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據中外地質學家考察，在古老的太古宙時期，嵩山是一望無際的大海；在經歷了23億年前的“嵩陽運動”，8億年前的“中岳運動”，5、6億年前的“少林運動”，三次大的地殼運動之後，逐漸形成了山脈，結束了地質史上的元古代；進入了古生代的寒武紀和奧陶紀；又經過約兩億年，此處地殼上升至海平面以上，因其受風化和剝蝕作用，形成了嵩山地區的含煤地層。兩億三千年前後，在我國的版圖上，又發生了一次延續很長時間的地殼運動，南北廣大地區的“燕山運動”，嵩山地區受到南北方向的推擠，形成了今天的山勢地貌。
嵩山在不到20平方公里內清晰地保存著發生在距今23億年、18億年和5.7億年的三次構造運動的遺跡，其不整合接觸面清晰，變質變形遺跡多姿多彩。在400平方公里內，連續完整地出露著太古宙、遠古宙、古生代、中生代和新生代的岩漿岩、變質岩和沉積岩。五個時期的地質現象在嵩山表露齊全，地質學上稱之為世界上罕見的“五代同堂”。馬杏垣教授的“重力滑動構造”理論，創立于嵩山，各種滑動遺跡在嵩山都有典型系統的顯示。嵩山以其豐富的地質內涵受到世人青睞。觀看嵩山五代地質，猶如翻閱一部地質史。嵩山地區的岩漿岩、沉積岩、變質岩的出露，構成了我國最古老的岩象——“登封群”的“登封朵岩”。
嵩山的山體岩石復雜繁多，主要是石英岩岩層。經地質學家研究，嵩山的基底岩石形成于地球發展的早期階段，它們可能是那時候大量火山、岩漿活動的產物。這些岩石形成時，地球表面空氣中氧氣含量很少，可能同許多行星體的表面情況差不多，不適于生物生存。迄今為止，還沒發現它們之中保存有當時任何生物的遺跡。
大約距今23億年前，嵩山地殼發生了一次劇烈運動，地質學家們管這次運動叫“嵩陽運動”。“嵩陽運動”之後，地殼開始下沉到海平面以下，接受了巨厚的嵩山群底層的沉積。這個過程大約經歷了10多億年。2009年以來嵩山群地層厚度達到了2100多米，其中由于地殼升降、風化剝蝕等，可能損失了一些，這一段時期屬于地質史上的元古代早期。這時，地球上最原始的生物如菌藻類植物慢慢開始形成，在其後期才開始出現一些原始動物。
在距今18億年前後，地殼又發生了一次變動，巨厚的石英砂岩開始慢慢隆起，並且皺褶成山。這一次地殼運動的推擠力量來自東西方向，所以嵩山群的地層都被推擠成走向接近南北的皺褶了。皺褶作用十分強烈，有的岩層甚至被擠得直立了起來。這在太室山和少室山的南側都可以見到。這一次地殼運動被稱為“中岳運動”。中岳運動也發生了一些斷層。
中岳運動之後，地殼又慢慢被夷平、下降，開始是沉積粗大顆粒的礫岩，以後是礫岩、泥岩，一直到含鈣鎂的石灰岩，說明這里的地殼開始被海水所淹沒。一直到五六億年的時候，發生了“少林運動”，才結束了地質史上的元古代，進入古生代。這次運動的證據在少林寺的南面山坡上可以見到。少林寺位置正代表著地質歷史上的一個轉折點。寺的前面是元古代地層，寺的後面是寒武紀地層。
從寒武紀到奧陶紀，嵩山地區仍然被海水深深覆蓋著。又經過了兩億年左右，這里的地殼開始上升到海平面以上，遭受風化和剝蝕作用，在石灰紀時形成了含煤地層，一直到二疊紀，在嵩山的南北兩側都沉積了這種地層，成為這一地區的主要煤田。
嵩山屬伏牛山系，東依hen省省會鄭州，西臨古都洛陽，北臨黃河，南靠潁水。環山地跨新密、登封、汝州、鞏義、偃師、伊川等市縣。地理坐標為︰東經112°56′07〞至111〞至〞。
嵩山地區位于華北地台南緣，嵩箕台隆東南部，地層層序比較清楚，基底和蓋層地層發育齊全。
嵩山地區的基底構造以褶皺為主，斷裂次之。構造線方向近南北或東西，北東稍有偏移，為一些密集、緊閉、形態復雜的同斜線狀褶皺以及伴隨褶皺而生成的東西——南東向和近東西向的三組斷裂。蓋層構造以斷裂為主，褶皺次之，先褶後斷。構造線方向近東西，與基底構造成正交疊加。蓋層褶皺平緩開闊，斷裂以近東西、北東——南西向和北西——南東向三組發育，前者最早，分為正斷層，後者最晚，並經分期活動，性質也較為復雜。
嵩山的地質構造，以其岩齡古老，構造復雜，地層發育完整，出露良好，經過多次構造運動的影響，保留著形態各異的構造形跡而聞名中外。嵩山的發展與形成是內、外力地質作用在漫長的地質歷史五個地質年代︰太古代、元古代、古生代、中生代、新生代運動的產物。
嵩山的地質構造以褶皺為主，總體成近東西走向的一系列背斜向斜穹窿構造組成。斷裂以北西南東為主，把嵩山一分為三。
嵩山岩石的彎曲現象稱為褶皺。包括向斜和背斜。岩石在構造運動作用下，或者說在低應力作用下，改變了岩層的原始產狀，不僅使岩層發生傾斜，而且大多數形成各式各樣的彎曲。褶皺是岩層塑性變形的結果，是地殼中廣泛發育的地質構造的基本形態之一。
嵩山岩塊沿著斷裂面有明顯位移的斷裂構造稱為斷層。斷層的規模有大有小，所波及的深度有深有淺深可切穿岩石圈或地殼，淺可切穿蓋層或只在地表；形成的時代有老有新；有的是一次構造運動的結果，有的是多次構造運動的結果；有的已不活動，有的還在繼續活動；形成斷層的力學性質或張或壓或剪，各不相同。
嵩山系由前震旦紀古老片岩、片麻岩及石英岩構成的斷塊褶皺山，所以山勢陡峭，雄偉壯觀，形成明顯獨特的構造侵蝕低中山之地貌。嵩山地形比較復雜，山地、丘陵、盆地、河谷小平原。嵩山的主體部分太室和少室，峰巒崢嶸，純屬山地面貌。
內力地質作用地殼運動、岩漿運動、變質作用、地震作用對嵩山的形成起決定性作用，留下了明顯的痕跡。嵩山地殼運動經過了嵩陽運動、中岳運動、少林運動、懷遠運動、燕山運動及喜馬拉雅和新構造運動。
中岳運動形成嵩山雛形，燕山運動確定嵩山基本格架經過風化剝蝕後形成今天的嵩山山體。中岳運動末期岩漿發生，形成岩漿入侵，同時又產生變質作用，使已形成的岩石又進一步變質，則形成復雜的變質岩系。
嵩山經風化、侵蝕、溶蝕、沉積作用和改造、滑動、崩塌等作用。嵩山這些運動與作用的產物，被地質學家譽為“五世同堂”的“天然地質博物館”，嵩山距今已有35億年的歷史，成為我國最古老的山。
嵩山屬北溫帶季風氣候，年平均氣溫14.3c，平均降水量640.9毫米。四季分明並各具特色，一年中7月最熱，平均氣溫27.3c，1月最冷，平均氣溫0.2c。
嵩山山下全年平均溫度14.3c，山上平均8.5c，山上年降雨量864毫米。
2012年，嵩山植被覆蓋率達65%，嵩山共有維管植物147科、646屬、70種；裸子植物5科、9屬、10種；被子植物121科、598屬、1460種。含30種以上的大科有菊科（50屬、121種）、禾本科（61屬、108種）、薔薇科（27屬、101種）、豆科（28屬、72種）、十字花科（28種）、莎草科（9屬、4種）等10科，約佔本區植物總屬數的40%，總種數的42%，是嵩山植物區系組成的優勢科。
用材植物︰木本植物有338種，其中喬木141種，它們是組成山區森林植被的建群種和優勢種，也是用材植物的主要資源。分布數量較多、蓄積量較大的主要有栓皮櫟、麻櫟、化香、短柄袍、槲櫟、側柏、洋槐、油松、欒樹、黃檀子、鵝耳櫪、大果櫸、山槐等47種。
野果植物︰野生果樹有89種。主要分布于薔薇科、殼斗科、桑科、葡萄科、獼猴桃科、柿樹科和胡頹子科。其中，野山楂、湖北山楂、板栗、河南海棠、歐李、傘花胡頹子、小果薔薇分布廣泛。