阶段分布在盆地中西部，以流纹质凝结凝灰岩、角砾熔结凝灰岩为主。
第四阶段分布在盆地西部，以安山岩、粗安岩，球粒流纹岩为主。
火山—沉积岩地层总厚2130米，其中有大约500米属火山—河湖沉积层。这说明，在火山活动的间歇期，当地成为断陷盆地，积水成湖，并接受了河流中冲积物的堆积。
东岭台期火山—沉积地层称之为东岭台组。观察这一期地层的完整岩层，唯一的地点就是沿河城盆地。多色珍珠球粒流纹岩在火山岩中，显得格外娇小玲珑。
火山口
早期喷发的火山口已被深埋在熔岩厚层之下，地面上已不见踪迹。目前，保存完好，形态清晰的古火山口，坐落在沿河城卫生院内。说它“古”是因为它的高寿是九千七百七十四万年。不过比起这一地区，它的火山“爷爷、奶奶”来，它又的确只是小字辈。前面讲过，最早的火山漫溢及爆发，发生在它“诞生”的三千多万年以前。
这个“小字辈”古火山口规模也不大，平地上见到的火山口面只不足1平方公里，略呈椭圆形。口内低凹，但中心都突出一个“石墩”，叫岩塞。岩塞岩性是安山玢（读“宾”）岩，呈岩枝岩侵入。这种岩石致密坚硬，但性脆。岩塞原来具有环状节理，但在后期被切割成不规则的尖棱角状碎块。它上面覆盖着浅色安山质角砾集块岩，与火山坑中的岩石相同。这些火山岩呈环状分布在火山颈周围，颜色浅，结构比较疏松。它们是火山喷出的末期产物，已经是“强弩之末”，没有力气冲出火口，只好无精打采地停留其中，伴随着岩塞慢慢地冷却凝固，从此沉睡至今。
火山口是一种独特的地质景观，可以成为很具号召力旅游景点。
断裂带
沿河城大断裂带是影响西山地质构造的最重要分界线。断裂带把西山分割成为南盘、北盘两大块。今天见到的北盘是一片岩溶高原，受到沿河城旁侧诸多次生断裂的强烈切割；而南盘在中生代是巨大折拗陷盆地，沉积了侏罗系煤层和多期火山岩地层。
这条断裂带规模巨大，断裂结构复杂，展布于老君山背斜东南翼、青白口穹窿北翼。
它南起河北省涞水县野三坡桦树沟，与紫荆关深大断裂带复合。然后入门头沟区境，经天水河，双塘涧、瓦窑、梨园岭、燕家台、天仙关、刘家峪、龙门口至沿河城，长约40公里。它在大山深入，切割出一道崎岖的沟壑与陡坎，许多地段形成为沟壑，是一条十分古老的山间通路。行走在这条十分特别的古道之上，如果知道它的来历，一定别有一番感受。
原来，这条大断裂带的发生发展，与燕山期的地质大变动息息相关。
距今1.6亿年前，从赤道一带向北漂移的华北板块，被南面跟上来的华南板块“追尾”。强大的冲撞力使华北板块发生猛烈的地层变形，形成了沿河城断裂带。岩浆从断裂带中喷嗌而出，继之以猛烈浆仓喷空之后，禁受不住上层的岩浆重压，使南盘发生断陷。
大约1.37亿年前，拼合在一起的华北、华南板块又与南下的西伯利亚板块迎面冲撞，发生了燕山期第二幕活动。断裂带南盘大幅度垮落，深达1000—1500米，导致髻髻山期火山大瀑发和随后的东岭台期火山喷发。
大约0.8亿年前，祸不单行的中国板块又遭受太平洋板块的俯冲拱挤，使沿河城断裂带侧向出现许多次生断裂。东、西龙门涧就是此时形成的断裂谷。东岭台火山喷发形成断陷盆地，也受到断裂影响。
沿河城大断裂向东北进入昌平区境，使南口一带发生断陷，把军都山与昌平盆地截然分割。
阶地
河谷阶地是古河河道的足迹。沿河城永定河谷堪称永定河系发育的里程碑，地质学者对它的介绍十分详细，有助于游客观察欣赏。
此段河谷在沿河城村以东。此处河床宽33米，高程为350米。比官厅大坝河床海拔高度已下降90米。
河漫滩宽70米，河拔1米。有三套由粗到细的岩性组合。河边见漂砾一直分布到1级阶地上。漂砾面上有侵蚀痕迹，说明1万年以来整个全新世洪积作用明显。
1级阶地，宽25米，阶坡高3米。属堆积型即河流冲积物组成的阶地，属板桥期形成。
2级阶地，宽8米，阶坡高13米，属堆积型，即由两层不同时期的物质组成的阶地。基座之上为砂砾石，上部为巨砾层。形成于马兰期。
3级阶地，宽177米，阶坡高32米。属基座型阶地。基座为中元古界雾迷山组硅质条带白云岩。基座之上零星出露冲积砾石。砾石之上为中更新世（70—12万年）离石黄土。上覆晚更新世（12—1万年）马兰黄土。整个阶地面被紫红色坡积物覆盖。形成于中更新世。
4级阶地，河拔106米，海拔456米。沿河道可见已被后期冲沟切割成为一个个平台。属基座型阶地。基座为雾迷山组硅质条带白云岩。上覆冲积砾石，充填物为浅黄色中细砂。砾石上部是60厘米厚的黄色细砂。在公路两侧零星分布。该级阶地形成于早更新世，即距今300—70万年，属三门期。
在砂中发现孢子、花粉组合主要为蒿属、藜科。这一事实说明当时本地气候温冷偏干冷。
3级与4级阶地的基座岩层状，比起现代河床流向，以及1、2级阶地，有明显改变。2级阶地及现代河床流向为240°＜52°，但3级阶地基座岩层走向为200°＜20°，4级阶地产状走向为177°＜26°。这就是说，晚更新包以来的河流流向基本未改变。但比此前河道则偏转70°之多。我们知道，在中更新世后期之前，这段河道只是沿河城沟（刘家峪沟，或名大西沟、沿河）的下游。此后，沿河城沟的一条支流与古怀来湖贯通，成为了永定河上游主干道。阶地岩石产状的突然改变，印证了永定河及大峡谷的这一重大事件。
九、珍珠湖的倒影
离开沿河城小盆地，永定河重新进入“一线天”深峡。到信阳山、向阳口一段，河道在沿河城大断裂带的东段上经过，已发育为成型河谷。不过，断裂带的影子仍时隐时现。河谷南岸，偶而会发现断层角砾岩、糜棱岩。这提示人们，河谷所经，是特殊地质带。
断层角砾岩，又叫构造角砾岩，是断裂带的显著标志之一。它主要由大小不等的带棱角的原岩形成，并被成分相同的微细碎屑所胶结。
糜棱岩，产于断层中。它的原岩通常是花岗岩，石英砂等刚性岩石，经断层之间的强大挤压、摩擦、被搓揉磨细成细小的微粒，以后又重新固结成岩。它主要由细粒石英、长石及少量新生矿物，如绢云母、绿泥石等组成，也有一些原岩碎屑。糜棱岩十分神奇，它在“粉身碎骨”之后，又重新胶结牢固，仍然致密坚硬。“重塑金身，”还具有了类似流纹的条带。这很像神话传说中哪吒的再获新身。
向阳口被大山紧逼在河谷之侧，阶地共有4级，即板桥期堆积阶地、清水基座阶地、三门期及汾河期嵌入阶地。所谓嵌入型阶地，外表看来酷似通常的河流堆积，其实另有奥妙。新河谷形成之后，河床低于旧河阶地，但新河谷的冲积物堆积很快，高于3阶地的基座，便形成了新、老地层嵌入的特殊形态。这反映出，中更新世之时，官厅以下的河道被打通，并成为永定河上游主干道之后，流量突然大长，致使河道两旁上游主干道之后，流量突然大长，致使河道两旁快速堆积，高过了老阶地的基底。
永定河离开断崖陡立的向阳口断裂区，折向西南，过百家套（在河左岸）、林台子、幡竿山、墩台山（均在河右）。通过险崖，转而向东。又南过 猪窝山、珠窝村，西北对杨树底村。又转而南下，绕过傅家山，接纳水碾口沟。在傅家台村之西转向西南，过青白口，接纳清水河。这一段河道，连续经过几个“W”字形大拐弯，十分曲折。两旁大山，或分或合，使大峡谷或宽或窄，开张闭合，给人以兵法上的“兵不厌诈”神机莫测的奇怪感觉。
傅家台村坐落在十多米高的大阶台上，与对岸的青白口村对峙。这一段河谷的阶地，从地表形态来辨识，发现有六级之多。它们分别是全新世皋兰期堆积阶地、晚更新世马兰期基座阶地、中更新世清水期基座阶地、早更新世三门期、汾河期基座阶地，还有坐落最高，年代也最古老的新第三纪上新世唐县期基座阶地。唐县阶地的走向，西入斋堂川，表明了古永定河的上游；东北向下游延伸，则是古河的上游。
从沿河城至青白口，大峡谷进入青白口穹窿区。穹窿，是一种地层褶皱变形现像，形态表现为隆起或背斜型构造，平面上呈圆形或椭圆形。青白口穹窿西北缘受沿河城——向阳口断层切割，好像大馒头被切掉了一刀，现存轴面长约15公里。有人挖苦说这叫“半穹”，另外起名叫“鼻状构造”。它的南端岩层产状直立闭合，东西两翼产状较陡，而顶部岩层较为平缓。它的核部由中上元古界组成，并有酸性岩床侵入。翼部和倾伏端由古生界地层组成，西翼为下白垩统东岭台组火山——沉积层不整合覆盖。影响大峡谷曲折多变的因素，是北东向的张裂带，以及在张裂带中顺层产出的中酸性岩脉。张裂带中岩脉与白云岩的接触面，最易遭受溶蚀，形成河谷。
早在20万以前，老北京人离开周口店老家，沿着永定河大峡谷的阶地，到冀西北盆地去寻找新的家园时，走到青白口上游的时候，一定发现过令他们即高兴又害怕的猎物——大象和原始牛。当时，这一带林丰草茂，是亚
从官厅大坝到三家店水闸，永定河蜿蜒在万山丛中，“万迭山横翠，千盘河曲长”，峡谷长达108.7公里。这个长度，仅次于三江（金沙、澜沧、怒江）大峡谷、长江三峡等少数长峡，而位居其他许多大峡谷之前。例如，黄河上游的青铜峡长8公里，刘家峡12公里。永定河大峡谷在北京市境内长度约100公里。当然这也是遥居全市其他河峡之前的。
人间仙景——古人笔下的大峡谷
峡谷，又名山峡，是在自然贡献的地质奇观之一。一条河流如果拥有峡谷，那峡谷往往是全流域自然风光精华的荟萃之处。
大约一千五百年前，我国北魏大地理学家郦道元（466或472—527）在不朽名著《水经注》中，有声有色地记述了若干名峡。最脍炙人口的，当然是记长江三峡的那些名句：“自三峡七百里中，两岸连山，略无阙处。重岩迭嶂，隐天蔽日。自非停午、夜分、不见曦月。”
其实，此书记黄河和永定河（古名桑干河，当时作湿水，一作灅水）山峡，也很出色。如记湿水“南入马陉山，谓之落马洪”，又记：“湿水又南入山，瀑布飞梁，悬河注壑，漰湍十许丈，谓之落马洪。抑亦孟门之流也！”
马陉山，清代《怀涞县志》称为天寿山，俗名官亭山。令名官林山。
落马洪，在官厅水库大坝一带河道。水库建成后，瀑布景观已不可见。
孟门，即黄河著名的龙门峡壶口瀑布。
郦道元把永定河山峡的落马洪与孟门壶口飞瀑相提并论，可知古人时落马洪滂湃浩大，气吞山河的壮观十分欣赏。大峡谷景观千姿百态，令历代诗人纷纷留题。前面所引“千盘河曲长”句，出自八百年前，金、元之际的全真教的清和大师尹专平（1169-1251）他隐居西山时，作过多首咏峡诗词。其中有《深入峡里游团山道院留题》二首，云：“滚滚彽河千里来，乱山重迭峡门开，势随曲屈无穷数，流入东洋几去回？”
“二峡峥嵘气象雄，团山水浸画屏中。眼前妙景红光外，疑是蓬莱第一宫！”
田山道院，今址待考。疑在今门头沟区西北隅的碾台，檀木港出露的石英二长岩侵入体。岩体平面近圆形，南北长2500米，东西长2600米，是燕山期岩浆几次侵入的深成杂岩体。它位于怀涞县小幽州及门头沟区沿河城之间，属永定河大峡谷上游右岸。
蓬莱，即蓬莱山。其名初见于先秦古籍《山海经》。它与方丈、瀛洲同是我国远古神话传说中最著名的神山。
过了六百余年，清末大学士宝鉴（1807—1891）随当时“一人之下，万人之上”的醇亲王爱新觉罗奕譞，一同进入山峡，视察由名将左宗崇领导修建的农田水利工程，作《丁家滩》七律。前四句是：“水田澹沱石倾奇，旌旗飞扬耀上仪。东海王封高汉代，西山仙景入陶诗。”
丁家滩，在大峡谷下游右岸，分属妙峰山镇。
陶诗，指晋代大诗人陶渊明《桃花源》诗。诗中描写一处神仙境界的桃花源，脍炙人口，与他的《桃花源记》文同样千载流传。
就在这次醇亲王大肆铺排，豪游峡谷的前前后后，还有一位清代皇族，但诗名远高于身份的宗室诗人爱新觉罗宝廷（1840-1891），因酷爱西山，常与几位“走友”自费畅游大峡谷。他的几十首咏峡之作，一经成篇，往往就传诵朝野。无独有偶，他也把神奇壮丽的大峡谷比喻为仙景胜地。如他的《春日田园杂兴》诗之一云：“桑干西去即仙源，洽喜归田近郭门。一水绕山难觅渡，乱花夹岸各一村，”
桑干，是永定河古名，流传时间最久长。初作绳水，见于先秦《山海经》。绳即桑干的促读。今仍为永定河上游西支河名。
美似诗句不只一首。又如《冷家庄》诗云：“扶筇过峻岭，款步入仙源。寺远唯闻磬，花多不见村”冷家庄，今名拢驾庄，属妙峰山镇。在大峡谷下游左岸。
不仅如此。诗人游峡，行进在高高的阶地古道上。下视深谷，顾盼自雄，居然飘飘然，自我感觉成了仙人。见长诗《晨兴登广寺，度丑儿岭，早饭三家村……》摘句：“我登西岭巅，咫尺欲近天。行人羡高峻，得意如飞仙！”
广化寺，遗址在斜河涧。丑儿岭，又作愁儿岭、绸儿岭、筹儿岭等，与广化寺均在大峡谷下游右岸。三家村，是三家店古名。三家店在出山峡口的左岸。
宝廷喜爱大峡谷的山山水水，把这里美好的一切，都一一记在诗中。他记大峡谷地貌景观诗句很多。举长诗《山行》数句：“滩沙拥河流，斜转随山奔。曲折抱山脚，水啮崖石分。峭壁白如雪，直立浮天根！石纹裂纵横，疑有蛟龙痕。”
其中涉及现代河漫滩堆积、河流侧向侵蚀、岸层产状、岩性、溶蚀、嵌入曲流与岩石节埋等地质现象。
最有意思的是，宝廷在诗中还大胆想象大峡谷是由河流与山石相互争斗的产物，这使他成为探讨大峡谷成因及形成过程的第一人。尽管他使用的是诗歌语言，可又有谁敢说诗人的描述没有一点道理呢？举长诗《桑干行》为证。此诗写得酣畅淋漓，可惜过长，仅择两段：
“山灵河伯相战征，冈格峦拒不放行！
涛车潮马随奔腾，峰剑岭戟同支撑。
魑魅魍魉纷相争，山石遇河河难出。
不能直出河倒折，倒折不回仍旁突。
山势愈紧河愈疾，急流猛烈虎豹慄”
“苍山中断重围开，孤军突出良快哉。
建瓴直下高崔嵬，疑是将军天上来！”
诗句所咏，其实暗合地质学原理。地貌学有关峡谷的定义是：“峡谷，是指谷坡陡峻，深度大于宽度的山谷。它通常发育在构造运动抬升和谷坡由坚硬岩石组成的地段。当地面抬升速度与下切作用协调时，最易形成峡谷。”
就是说，水流切开大山坚岩，由此顺势而下，扬长而去。峡者，下也！
不过，峡谷成为通道，水流势必受两岸夹束。峡者，辖也。
永定河大峡谷，是大自然创造的山水仙景，是永定河与西山共同演绎的神话传奇。
地形，大峡谷的个性
永定河流过的大峡谷山地，位于北京城以西，习惯上统称为西山。西山不是仅仅一座山，是由多条山脉组成的山群，所以又往往被称作西山山脉。从地理位置上来说，西山处在太行山山脉的东北尽端、恒山山脉的东端和燕山山脉的西南端，是这三条山脉交汇纠结的地方。通常人们把西山划归为太行山支脉，或称“太行之首”。西山以东被八宝山断裂带所截断，与北京湾小平原相隔。西山之西，则有一条紫荆关深大断裂带纵贯南北，与冀西北间山盆地区的怀涞、矾山、草庙沟等大小盆地分隔。其中，永定河大峡谷分布的地区，地跨河北省怀涞县东南部，以及北京市门头沟的东部。峡区所在山地，具有许多地形地貌的特点，主要表现在：其一，地形西北高，东南低。这是因为，峡区所在，地处中国大台阶地形的中部第二级与东部第三级之间，是一个大倾斜面。它的西北部上接内蒙古高原和晋、冀黄土高原，东南侧下通华北大平原。从永定河河床高程的下降来看，这个倾斜特点十分鲜明。永定河上游流经怀涞盆地，河床高程大致为500米。至官厅大坝入峡口，高程是440米。待流到三家店水闸出峡口，永定河河床高度已经陡降到海拔100米左右了。
若把永定河比喻成一条巨龙，那么，它的龙口就在官厅入峡口。这条巨龙在大峡谷，就可以形容是一条昂首挺胸，振鬣鼓翼，准备一飞冲天的翔龙。
其二，山地呈宽岭窄谷相间
西山在中生代燕山期间，受板块之间的推挤地层被挤压变形，收缩褶皱，隆升成山，奠定了山脉的大致格局，那就是彼此大体平行，均呈西南—东北走向。主要山脉，从西北向东南依次排列，它们是：
杨家尖（峰顶海拔1681.5米）—老虎背（海沷1233.6米）；
灰金坨（1685.1米）—大广坨（1635.7米）；
黄草梁（1732.8米）—笔架山（1448米）；
幡竿岭（1303米）—人头山（1092米）；
九龙山（852一作959米）—香峪大梁（797.6米）
上述山脉的褶皱总轴，在东灵山—黄草梁—笔架山一线，也就是明代“内三关”长城中，居庸关与紫荆关之间的长城防线所经过的山岭连脉。
这些褶皱山脉山之间，穿插着相对细窄的沟壑、洼地或盆地，形成“隔档式”宽脉窄谷分布区。永定河与这些山脉大多呈直交或斜交，即横断成谷。由此成大峡谷山高谷深，两岸起伏连绵。
其三，地形呈明显的梯级分布。
站在北京平原上向西眺望，只见山脉连绵，重重迭迭，向西北递增升高，显得巍峨高峻，挺拔雄伟。但若从高原上向东南俯视，见到的都是层层递降，很像巨人大踏步下山，走向平原的台阶。
这样的台阶式地形，表现在山脉的岭顶上，就是许多峰岭十分平缓，有时还形成宽阔的平台。这在地貌学上，称为侵蚀面或夷平面。峡区山岭的这些夷平面，形成于“北台期”，时代在中生代白垩纪末期至新生老第三纪早期，距今大约8—6千万年。这2千万年间，西山地层相对宁静，隆起的山地被河流侵蚀及风化剥蚀，渐渐被削平降低，形成一个准平原，即夷平面。此后，距今6千万年以来，喜马拉雅造山运动开始，板块之间的挤压使西山再次隆升。由于各处抬升幅度大小不同，构成山顶的夷平面地高高低低。大致可分为几个层次：
海拔2000米上下，如东灵山（2303米）、白草畔（2035米）百花山（1991米）的岭顶平台；
海拔1400—1800米之间的平顶山，有黄草梁（1733米），老龙窝（1649米）、清水尖（1528米）、笔架山（1448米），等等。
第三层海拔在1000—1200米上下，主要是妙峰山（1291）、九龙山（969或853米）等等。
此后，在新第三纪末期，距今大约500—300万年间，西山又有一次较短的宁静期，由此造成“唐县期”侵蚀面。由于侵蚀时间过短，未能夷平山顶，仅仅是在河谷坡上，形成侵蚀面，大多成为海拔500—700米的两级阶地。
第四纪以来，西山又经历过若干节奏性间歇抬升侵蚀期。经河流下切，构成高低不等的阶地。
这些阶地有的被后期流水切割，变成不连续的峡谷台地。大峡谷的各级阶、台地，使峡坡产生梯级地貌差异，形成不同的景观；同时，它们也往往成为人们的生产生活分布区。
第四，地形地貌差异决定于地质不同。
从官厅大坝到沿河城，永定河大峡谷穿行在一片岩溶高原之中；过了沿河城，则是火山——沉积岩错综分布地带，大峡谷走向也突然变得曲折迂回。再过青白口，河谷很快展宽，两岸山势起伏剧烈，地形地貌大不相同。
通常，人们把官厅大坝到沿河城，大约50华里的大峡谷称之为上游；中游为沿河城至青白口之间四五十里峡段；青白口以下一百余里称为大峡谷下游。它们之所以地形地貌各不相同，是因为分别被沿河城大断裂带和青白口隐伏断裂带分隔，地质条件差别很大。为简单计，仅以沿河城大断裂带南、北两盘差异作些比较。
在地质构造单元划分之上，南北两盘都处于“燕山台褶带”中的“西山迭拗褶”区。南盘称为“门头沟迭陷褶”分区，北盘则称为“青白口中穹褶”分区。
北盘在中晚元古代以前一直处于下降凹陷区，沉积了巨厚的海洋性沉积物。此后升降频繁，缺失长城系雾迷山组以后十几亿年的地层。出露的中晚元古界钙镁碳酸盐岩为主的地层受后期侵蚀，遭受强烈切割。但总体而言，仍为燕山期褶皱隆起的背斜山地，有人称之为“老君山复背斜”。老君山在怀来县东南。
南盘则沉积了古生代，中生代的多期沉积物，以及大面积出露燕山期火山岩。可见长期处于拗陷盆地状态。新生代以来遭受风化剥蚀，形成为“地形倒置”的向斜构造区。
其五，地质构造决定了大峡谷的走向路线。
永定河大峡谷从官厅大坝到三家店拦河闸，直线距离为52公里，走向总体是自西北向东南。但永定河穿行在万山丛中，纡回盘旋，颇像一条蟠龙，使大峡谷长度达到108.7公里，超过直线距离1倍还多。之所以如此，是大峡谷所经行的路线上，受到各种各样的地质构造因素影响。介绍几个：
幽州背斜
新第三纪（300—2600万年）以来，怀来盆地断陷下降成为湖区，但古怀涞湖的东南方却隆升成为西山山地。其中小幽州一带抬升最高，成为西山主脊，也是古怀涞湖与古西山河两个水系的分水岭，称为小幽州背斜。这个背斜山脉的地层受到挤压和来自下部的顶托，产生了引张破碎带和众多的切理裂隙。这些碎裂带造成了河流易于侵蚀切割的薄弱区。
沿河城断裂带
沿河城断裂带以西南向东北横亘京西门头沟区的西北部。其中刘家峪至向阳口一段，很早就发育成为河道，叫刘家峪沟，也叫沿河城沟，大西沟或沿河。沿途发育若干支流。其中沿河城以北一条支流溯源侵蚀，贯通了幽州背斜主脊带，与古怀来湖贯通，成为永定河现代河道上游主干道。主干道进入刘家峪沟，便利用沿河城至向阳口断裂带发育的河谷，浩荡而下。
青白口穹窿
穹窿是一种隆起或背斜型构造，平面呈圆形或椭圆形。其中的地层都很平缓地向各个方向倾斜，类似一个大馒头。青白口穹窿西北被沿河城—向阳口断裂带切割，仿佛被切了一刀。永定河道顺断裂带进入侵入岩与围岩之间的张裂带。张裂带中的中、酸性侵入岩脉与围岩的白云岩层接触面，很容易遭受河水溶蚀，形成河谷。
永定河断裂带
近年来，地质工作者经过野外调查，并结合卫星、航空遥感图象的判读，认为存在一条大致与永定河现行下游河道并列或重合的断裂带。它起雁翅，经安家庄、清水涧、落坡领、王平村、斜河涧、三家店、军庄，进入军庄沟，消失在西杨坨一带。
这条断裂带与现行河道不相符的地方，是它穿行斜河涧至三家店之间，然后掉转头到军庄，而现行河道是自斜河涧经军庄，才到三家店。不过，断裂带走向，恰恰是距今70万年以前，早更新世时古永定河的流向。当时，古永定河也经军庄沟，东北流向海淀区清河。
断裂带破坏了沿途的地层结构，岩石破碎，是最易发育成河谷的线性地带。
下苇甸穹窿
其侵入岩体中心在上苇甸，所以又称为上苇甸穹窿。分布面积约30平方公里，因后期风化已形成员地形。永定河经其南缘，形成曲度很大的深切河曲，甩开断裂带构造线。
二、地层解读大山
走进大峡谷，就走进了大山的世界。为了辨认，西山人根据每座山的特点，分别起名：东灵山、棋盘山、百花山、髻髻山、妙峰山、九龙山、金树塔、黄草梁、灰金坨、后坡凹、庙安岭、幡竿岭、大寒岭、老龙窝、清水尖、香峪大梁……
同样，为了辨认大山的地形地貌，西山人根据大山的不同形态和位置，起了更多的小地名：河南台、傅家台、卧牛台、东岭台、滴水岩、石窟崖、拉拉壶、下苇甸、檀木港、黑土港、狮子沟、北港沟、清水涧、狼洞、极乐洞、杨家峪、大峪、马家套、珠窝、丁家滩、苇子水、淤泥坑……
有了这么多的大小地名，人们便可以从事大山中的生产生活、山与山这间的社会交往。地质学家研究大山，先要了解组成山的地层，看这些地层是由哪些岩石和岩层形成的。为此，地质学也创造出一整套专门的词汇。在大峡谷，人们会发现，使用这时的地名来为地层命名，然后广泛用在其他区、县、省、市，不胜枚举。这是因为，人们用最先发现，或最早研究的地方来定名。
在峡区，人们目前发现的最古老地层，叫中元古界长城系高于庄组，古沿河城碾台村以北，并且只见到它的顶部，不过一平方公里。这是一套海洋环境沉积的钙镁碳酸盐岩和少量碎屑岩，主要为板状薄层和巨厚块状白云岩。它们生成在14—16亿年前的大海深处。
稍后于高于庄组的，是蓟县系杨庄组，见于小幽州村西岭沟。厚度50余米，岩性是一套浅灰色及紫色的砾岩、砂砾岩、砂岩平白云岩。是海洋滨岸的风暴和大浪环境下生成的沉积岩。
构成峡区北部大山主体的是蓟县系雾迷山组，是一套巨厚硅质条带白云岩为主的滨、浅海沉积岩，十分坚硬。岩石中富含生物迭层石化石，磨光后图案十分精致。
蓟县系生成于10—14亿年前，厚2000多米。
生成于8—10亿年前的地层名青白口系。青白口位于永定河大峡谷中部，峡区最大支流汇入永定河处，是一个小小的山村。分布在青白口南、北地区、大村地区，以及下游的下苇甸一带。为黑色页岩、粉砂岩，石英砂岩、海绿石石英砂岩等组成，厚约700米，属滨、浅海沉积岩。过去，人们误认为其中最底部的黑色页岩是煤，采来却不能燃烧。后来，又发现它是烧造琉璃的好原料。青白口系下分三组，最下一组名下马岭组。下马岭是青白口下游左岸山村。
峡区缺少晚元古界震旦系的地层，和华北一样。从距今6—8亿年的2亿年间，西山和华北板块处于入于抬高隆升状态，此时形成的地层被河流侵蚀及风化剥蚀净尽。
古生界是距今2.3—6亿年期间形成的地层。峡区和华北其他地方一样，缺失其中的奥陶系上统、志留系、泥盆系和下石炭统地层。
目前，我们在峡区见得到的，是分布在林字台、青白口、淤白一带中游地区，和军庄、丁家滩附近的寒武、奥陶系地层。这两系的地层，在西山如影随形。原来，它们都是浅而清的陆表海沉积岩层。简单地说，寒武系以灰岩，白云质灰岩、泥灰岩为主，奥陶系（缺上统）以灰岩为主。沿着永定河峡岸，从下苇甸到丁家滩，沿途山壁，是最完美的“地质大剖面”，从元古代晚期的青白口系，到下古生界的寒武系各组、奥陶系中下统各组，地层依次并列，琳琅满目，一览无余。地质学家还发现，其中寒武系地层，属于“风暴岩”的一套完整系列，即风暴大浪以初起，离潮到平息的全过程沉积。
中奥陶纪以后，整个华北地壳整体上升，变海为陆。这种情况一直持续到早石炭纪，即从距今4、5—3亿年。此后3千万年间，华北地壳又渐渐下沉，海水时进时退，海陆交替。到距今2.7亿年前的晚石炭纪，海水彻底从北京地区消失，北京上升为陆地。此时，西山林木繁茂、河流纵横，是第一个成煤期。石炭系地层在砂岩、页岩、砾岩之间，夹有煤层和铝土矿层。它们分布在永定河大峡谷中下游的两岸。
此后4千万年，是二迭纪时期。西山大体处在山前平原环境，河湖沉积了砂岩，夹煤层和叶腊石、页岩等。分布大体同石炭系。
距今2.25—0.7亿年间，属中生代。这期间的西山既有新地层形成，又有新老地层经受大动荡，形成了今日西山山脉的构架布局。
中生代的沉积集中在大峡谷的中下游两岸，当时这儿是拗陷地区，有几个大小盆地。
其中，三迭系是一套紫色、灰绿色、灰黑色岩屑砂岩、粉砂岩及粘土夹砾岩，属于河流—小型盆地沉积层，分布在色树坟、门头沟、龙泉务一带，”即髻髻山向斜南翼和九龙山向斜两翼，厚约200米。
侏罗系分布广泛，构成峡区中下游向斜山脉核部，又分为南大岭、窑坡、龙门、九龙山、髫髻山5组。它们都是峡区右岸的地名。其中南大岭组以灰绿色玄武岩为主，它是一种裂隙式溢流相的火山溶岩，可以区分出三四十个溢流旋回（即周期）。夹有白色凝灰质砂岩、灰紫色页岩等。窑坡组原名门头沟群，是十分著名的陆相含煤地层，含煤多达十余层，还有砂岩、粉砂岩、泥质岩含砾粗砂岩等。龙门组由深灰、灰黑色砾岩、砂岩及粉砂岩组成，下层夹煤线。九龙山组是陆相火山碎屑沉积岩，主要是含有大量火山碎屑沉积岩。髫髻山组的命名剖面在青白口旁的刘公沟，它由熔岩和火山碎屑岩组成。
此外，在峡谷下游左岸妙峰山到安家庄，近年又划分出上侏罗系后城组，总厚达2740米，主要为熔岩和火山碎屑沉积岩。
白垩系地层在峡区只见东岭台组。东岭台沿河城的东岭，原为一个小型盆地。这组地层是一套以酸性流纹质熔结凝灰岩为主的火山喷出—漫溢岩，厚达2129米。
在中生代，西山经受了燕山造山运动的激烈影响，使新旧地层发生强烈地变化，包括褶皱收缩、断裂变形、扭曲挤压，还有熔岩侵入及火山爆发等等巨大的地质活动。西山地层普遍发生北东向褶皱，构成了今日西山，尤其是大峡谷两岸隔档式褶皱山脉的骨架。
从距今6700万年到现在，是新生代时期，下分老第三纪、新第三纪（2600—300万年）、第四纪。西山总体上是阶段性抬升，没有像样的地层沉积，只有河谷两岸形成的阶地上，有一些河流冲积或风成黄土堆积。其中有著名的马兰黄土，形成于第四纪晚更新世（1—12万年）期间。不过，新生代时期经历的喜马拉雅造山运动，使西山地区重新隆起为高山峻岭，产生了永定河道，这是永定河大峡谷形成的决定性因素。
三、阶地，古河的足迹
燕山运动结束之后，西山经历了大约两千万年的平静时期。河流的侵蚀，其他外力的风化剥蚀，逐渐削平了陡峭的山峰，填平了地面的坑洼，使北京形成了一个准平原，这就是著名的“北台期表平面”。
随后，太平洋板块俯冲中国大陆改变了方向，印度板块撞击中国大陆产生了青藏高原。这个被称为喜马拉雅造山运动的地质大动荡，使西山重新活动，山脉再度隆起，河流重新布局。西北的怀来一带发生断陷，形成了古怀来湖。东部的北京平原地区也发生断陷下沉，面积更为广大。大约在500万年前，即新第三纪上新世时期，永定河诞生了。它西北接古怀来湖，然后穿越西山，东通北京凹陷盆地。以那时期到现在，西山发生了大约8次明显地抬升。每一次地层抬升，都把河床抬高成为阶、台地。而河流通过下切，又产生新的河床。这8期抬升，按河床最接近的阶地定为1级，以低向上排列，并依最先发现或研究地命名，它们是：
1级阶地，形成于近代，属晚全新世，称为皋兰期。通常距现代河床高不过1米或数米。
2级阶地，形成于板桥期，属晚更新世（距今12—1万年）后期。板桥是永定河峡谷右岸支流清水涧阶地上的古山村。
3级阶地，形成于马兰时期，属晚更新世早中期。马兰，正名是马栏。马栏是永定河峡谷右岸最大支流清水河畔的山村。
4级阶地，形成于清水期，属中更新世（距今70—12万年）。
5级阶地，形成于三门期，为早更新世（距今300—70年）后期。
6级阶地，形成于汾河期属早更新世早期。
7级阶地，形成于新第三纪（距今2600—300万年）唐县期（约距今500—300万年）的后期。未定名。
8级阶地，形成于唐县期早期。未定名。
第8级阶地，是目前所能见到的西山河谷遗迹。也就是说，它是目前发现的西山河流最罕见的河道足迹。
通过联结同一级阶地，就会在地面或地图上形成一条联线。而这条联线，就是那一级阶地处在河床阶段的河道走向。就这样，永定河的古河道，就在卫星或航空遥感图像中被一一辨认出来。
永定河自古有“无定河”之称。过去，人们的理解，都是它在流出大峡谷，进入平原地区之后，河道经常发生摆动或改道，变化无常。通过判断读遥感图像，以及在地面的观察，人们又惊讶的发现，原来，在西山，永定河也是“无定河”。光是大的河流改道，就发生过3次，形成了3期古河道，可以分别叫作清水河古河道、军庄沟古河，道和三家店古河道。
清水河古道
它的起点在今河北省涿鹿县矾山盆地。经紫荆关深大断裂带向南，绕过东灵山西南麓，从小龙门沟进入斋堂盆地。东北穿越斋堂川，在傅家台改向东南行，行永定河现行河道流向。在王平镇南涧脱离现行河道流向，改向西南。绕过北岭，以今永定镇石门营出山，向东形成冲积洪积扇。
这条古河道上，在矾山，古河道底部是分选性差的泥砾层，上覆土黄色老黄土。在斋堂川盆地南、北山半坡的唐县期阶地，就是古河道故道。唐县期阶地分布在海拔700—500米的地面，向现代河床平缓倾斜，倾角在5°左右。以斋堂镇为例，以南山（庙安岭），到北山（白铁山）山顶向下走一个约30°的陡坡，到达海拔约700米左右高度的时候，地形骤然变成平缓的地面。向清水河倾斜下降到海拔500米左右，被后期河道分割截断。唐县期阶地（也有人称为夷平面）作为永定河最古老的河道，呈宽阔河谷地形，显然已经是年代很久长的晚壮年形态。可见，清水河古道存在时期十分久远，是永定河最古老、延续时间最长的古河道。
在傅家台，这一期阶台下部为巨厚砂砾层夹砂层，具不清楚纹理。下游古道，大都已形成岭顶，或已被侵蚀破坏。在石门营，古河道下部为砖红、浅红色砾混堆积层，属新第三纪上新世沉积；上部覆盖后期褐色粘性土。
这条古河道残留阶台，通常比现代河、沟谷高出70—80米。
军庄沟古道
军庄古道的上游没有改变，仍在斋堂川流过。下游循现行流向，在军庄改向。经军庄沟向北稍东，出门头沟区境，行海淀南沙河—清河河道。下游分为两股岔流，分别流入温榆河。
温余河，原名湿余水，又作灅余水。湿水为古本《水经注》所记永定河之名。灅水之名见东汉许慎《说文解字》，也是指那时的永定河。湿（灅）余之名，即永定河废道之意。由此可知，古人早已发现，军庄沟及南沙河、清河，曾经是永定河经流，然后废弃的河道。
该期河道在山区约高于现行河床约50米。在灰口，古河床底部为灰褐色砂砾石层，上部是褐黄色粘土。
同期，从古怀来湖经西山流向北京平原还有另外一条河。它起自与古怀来湖相联的古延庆湖南缘，在官厅—沿河城现行河道以东，大致平行。此河经十八盘入山，走向东南。经今怀来县外井沟，到水头村，折向东。在镇边城分为两股，南入门头沟区。在大村又合为一股，改向北行，入昌平区境。到马刨泉南，折向东。在雅思台一带，呈喇叭状散开。东行，北经溜石巷、大水峪，南经雅思台、高崖口，入昌平盆地后消失。可称为高崖口古道。
这条古河高出现代沟底40—60米。在溜石港、高崖口，残存宽达70米的大平台。下部是巨厚砾石层，中部为黄土与砂砾石互层，上部为后期黄色黄土，含少量姜结石结核。在西口子，古河床下部是浅灰色砾石层夹砂质粘土及砂层，地表有2米砂粘土。古河阶地高出沟底45米，宽达150—240米。
高崖口古道在第四纪更新世昙花一现，没有成为延续至今的河流，从而取代永定河。
三家店古河道
这条古道在流向上已经与现代永定河一致，即从官厅峡口到三家店峡口。此时，清水河古道上游，矾山到小龙门沟一段已断流，在门头沟区西界老婆岭苇子港（大垭口）一带被抬升的分水岭隔断。下游军庄沟也已断流，在中部形成分水岭。
古河道与现行河道相比，仍有一些差别：
古河道已升为峡谷阶地，高于现代河床。珠窝段旧河道废弃，改走新道。当时在丁家滩形成指状岔流。其中一条流经斜河涧村西。丁家滩旧道高于现代河床66米，在担礼、坟上村旧道高出37米，在龙泉务河拔高度为41.2米。古道出峡之后，绕石景山向东北流向今海淀、昆明湖，以及向东流经今北京城北部，即古清河二期河道和古金钩河。
永定河在第四纪中更新世（70—12万年）形成现行流向以来，西山仍在阶段性增高，流水则不断下切，使永定河峡谷日益加深，终于形成今日深切巨大的大峡谷，巍峨雄伟。
回顾永定河河道的变迁，就会发现，各段河道阶地发育并不相同，属于分别形成。联结各期阶地，发现永定河河道有过多次变迁。目前所见到的最古老河道，在第三纪上新世唐县期已发展成为老壮年宽阔河谷，可知永定河在500万年以前已经诞生。从这一点来说，永定河是十分古老的。但是，永定河又始终处在变动之中。今天的永定河大峡谷深切景观，仅仅在近一二千年才大致定型。从这一点来说，永定河又是十分年轻的。
四、袭夺之战
现行永定河大峡谷的上下游各段，发育历史有早有晚。按阶地来区分，大致可分成几段。
第1段，官厅—沿河城；
第2段，沿河城—青白口；
第3段，青白口—王平村南涧；
第4段，王平村—军庄；
第5段，军庄—三家店
若按发育先后来说，则应这样排列：
1、最古老河道：第3段，即青白口至王平村南涧段；第2段，沿河城—青白口段。
2、其次：第4段，即王平村—军庄段。
3、再次：第5段，军庄—三家店；第1段官厅—沿河城。
由此可见，永定河大峡谷的最上游，即官厅至沿河城这50里河段，形成历史，与最下游即军庄—三家店，都是最后才贯通，成为永定河主河道的。
最富于传奇色彩的，是大峡谷最上游，即官厅至沿河城河段的形成过程。
原来，早在新第三纪上新世，即距今500—300万年间，古永定河行今斋堂川清水河流向。那时，斋堂川的许多支流，如黄安坨沟，大北沟、小北沟、马栏沟都已形成。因为他们都存在唐县期侵蚀面。同样，傅家台也有唐县期阶台，说明青白口以上河段也已产生。但那时，这一段仅仅是古永定河的一条支流，其源头在黄草梁南麓或东南坡，即今刘家峪沟、龙门沟、石岩沟。沿河城以北，也有一条小小的支沟，只能算是古永定河支流的支流，即二级支流。
这条二级支流，源头在幽州背斜山脉的南坡，流向古怀来湖。可以叫北坡河。
北坡河存在的证据，是官厅水库大坝右岸存在的古河道，高程为460米。目前，在丰沙铁路64号隧洞北口山上，还可以见到这条北坡河废弃的旧河床，比库区水面高约35米（按指大坝加高以前的高度）。河床内填充了上新世红土，上面覆盖后期泥河湾砂砾层和厚层黄土。可知上新世时北坡河已经出现。说那时北坡河流向与今日永定河相反，是因为北坡河的河道是东南高，西北低，即从幽州背斜北翼流向古怀来湖。
那时，北坡河与南坡河并不贯通，而是以幽州背斜主脊为分水岭，背道而驰。正是这“井水不犯河水”看似各不相干的外表下，隐藏着一场你死我活的较量！
原来，河流的形成，有一个看似奇怪的现象，叫溯源侵蚀，也叫向源侵蚀。它指的是在河流产生及存在期间，河源总是在不断地向上游前进。在山地，表现就是不断向最高处的分水岭顶发展，以至于切开分水岭，进入分水岭对面的流域。这种现象的产生，是因为通常来说，越在山峰高处，集水面积越小，水流时地面的侵蚀作用也越小，使小冲沟发展成为河谷也越慢。不过，只要有足够的时候，小冲沟迟早也会“长大”像下游的河谷一样。
且说北坡河虽然发育较早，水量也比较大，早早地形成了河床、河谷，但源头距怀涞湖的高度很小，水流的下切侵蚀及溯源侵蚀都很缓慢。到距今70—12万年的中更新世，古怀涞湖水一度猛涨—有人解释是古黄河水经土默特川（内蒙古河套平原的前套）的黑水河入永定河上游洋河流入古怀来湖，湖面升高，湖水居然倒灌入北坡河，在今小幽州村一带形成了山上小湖—天池。后人在昔日幽州湖层中，发现了意外湖花介、土星介等微古动物的化石碎片。显然它们原本生活在古怀来湖底层，随波逐流进入了北坡河及幽州湖。
与北坡河悠游自在的生活不同，南坡河虽然发育很晚，水量也不大，但把上游的冲沟发展成为大河道的速度却不慢。这是因为它进入沿河城沟的沟口所处高度代于古怀涞湖面，在地质上叫“下位河”，具有天然优势。
且说距今十几万年前的一天，南坡河终于切穿了分水岭，把源头发展到了另一边，接通了北坡河道。遭到袭击的北坡河瘁不及防，被处在低位的“敌人”打开缺口，俗话说，“水往低处流。”北坡河水及小幽州湖，还加上古怀来湖水，就这样源源不断入南坡河—官厅至沿河城的河道就这样被打通了。它从此堂堂正正从普普通通的二级小支流变成了永定河上游的主干道。南坡河实现了这一番作为，但在地质学上的名声却不太好听，叫“袭夺”。偷袭抢夺，仿佛强盗。它叫“袭夺河”；倒霉的北坡河自然叫“被袭夺河”，成了公安人员口头常挂着的受害者，“事主”。
古怀来湖从此获得了顺畅的新出口，得以浩浩荡荡从新开辟的河道奔流而下。强大的水流带来巨大的力量，以前所未有的快速下切底蚀，使河床不断加深；还侧蚀两岸山石，扩展河谷。扩大的河道得以容纳更多的流水，把昔日无边无涯的古怀涞大湖吮吸得一干二净，只剩下一条弯弯曲曲缙山河，孤零零地躺在湖盆中央。不甘心的缙山河也照方抓药，像修成正果的南坡河一样，也通过向源侵蚀，依次打通了石峡口峡谷和册田山峡，袭夺了古阳原湖和浩大如海的古大同湖。把它们抽取干净，只留下桑干河和大洋河，合并成为永定河的上游。
就这样，永定河吸干了昔日雁北盆地、翼西北间山盆地的湖水，却造就了气势雄伟的永定河大峡谷。营建大峡谷的巨大工程，也使西山以东的北京凹陷，铺上了一层又一层来自高原、西山的砾石、泥砂，完成了千年古都北京城的奠基礼。
五、龙口巡礼
从高空俯视永定河大峡谷，从官厅大坝到三家店，自西北向东南，直线距离不过52公里，但永定河穿行西山的万山丛中，纡回盘旋，百折千曲，峡谷长度却多了一倍还多，达到108.7公里，很像是一条不屈不挠，勇往直前的蟠龙。
在三家店拦河闸看大峡谷，这里的河床高程不过100米。由此蜿蜒而上，到达官厅大坝，河床海拔已经升高到440米。由此来看，大峡谷又不愧是一条昂首挺胸，振鬣欲飞，腾云驾雾，遨游天外的翔龙。
来到官厅水库拦河大坝，看到的是峡口大张，气吞山河，活活一条无往不前的猛龙血盆大口。
官厅大坝所在峡口，河床宽度是106米。向北展望，只见水库东西两岸山势豁然开朗。到杨大大庄，宽度已达到3600米。水库湖面辽阔，一碧万顷，烟波浩渺。可想而知，若非大坝紧卡峡谷龙口，偌大湖盆，无论如海似洋，也会被峡龙一饮而涸，不在话下。
大坝紧锁大峡谷龙口，自然气象非凡。不过，若仔细观察，却发现它并非端端正正卡在咽喉。以东到西，右坝头偏向以北的库区。这又是为何呢？
这不是大坝设计、建造者的粗心大意。
原来，1951年设计大坝，计划坝高45米，坝顶高程485.17米，长290米。却不料，勘测发现，正在右岸峡坡，高程460米的地方，居然还有一条废河弃道！无奈，大坝的轴线不得不在西岸向北转了向。
1989年9月开工加高大坝，要提高到海拔492米的高度，坝顶长度加大到423米。不用说，设计者也是小心翼翼，让轴线及早改向，避开半腰的古河道。这条古河，就是前文提及的，被沿河城南坡河溯源侵蚀，袭夺了水源的“断头事主”北坡河。
大坝所在山头，清《怀来县态》称为天寿山，俗名官亭山。原来，官厅之名，源自官亭了。所谓官亭子，就是明代设立“内三关”（居庸、紫荆、侧马关）长城防线中，管理防御设施和兵士的哨所。现在，在大坝东西山头上，仍然可以见到各有一座烽火台，负责向京师传递军情。峡口还有一处水关口，负责峡口交通防卫。官厅山高六七百米，但向南山势却越来越高，达千米以上，逶迤起伏，连绵无际。俯视峡谷，河床下降陡急，与山顶形成巨大高差。可想洪水入峡，浪疾流速，咆哮翻腾，声震如雷，该是何等惊心动魄。
峡谷两岸陡壁，岩层由中元古界地层组成，主体是蓟县系雾迷山组，主要为灰色巨厚块状白云岩，夹有黑色燧石条带。这种海洋沉积的钙镁碳酸盐岩加上硅质条带层，坚硬异常，不易风化，构造了大峡谷上游近百里的巍巍高山深峡。山体发生过褶皱，使这里的地层收缩隆起，形成为巨大的背斜大山。背斜的两翼窄短，陡立倾斜。背斜的核部宽大，地层平缓。登临这样的大山，时常会产生错觉，仿佛闯入巨人的世界。那峡谷悬崖间的一层层阶台，高高耸立的平夷峰顶，似乎是巨人们上下往来的台阶，以及岩桌、岩椅，还有推枰布局的巨石棋盘。
在峡坡和谷顶的平面上，时常可以见到一层棱角状碎石，已经胶结在一起，十分牢固，不易分开。它们是更新世时，西山曾经爆发过地震的证据。那一场大震，山崩地裂，碎石胶结层就是当时崩落的山石。正是这次大地震，使怀来古湖的南缘湖，直到高亘的幽州背斜分水岭，坚硬的岩层发生酥裂和崩塌。使沿河城沟的一条小小支沟，不失时机地打通水道，迅速利用汹涌灌入的古怀来湖水，造就今日永定河的上游主干道，以及深邃的大峡谷。
六、暖温带岩溶壮观
从官厅到青白口，永定河大峡谷穿行在约百里长的高山峻岭之间。这些山体的地层，大多是巨厚的硅质条带白云岩，即含有碳酸镁、碳酸钙盐的岩层。这种岩层，对水的溶解度和对酸性气体的抵抗性都大大高于石灰岩。但是，它仍然比其他岩石易受酸性水、气的溶蚀。另外，在十余亿年的漫长时期，地层经受了多次的破裂作用，节理、层理、裂隙、裂断密布，这也使岩层更容易遭受侵蚀和溶蚀，产生不同于热带、亚热带地区的岩溶作用。由于西山自中生代以后处在暖温带环境，大峡谷区的岩溶现象自有其特殊性。打个比方说，峡谷大山犹如雄奇伟岸的大男子汉，阳刚十足；而岩层的岩溶景观却像细心的妻子精心为男人准备的服饰，处处体现着女性的细腻柔情。
以官厅大坝右岸而下，有一条简易公路时而盘旋峡谷坡间，时而下降到河滩阶地。沿途欣赏岩溶的形态，真是琳琅满目。
主要有：
峰丛，峰高而尖，崖峭壁陡，形似塔林，但基部相连。发展趋势就是成为石林。
丘峰，峰顶浑圆，山坡也比较平缓。这是岩层经受较长期剥蚀，被销磨了棱角。
岩丘，又叫溶丘，峰高不过几十米，显得清秀温和。这是吃硬不吃软的山体“昔日百炼钢，化为绕指柔”，完全改变了形体。
石芽，有时会在峡坡间生出，形如犬牙，高不过几米。
溶沟，生长在石芽之间，呈低槽。有大有小，甚至辟裂巨岩，构成绝岩断崖。
溶斗，形似漏斗，是山间封闭、半封闭的小洼地，显得孤芳自赏。
溶洼，三面或四面呈环形包围的低凹地。有的被劈落部分山岩，变成太师椅一样的悬谷。
穿洞，即通开洞。
天生桥，有缓有陡。有的高悬绝崖之上，惊心动魄。
最常见的，是各式各样的大小溶洞。有的大长溶洞，内部复杂，适于开发游览。旧庄窝火车站西北银洞山山脉的无底洞，深不可测。以前人们掷石下洞，滚落良久，声如乐音，悦耳动听，类似奇洞，在当地沉睡多年，数不胜数。溶洞分层密布，高低错落有致。有的变形严重，形成溶龛，遥遥望去，觉得十分神秘。
岩溶形态与周围的侵入岩、变质岩，以及其他地层组合，景观千差万别。如果因形命名，适当宣传，会成为不错的游览热点。例如其中的天然岩画，堪称一绝。有人发现，珍珠湖峡壁上，有四处最醒目的天然壁画，神工鬼斧。有人说像孔雀开屏，有人说是凤凰展翅，有人说见有观音大悲慈相，有人说酷似“八十七神仙图”名画。众说纷纭，其乐无穷。水峪口沟佛崖，自古相传有九幅彩色佛岩画，时隐时现，扑朔迷离。当地人甚至造出传言，说“谁要看见九座佛，金子银子往家驮”。上个世纪修公路，把整个山头炸毁，九座佛岩画从此消失人间。
七、金三角的银镶边
北京西山及相邻的冀西北，以矿产丰富而著称。其中河北省崇礼、宣化、赤城三县交界之处，是有名的黄金产地，被称为“金三角”。环绕金三角，包括永定河大峡谷上游，因富产银、锌`、铜、铅等多金属矿物，则称之为“银镶边”。这些矿产，大多蕴藏在火山岩、花岗岩、碱性杂岩等喷出、侵入岩体，以及围岩接触带的变质岩中。
原来，那些火成岩原本藏身于地球深处，在高温、高压下像烧红的玻璃一样，被称为“软流”，它们的身体内饱含很多化学元素。在地壳出现裂缝的时候，它们就化成熔融的岩浆挤出地壳。有的喷溢出来，成为火山岩。有的侵入地层之中，却无法冲出地面，而渐渐冷却凝固。单说侵入岩在地层中慢慢冷凝，身体内的元素和矿物因熔化温度不同，便先后析分出来形成晶体。大部分的金属元素矿物最重，便沉到岩体底部，而其他轻元素和矿物则上浮，分别聚集在一起结晶凝固，形成矿体。最后，这个侵入岩体便成为各种矿物分别聚居的“旅馆”。另外，在岩浆冷凝过程中，与周围的岩石发生热作用，产生接触变质，例如使碳酸岩重新结晶，石灰岩变成大理岩；或者热液、热气进入围岩之中，相互交替“礼物”，形成钨、铁、铜等等矿藏。成分发生变化的石灰岩，往往变成奇怪的“矽长岩”。
总之，火成岩是一个“百宝箱”，在适合的条件下，会把不同的元素及矿物分别聚集浓缩，成为宝贵的矿藏。
在燕山造山运动过程中，西山多次发生火山爆发和溶岩侵入。在大峡谷的两岸，因此而产生的矿点不在少数。仅举2例：
碾台侵入岩体
这个岩体分布在大峡谷上游的西岸，沿河城以北的碾台、檀木港一带，西邻沿河口—横岭断裂带。出露面积约6.5平方公里，平面形态略呈圆形。这个岩体包括石英二长岩、角砾石英斑岩、辉石闪长岩，它们是在不同时期分次侵入、然后组合在一起，称为杂岩体。杂岩体生成银、铜、铁、锌多金属矿物，以及石榴子石、透灰石、绢云母、蛇纹石、大理石等等围岩变质岩。
珠窝花岗斑体岩
这个侵入体分布在大峡谷中上游在左岸的珠窝村一带，包括花岗斑岩体和花岗斑岩脉。岩体呈岩株状产出，平面形态近似盆状。东西长1.25公里，南北最宽处约0.5公里，侵入雾迷山组白云岩中。接触带发生大理岩化、蛇纹石化、磁铁矿化。岩体顶部有多条岩枝穿入围岩。岩脉顺层侵入围岩中，在地表上呈条带状，延长可达11公里。
这个侵入体的围岩中形成多种矿物，含量虽有大有小，但矿种十分丰富。举村东北约1700米的立石窟老金银采洞为例。其中可见：
致密块状褐铁矿型金银矿石；
蜂窝状石英—褐铁矿型金银矿石；
黄铁矿、褐铁矿混合型金银矿石；
致密块状含金银黄铁矿型矿石；
以及孔雀石、赤铁矿石、铁赭石、方解石、石英、重晶石、硬石膏和石膏、方铅矿石、辉银矿石、磁黄铁矿石等等，也有分布。
峡区两岸及周围较大的侵入体还有林字台、白羊石虎、炭厂、河南台、田庄、芹峪、上苇甸、桑峪、青白口岩体等。至于中小型侵入岩体，则比比皆是，几乎沿大峡谷上下，随处可见。
这些火山岩丰富了大峡谷的地貌形态，有的自身就是地质旅游景观的好素材。更重要的是，除了那些具有工业价值的矿体之外，不具有工业开采意义的矿体，却大可以进行旅游开发，从事工艺石、观赏石、纪念石等等采石旅游。例如，让游客入立石窟古矿洞捡拾金银矿石，这是多么引人入胜的好经营项目。
采石旅游在永定河大峡谷全程几乎都可以开展，但京白玉、白花玉等等矿点应加以保护，以免遭破坏。可以集中采集，批发经销。
八、火山盆地沿河城
在中生代，永定河大峡谷中下游几乎全部处在火山盆地当中，主要有髻髻山、妙峰山、九龙山——香峪大梁、东岭、上大水火山—沉积盆地。它们的火山爆发期有早有晚，有线性喷发或中心式喷发、裂隙式溢流等等方式的不同，岩性及化学成分也千差万别。收集这些火山岩的不同种类，可以举办“火山岩大观”展览。
随着1亿多年的岁月流逝，新的地质活动使这些古老的火山盆地大多沉埋地下，或早已面目全非。保存最好，形态最完好的，要属沿河城火山小盆地，又叫东岭盆地。
火山盆地
沿河城地处大峡谷上游，距官厅峡口约50华里，至三家店峡口约160华里。这里地当明代内三关长城昌、真保两镇结合部。原名三岔村，因永定河大峡谷在此与沿河城沟（—名沿河、大西沟或刘家峪沟）交汇而得名。明代在此建城堡，名沿河堡，沿河城由此得名。
沿河城坐落在小盆地北缘。原始盆地面积约20平方公里，东到杨树底（—作“地”）、避静寺，西至龙门沟一线。现在出露面积约6平方公里，中心在沿河城村以东1.8公里的东岭村。该村南面依城子坨，东北临永定河，坐落在永定河岸400余米高的“圈椅”形斜坡洼地上，由旺家水、瓦渣坑、柳树场四个小自然村组成。此地被称为东岭台。东岭台原是断陷盆地，形成于沿河城大断裂带旁侧，受断裂带控制。在形成过程中受沿河口——横岭断裂影响，致使盆地东北端掀升，西南倾斜，成簸箕状。
火山喷发在距今1.34亿年前，停息在大约0.9774亿年前。这一时期，在区域地质史上，被确定为中生代白垩纪东岭台期。
东岭台期前后延续了3千多万年，其间又分成为4个喷发旋田，或喷发阶段。
第一阶段喷出在盆地东部，喷出岩有玄武安山岩（喷溢型）、安山质角砾岩（爆发型）等。
第二阶段分布在盆地中部，爆发—沉积岩有杂色安山质砾岩、复成分砂砾岩、多种凝灰岩，及复成分砾岩夹红色泥岩等等。
第三阶段分布在盆地中西部，以流纹质凝结凝灰岩、角砾熔结凝灰岩为主。
第四阶段分布在盆地西部，以安山岩、粗安岩，球粒流纹岩为主。
火山—沉积岩地层总厚2130米，其中有大约500米属火山—河湖沉积层。这说明，在火山活动的间歇期，当地成为断陷盆地，积水成湖，并接受了河流中冲积物的堆积。
东岭台期火山—沉积地层称之为东岭台组。观察这一期地层的完整岩层，唯一的地点就是沿河城盆地。多色珍珠球粒流纹岩在火山岩中，显得格外娇小玲珑。
火山口
早期喷发的火山口已被深埋在熔岩厚层之下，地面上已不见踪迹。目前，保存完好，形态清晰的古火山口，坐落在沿河城卫生院内。说它“古”是因为它的高寿是九千七百七十四万年。不过比起这一地区，它的火山“爷爷、奶奶”来，它又的确只是小字辈。前面讲过，最早的火山漫溢及爆发，发生在它“诞生”的三千多万年以前。
这个“小字辈”古火山口规模也不大，平地上见到的火山口面只不足1平方公里，略呈椭圆形。口内低凹，但中心都突出一个“石墩”，叫岩塞。岩塞岩性是安山玢（读“宾”）岩，呈岩枝岩侵入。这种岩石致密坚硬，但性脆。岩塞原来具有环状节理，但在后期被切割成不规则的尖棱角状碎块。它上面覆盖着浅色安山质角砾集块岩，与火山坑中的岩石相同。这些火山岩呈环状分布在火山颈周围，颜色浅，结构比较疏松。它们是火山喷出的末期产物，已经是“强弩之末”，没有力气冲出火口，只好无精打采地停留其中，伴随着岩塞慢慢地冷却凝固，从此沉睡至今。
火山口是一种独特的地质景观，可以成为很具号召力旅游景点。
断裂带
沿河城大断裂带是影响西山地质构造的最重要分界线。断裂带把西山分割成为南盘、北盘两大块。今天见到的北盘是一片岩溶高原，受到沿河城旁侧诸多次生断裂的强烈切割；而南盘在中生代是巨大折拗陷盆地，沉积了侏罗系煤层和多期火山岩地层。
这条断裂带规模巨大，断裂结构复杂，展布于老君山背斜东南翼、青白口穹窿北翼。
它南起河北省涞水县野三坡桦树沟，与紫荆关深大断裂带复合。然后入门头沟区境，经天水河，双塘涧、瓦窑、梨园岭、燕家台、天仙关、刘家峪、龙门口至沿河城，长约40公里。它在大山深入，切割出一道崎岖的沟壑与陡坎，许多地段形成为沟壑，是一条十分古老的山间通路。行走在这条十分特别的古道之上，如果知道它的来历，一定别有一番感受。
原来，这条大断裂带的发生发展，与燕山期的地质大变动息息相关。
距今1.6亿年前，从赤道一带向北漂移的华北板块，被南面跟上来的华南板块“追尾”。强大的冲撞力使华北板块发生猛烈的地层变形，形成了沿河城断裂带。岩浆从断裂带中喷嗌而出，继之以猛烈浆仓喷空之后，禁受不住上层的岩浆重压，使南盘发生断陷。
大约1.37亿年前，拼合在一起的华北、华南板块又与南下的西伯利亚板块迎面冲撞，发生了燕山期第二幕活动。断裂带南盘大幅度垮落，深达1000—1500米，导致髻髻山期火山大瀑发和随后的东岭台期火山喷发。
大约0.8亿年前，祸不单行的中国板块又遭受太平洋板块的俯冲拱挤，使沿河城断裂带侧向出现许多次生断裂。东、西龙门涧就是此时形成的断裂谷。东岭台火山喷发形成断陷盆地，也受到断裂影响。
沿河城大断裂向东北进入昌平区境，使南口一带发生断陷，把军都山与昌平盆地截然分割。
阶地
河谷阶地是古河河道的足迹。沿河城永定河谷堪称永定河系发育的里程碑，地质学者对它的介绍十分详细，有助于游客观察欣赏。
此段河谷在沿河城村以东。此处河床宽33米，高程为350米。比官厅大坝河床海拔高度已下降90米。
河漫滩宽70米，河拔1米。有三套由粗到细的岩性组合。河边见漂砾一直分布到1级阶地上。漂砾面上有侵蚀痕迹，说明1万年以来整个全新世洪积作用明显。
1级阶地，宽25米，阶坡高3米。属堆积型即河流冲积物组成的阶地，属板桥期形成。
2级阶地，宽8米，阶坡高13米，属堆积型，即由两层不同时期的物质组成的阶地。基座之上为砂砾石，上部为巨砾层。形成于马兰期。
3级阶地，宽177米，阶坡高32米。属基座型阶地。基座为中元古界雾迷山组硅质条带白云岩。基座之上零星出露冲积砾石。砾石之上为中更新世（70—12万年）离石黄土。上覆晚更新世（12—1万年）马兰黄土。整个阶地面被紫红色坡积物覆盖。形成于中更新世。
4级阶地，河拔106米，海拔456米。沿河道可见已被后期冲沟切割成为一个个平台。属基座型阶地。基座为雾迷山组硅质条带白云岩。上覆冲积砾石，充填物为浅黄色中细砂。砾石上部是60厘米厚的黄色细砂。在公路两侧零星分布。该级阶地形成于早更新世，即距今300—70万年，属三门期。
在砂中发现孢子、花粉组合主要为蒿属、藜科。这一事实说明当时本地气候温冷偏干冷。
3级与4级阶地的基座岩层状，比起现代河床流向，以及1、2级阶地，有明显改变。2级阶地及现代河床流向为240°＜52°，但3级阶地基座岩层走向为200°＜20°，4级阶地产状走向为177°＜26°。这就是说，晚更新包以来的河流流向基本未改变。但比此前河道则偏转70°之多。我们知道，在中更新世后期之前，这段河道只是沿河城沟（刘家峪沟，或名大西沟、沿河）的下游。此后，沿河城沟的一条支流与古怀来湖贯通，成为了永定河上游主干道。阶地岩石产状的突然改变，印证了永定河及大峡谷的这一重大事件。
九、珍珠湖的倒影
离开沿河城小盆地，永定河重新进入“一线天”深峡。到信阳山、向阳口一段，河道在沿河城大断裂带的东段上经过，已发育为成型河谷。不过，断裂带的影子仍时隐时现。河谷南岸，偶而会发现断层角砾岩、糜棱岩。这提示人们，河谷所经，是特殊地质带。
断层角砾岩，又叫构造角砾岩，是断裂带的显著标志之一。它主要由大小不等的带棱角的原岩形成，并被成分相同的微细碎屑所胶结。
糜棱岩，产于断层中。它的原岩通常是花岗岩，石英砂等刚性岩石，经断层之间的强大挤压、摩擦、被搓揉磨细成细小的微粒，以后又重新固结成岩。它主要由细粒石英、长石及少量新生矿物，如绢云母、绿泥石等组成，也有一些原岩碎屑。糜棱岩十分神奇，它在“粉身碎骨”之后，又重新胶结牢固，仍然致密坚硬。“重塑金身，”还具有了类似流纹的条带。这很像神话传说中哪吒的再获新身。
向阳口被大山紧逼在河谷之侧，阶地共有4级，即板桥期堆积阶地、清水基座阶地、三门期及汾河期嵌入阶地。所谓嵌入型阶地，外表看来酷似通常的河流堆积，其实另有奥妙。新河谷形成之后，河床低于旧河阶地，但新河谷的冲积物堆积很快，高于3阶地的基座，便形成了新、老地层嵌入的特殊形态。这反映出，中更新世之时，官厅以下的河道被打通，并成为永定河上游主干道之后，流量突然大长，致使河道两旁上游主干道之后，流量突然大长，致使河道两旁快速堆积，高过了老阶地的基底。
永定河离开断崖陡立的向阳口断裂区，折向西南，过百家套（在河左岸）、林台子、幡竿山、墩台山（均在河右）。通过险崖，转而向东。又南过 猪窝山、珠窝村，西北对杨树底村。又转而南下，绕过傅家山，接纳水碾口沟。在傅家台村之西转向西南，过青白口，接纳清水河。这一段河道，连续经过几个“W”字形大拐弯，十分曲折。两旁大山，或分或合，使大峡谷或宽或窄，开张闭合，给人以兵法上的“兵不厌诈”神机莫测的奇怪感觉。
傅家台村坐落在十多米高的大阶台上，与对岸的青白口村对峙。这一段河谷的阶地，从地表形态来辨识，发现有六级之多。它们分别是全新世皋兰期堆积阶地、晚更新世马兰期基座阶地、中更新世清水期基座阶地、早更新世三门期、汾河期基座阶地，还有坐落最高，年代也最古老的新第三纪上新世唐县期基座阶地。唐县阶地的走向，西入斋堂川，表明了古永定河的上游；东北向下游延伸，则是古河的上游。
从沿河城至青白口，大峡谷进入青白口穹窿区。穹窿，是一种地层褶皱变形现像，形态表现为隆起或背斜型构造，平面上呈圆形或椭圆形。青白口穹窿西北缘受沿河城——向阳口断层切割，好像大馒头被切掉了一刀，现存轴面长约15公里。有人挖苦说这叫“半穹”，另外起名叫“鼻状构造”。它的南端岩层产状直立闭合，东西两翼产状较陡，而顶部岩层较为平缓。它的核部由中上元古界组成，并有酸性岩床侵入。翼部和倾伏端由古生界地层组成，西翼为下白垩统东岭台组火山——沉积层不整合覆盖。影响大峡谷曲折多变的因素，是北东向的张裂带，以及在张裂带中顺层产出的中酸性岩脉。张裂带中岩脉与白云岩的接触面，最易遭受溶蚀，形成河谷。
早在20万以前，老北京人离开周口店老家，沿着永定河大峡谷的阶地，到冀西北盆地去寻找新的家园时，走到青白口上游的时候，一定发现过令他们即高兴又害怕的猎物——大象和原始牛。当时，这一带林丰草茂，是亚
