作为地质历史记录的沉积物中保留有重要的古环境信息。对第四纪沉积物中黏土矿物特征的研究，无疑是了解相应时期古气候特征的有效途径之一，北京西山地区第四纪沉积物中黏土矿物特征，为我们提供了一些对恢复当时古地理和古气候环境有用的资料，分别概述如后。
一、关于伊利石的结晶度
伊利石是沉积物和土壤在成岩、成壤作用阶段的重要标志性矿物。由于自然条件的变化，云母、伊利石晶体结构中的层间可局部或全部地被活动水淋失或被其他阳离子所置换，这时四面体Al减少，八面体中二价铁氧化成三价铁。所以，云母类黏土矿物的晶层、钾含量和电荷状况随气候环境的改变而发生变化。伊利石结晶度指数Hw的大小即集中地反映了这些变化。许多学者曾采用不同的表示方法，通过伊利石结晶度指数的变化，探讨古气候和古环境。我们采用Kubler方法（Kubler，1964）测定了斋堂和前桑峪两个剖面中伊利石的结晶度指数，并以此推断古气候状况及其变化趋势。从结晶度指数变化曲线可以看出，斋堂剖面中离石黄土、马兰黄土和古土壤层的伊利石结晶度指数，一般为10，最大为20，最小为5；前桑峪剖面马兰黄土状土中 Hw=5~15.即斋堂剖面较老的离石黄土中伊利石结晶度指数略低于较新的马兰黄土，而古土壤层中伊利石结晶度指数又低于离石黄土和马兰黄土，表明由老到新，气候条件有进一步变冷干的趋势，中间夹含的古土壤层经历了成壤作用，表明当时气候相对温暖潮湿。前桑峪剖面的马兰黄土状土虽然与斋堂剖面的马兰黄土为同一时期，但由于它的形成过程比较复杂，其间黏土矿物受到了一定程度的水化，因而伊利石的结晶度较斋堂剖面的黄土层要低。与我国西北典型的洛川黄土比较，洛川黄土中伊利石结晶度指数一般均大于25（张乃娴，1989；刘东生等，1985），明显地高于北京地区同期的黄土层。这是因为洛川黄土主要为风成堆积物，碎屑黏土矿物基本上保持源区风化产物的原始特征，而北京西山的黄土层成因较复杂，大多经过再沉积作用，导致黏土矿物结构受到一定程度的水化而使伊利石的结晶度略有降低。
二、黏土矿物的组合、分布和转化
前已述及，研究区不同采样地点沉积物中黏土矿物的结构、组合和分布特点不尽相同，由于这些差别，我们可以推测它们所在层位形成时的古气候环境由老至新的变化趋势。
关于黏土矿物的组合，有如下几种情况：
（1）黏土矿物组合简单，基本上由伊利石和绿泥石两种矿物组成，如斋堂剖面的黄土层、前桑峪剖面顶部的马兰黄土、大墩台含砂砾层、黄土台的离石黄土等。虽然两种矿物有轻微的水化现象，但基本上保持了原始风化产物的结构特点，反映所处的气候环境是比较干冷的。
（2）黏土矿物组合简单，基本上由伊利石和绿泥石组成，但有的含少量坡缕石或海泡石，有的含少量水铝英石，有的沉积物中伴生有发育的CaCO 3假菌丝，如前桑峪剖面的中上部和底部（Y-04，Y-05，Y-07，Y-10）、东灵山东坡的马兰黄土等即是这种组合，表明在较干冷的条件下，有干和湿的季节性变化，在干季因强烈蒸发，毛细作用导致纤维状黏土矿物和CaCO3假菌丝形成。
（3）黏土矿物组合比较复杂，除主要组分绿泥石和伊利石外，尚有蒙脱石或滑石以及混层矿物等。如斋堂的古土壤层（Z005）和前桑峪冰楔充填物（Qi-1，Qi-2）以及云水洞的洞底沉积物等，其中古土壤层是相对温暖和潮湿环境的产物，而冰楔充填物和洞穴沉积物形成时可能比较冷湿，即是在相对冷湿的气候下形成的。
（4）矿物组合中含有高岭石矿物，如周口店北京猿人洞第9~11层沉积物就是这种情况。矿物组合中高岭石在数量上仅次于伊利石，表明当时虽仍以物理风化作用为主要，但气候比较温湿，这与孔昭宸（1981）、贾兰坡（1978）等的结论基本一致。另一种情况如前桑峪剖面的中下部（Y-06，Y-07，Y-08）、达峪沟坡积黄土（D-01，D-02）、南口第二阶地古土壤层（N-01）等，高岭石数量很少，但结晶较好，它们不是原地形成的，而是掺杂于沉积物中的继承矿物，不能反映所在沉积层形成时的气候环境。
（5）上方山的残积红土和狼虎山夷平面上的浅棕红色砂砾层中，黏土矿物组合以蒙脱石为主，前者含埃洛石和伊利石—蒙脱石的混层矿物，后者含伊利石，这种特殊的矿物组合，结合沉积物的其他特征，表明是在湿热气候下的产物，绿泥石全部消失，高岭石水化形成埃洛石，它们形成的时代较早，沉积物面貌和黏土矿物特征与本区第四纪沉积物显著不同。
关于黏土矿物的结构变化，主要表现于矿物的退化和混层矿物的形成，这是由于在比较潮湿的条件下，活动水在沉积物中淋滤并导致矿物水化。从前述可知，研究区第四纪沉积物中，凡有混层矿物出现的层位，其中伊利石均有明显的水化现象，如一些古土壤层和前桑峪的冰楔充填物都是如此。斋堂剖面Z002古土壤层的矿物组合与其上、下的黄土层类似，只有伊利石和绿泥石两种黏土矿物，但伊利石的水化程度明显高于黄土层，因而反映出二者形成时的气候环境是不同的。
关于黏土矿物的含量分布，在斋堂和前桑峪两剖面中，靠近地表的层位伊利石为主，绿泥石含量较低，而下部层位相反，绿泥石数量可占一半或更多，伊利石数量减少，这可能是在地表风化作用导致绿泥石部分分解所致。
从以上黏土矿物的特征可知，斋堂砖厂和前桑峪砖厂二剖面，除其中夹含的古土壤层表明气候曾几次变得比较温湿之外，从离石黄土下部到离石黄土上部，再到马兰黄土，总的气候变化的趋势是由冷湿向相对冷干的方向演化的。
三、黏土矿物在探索气候环境中作为定量指标的作用
黏土矿物能否作为一种定量的气候指标呢？对此，国内外不少学者曾作过探索，但问题迄今尚未解决（刘东生等，1985）。一般看来，次生黏土矿物的成因和形成过程经常是与一定的气候环境相适应的，但有些黏土矿物又往往具有跨越地理地带性分布的特点，不能完全反映其生成的环境条件，这给黏土矿物定量气候解释造成困难。不过我们认为，若结合第四纪沉积物的成因类型和古植物学证据进行综合分析，探索黏土矿物作为特定区域内定量气候解释的可能性也还是存在的。
正如前述，北京西山各种不同成因的第四纪沉积物中，黏土矿物的种类和含量都是较丰富的，已鉴定的黏土矿物达10余种，并有如下特点：
（1）不同时代和不同成因类型的沉积物中，黏土矿物组合具有相似性；
（2）无论是马兰黄土或离石黄土中主要黏土矿物伊利石都有不同程度的水化现象，这说明伊利石生成时具有较冷湿的气候条件；
（3）马兰黄土和离石黄土中伊利石的结晶度指数都明显偏低，这同样与北京西山区气候条件偏冷湿的因素有关。
前桑峪含大型冰楔的马兰期黄土状堆积物是较典型的冰缘融冻泥流堆积，从土层的明显弯曲变形看，冰缘期时气候冷湿，使土层具有较高的含水量。冰楔充填物中黏土的矿物组合为：绿泥石、伊利石、水化伊利石及蒙脱石—绿泥石混层矿物，该组合特征与冰楔围岩—黄土状堆积物几乎完全一致。冰楔充填物中孢子花粉组合主要是蒿属（Artemisia）、藜科（Chenopodiaceae），其次为少量菊科（Compositae）、葎草属（Humulus）、卷柏属（Selaginella）及麻黄属（Ephedra）。木本花粉中主要有松属（Pinus）和冷杉属（Abies）。植被类型为稀树草原或冻原。我们（1991）曾推算冰楔形成时的温度为-5℃，降水量将大于452 mm，特别是冬季固体降水要比现今高得多。据此推论绿泥石和水化伊利石形成的最低温度为-5℃。另外，据斋堂和雁翅地区离石黄土中发现的冰缘卷曲，推论当时气温为-3℃。而斋堂黄土剖面中黏土矿物同样以绿泥石和伊利石为主，这表明该组合生成的温度上界为-3℃。总之，北京西山区以绿泥石和水化伊利石为主的黏土矿物生成时的气温可能为-3℃至-5℃；降水量将超过450 mm。而这种推论是否有普遍性意义尚须进一步研究。
四、结 论
（1）对北京西山区11个地点共47个样品的黏土矿物研究表明，不同时代和不同成因类型的第四纪沉积物中黏土矿物含量丰富，种类较多，组合类型具一定的相似性，说明其形成和演化过程受到多次冷湿冰缘气候的影响。
（2）由于冰缘冷湿气候的影响，本区黏土矿物在晶体结构上出现了明显的退化或转化，形成混层黏土矿物。这些特征包含着重要的古气候信息。
（3）根据沉积物的成因类型，并参考古植物学证据，将有助于了解黏土矿物的形成条件。以绿泥石和水化伊利石为主的黏土矿物在北京地区形成的温度范围可能介于-3℃至-5℃。
§§第六章 地层
北京地区第四系沉积物主要分布于各大水系河谷地带、山间盆地、山麓地带及平原地区。山区发育的主要有冲洪积、坡积、融冻泥流堆积及洞穴堆积。山麓地带以残坡积和冲洪积相的砂砾石及黏土为主，构成冲洪积扇或台地。山间盆地内沉积的多为坡洪积、融冻泥流堆积、河湖相沉积及风积，如斋堂盆地和延庆盆地等。平原地区则主要为冲积相的松散沉积物。第四系厚度在不同的地貌单元中变化很大，一般可为数米、数十米到三四百米。在受构造控制的凹陷内，沉积物厚度最大可达500 m，怀柔庙城一带厚度为300 m。在昌平县马池口、辛店一带，顺义县天竺、后沙峪一带及平谷和延庆盆地其厚度均大于500 m。第四系和第三系接触关系多为平行不整合或角度不整合，但少数地区亦见到连续沉积。
