这种奇异的景象是如何形成的呢？沈括再一次进山仔细观察，探寻其中 的奥秘。他踏遍谷内的山岭溪涧，发现山峰顶部都有岩石被水流侵蚀的痕迹， 由此他得出结论：由于山谷中的泥沙被大水冲走，只剩下坚硬巨大的岩石高 峻挺立，这就形成了山谷内千峰竞秀的奇特景色。由此他还联想到陕北一带 的黄土高原中，突立的黄土柱往往高达几十米，这和雁荡山奇峰形成的原因 一样，是水流长期冲刷的结果，只是一个为石一个为土而已。
这年四月，沈括还朝。不久，辽国不断在边境挑衅，北方局势吃紧。为 加强边境防御，朝廷任命沈括为河北西路察访使，任务是视察和整顿边防。 进入太行山区后，他突然发现远处山崖上横着一层怪怪的石壁，就象一条长 带，走近一看，原来是许许多多的螺蚌壳和卵形砾石。
“山上怎么会有海边才有的东西？真是奇怪！”又走了一段路，沈括发 现前面岩层中又有这样的东西。他取了一些样品，仔细观察了一番，一点不 错，真是只有海里才有的东西，那为什么到这里了？沈括思索着。
“沧海桑田”，沈括想到了这句习语。大海可以变为桑田、桑田也可以 归于大海，这就是说海陆可以相互变迁。这里东离大海虽有千里之遥，但在 上古时代可能就在海边，所以才会有这些东西。这一大片陆地都应是后来水 流携带的泥沙沉积，并靠水流冲积而形成的。”
关于水流冲积可以形成陆地的观点，沈括是第一个提出来并做出解释 的。西方提出这个观点的英国学者赫顿，是生活在六百年之后的人了。
沈括到处视察边防后，发现薄弱环节就立即采取措施。他在半年时间内， 经批准采取了三十多项防务措施，这些对于保障边境人民的生命财产安全起 到了积极的作用。
其中一项重要措施是挖掘陂塘。早在宋辽交战之初，两国接壤的河北平 原上，为了阻挡辽军尤其是骑兵的前进，宋修筑大面积塘泊阻挡，这种措施 起到一定的作用。但许多陂塘因年久失修，失去了防御价值。为了对付辽国 新的进犯，沈括利用原来修建的陂塘，加以重修和扩建。例如徐村淀的修复。 此淀原是深州（今河北深县）北部的门户，防御作用很重要，因长期废弃已 干涸，此时的深州城就直接暴露在辽国骑兵的铁蹄之下。经沈括设计，奏请 朝廷批准后，花了两年时间引来河水注入淀内，形成了五十里水上防线。
沈括还积极在边境推行新法中的保甲制度。具体地说，就是每十户编成 一保，有保长；十保为一大保，有大保长；十大保为一都保，有正副部保长。 保户中的男子为保丁，政府允许他们使用兵器，练习武器。这种制度的推行， 可以作到寓兵于民，加强政府的军事力量。
此外，他还在边防线上的重要位置修筑城防，在交通枢纽处架设浮桥， 在许多前沿阵地安置营寨等等。总之，沈括这次北方之行采取了许多措施， 加强了北部边防。这是王安石变法重要目的——富国强兵的一个主要内容。
沈括作为一名精通科学的政治家，十分注意在变法中为加强国家军事实 力而研究军事学。由于他博学多才，又处事干练，所以倍受器重，北方之行 尚未结束，朝廷又委派了他新的职务——兼制军器监。这是王安石变法中为 增强军事实力，进行军事改革、加强兵器生产所设的新机构。沈括在任此职 一年之中，结合自己很早就研究过的军事理论，在实际应用中进行更深一层 的军事学研究取得了可观的成绩。
一是修订完善了《九军阵法》。古代作战讲究排兵布阵，即阵法。阵法 能否与作战时的客观形势相结合，使其利于发挥战斗力，是取胜的一个重要 因素。当时的作战阵法是由郭固等人制定的，他的方案是让九军共为一营阵
（行为阵，住为营），外面环绕一个驻队，这样就把十万军队集中在方圆十 里的范围之内。各路帅府的将领和宋神宗对于此阵法均不满意，神宗就令沈 括重新制定。沈括经过仔细研究，发现这种阵法不利于实战，列阵方法有很 大缺陷，在实战中是难以找到方圆十里而无山丘、河流、树林等障碍可供按 图布阵的地方，这样的阵法也不利于士兵发挥个人战斗力。因此，他提出新 的《九军阵法》方案：九军各自为阵，占据有利地形；前后左右分列，根据 地形自成营阵。这样，作战时各军分合自如，敌人攻击一点则全军合力围攻。 沈括提出的新阵法，配合默契、运动自如，宋神宗下令颁行。后来，沈括把 自己对于阵法的研究编著成《边州阵法》，被作为军事资料存于军事部门。
二是制造精制武器。首先他制造了新式兵车。兵车是我国古代一种很有 威慑力的武器，它进攻时威力巨大，退时又能参预防守。沈括参考了古典文 献，根据当时作战的实际需要，制造了新式兵车，挑选军士演习新的车战阵 法，得到了宋神宗的赞许。沈括还对制造精良兵器的技术进行了科学研究。 他亲入兵器作坊，通过仔细观察研究了熟铁和钢的区别，同时他也掌握了冷 锻和热锻两种不同的锻造方法。锻造成的钢都非常坚韧，用它制甲，在五十 步外用强弩射它，箭不能入；偶尔射中甲片上用来缝缀的钻眼，箭头的铁竟 被钻眼边缘的钢反卷过来。掌握高超的制造技术，目的是提高武器的质量， 是最终达到“富国强兵”的变法目的的重要方面。
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