（第一节）区域地层和大地构造
地球形成于距今约46亿年前，科学家根据生物的演化阶段和地层同位素年龄值，把记录地质年代的全球地层年表，依次分为宙、代、纪、世、阶5个不同层次。例如以“代”为标尺，则可以把地球的历史划分为太古代、远古代、古生代、中生代和新生代5个阶段。在各种各样的地质作用下，甘肃大地经历了大大小小、许许多多次各种类型的构造运动，形成了纷繁复杂的地层和地质构造，造就了五彩缤纷的地貌景观。
一、区域地层
某一时期形成的沉积岩或侵入岩称为地层，它是反映地质年代的重要依据。特殊的地理位置和漫长的沧桑演变，使甘肃各个地质时期的地层均有出露，自前长城系至第四系共有16个系，以古生界最为发育，构成本省地层主体。本省侵入岩也非常发育，出露面积43500km2，占全省面积的10.7%。广布于北山、祁连山、秦岭等地，以中深成花岗岩为主，次为中基性，超基性岩类，碱性岩比较局限。甘肃省地层研究工作始于1893年，至今已有100多年历史。根据各地区地层不同的沉积特点，把全省地层可划分为5个地层区，分别是天山—内蒙古地层区、塔里木地层区、华北地层区、秦岭地层区和特提斯层区。
二、地质构造
各种岩石在形成过程中及形成后，都要继续不断地经受内动力和外动力地质作用，发生微观上和宏观上的种种变化，地质学家把这种岩石受力，发生变形、变位留下的行迹，叫做地质构造。由于岩石的性质不同，受力大小、方向以及持续时间上的差异，地质构造表现出倾斜、断裂、褶皱等各种不同形式。同时，地质学家还把地质历史上各个阶段发生的构造运动都冠以一个名称，如加里东运动、燕山运动等。名称大多源自该阶段地壳运动表现最典型、最完整的区域的地名。大规模、大范围的地壳运动往往造成一部分地域抬升成为山脉，另一部分地域则下降成为海洋。抬升为陆地的地域，出露于地表，受到外力作用的风化、剥蚀，而下降为海洋的区域不断接受通过河流搬运来的陆地风化剥蚀物并沉积下来，形成新的沉积岩石，在下一阶段的地壳运动中，很可能又上升为陆地。每一阶段的地壳运动，都要持续相当长的时间，通常以百万年为计时单位。所以，我们现在所见到的省内各种地质地貌景观，如果从它们的成岩时间算起，已有数亿年的“高龄”了。
本省在地质构造上是若干大地构造单元的交接带，经历过多次强烈构造运动，致使各时代地层之间经常出现不整合现象，岩层广泛变质，各个时期都有岩浆活动，地质构造形迹十分复杂。分布于省境南部的西秦岭山地和横跨甘、青省界的祁连山地，都是地壳上的活动带，它们经过多次的造山运动，特别是近期剧烈的阶段性上升运动，才形成今日不同级夷平面的中、高山地与许多河谷阶地和峡谷。陇中黄土高原相对稳定，河西走廊、阿拉善高原和陇东黄土高原则是地壳稳定区。这些活动带、半活动带和稳定带地质构造和发育过程彼此不同，实际上形成了不同的地质构造单元。
（第二节）六亿年的沧桑巨变
古生物化石是记录生命演化、推断古地理环境及界定岩石年代的主要依据之一。甘肃是我国古生物化石资源较为丰富的省份之一，曾有过多次古生物化石的重大发现。例如，20世纪30年代发现了亚洲最大的蜥脚类恐龙—马门溪龙，70年代发现了世界上保存最完整的剑齿象化石—黄河古象，90年代末又发现了目前世界上最大的一组恐龙足印化石，等等。本节将按照地质年代与省境沧海桑田的自然变化，追溯甘肃由老到新的古生物与古环境发展演变历史。
一、溯源6亿年前的海洋时代
根据地层、古生物等地质证据，二三十亿年前的甘肃大地还是一片汪洋泽国。研究显示，甘肃境内最古老的地层是在元古代形成的，所以本省的地质发展演化史，最早可从元古代说起。元古代早期（距今约25亿年~18亿年），甘肃出现了小片稳定的古陆，它们以岛屿形态浮现于汪洋之中。现今金昌市的龙首山就是其中之一。震旦纪（距今约10亿年~5.7亿年早期，中国西部地区的川、黔及新疆、宁夏、甘肃等地出现冰川。有学者报道，肃北县北山区洗肠井南一带砾石成分复杂，不具层理，部分砾石上有冰川活动留下的擦痕、刻蚀、压裂、颤坑等现象；在月牙山南，则有反映冰水沉积的冰川纹泥发育。
随着时间的推移，火山活动、地质构造运动和变质作用渐趋缓和，元古代冰川活动结束，气候逐渐温和，最古老的藻类生命已在甘肃古海洋中出现、发展。特别是在近岸的浅水地带，海藻十分繁荣，形成了藻叠层化石，有些地方还出现了藻礁。甘肃叠层石的形态多样，主要产地有肃北县大壑落山、金塔县大红山、永昌县韩母子—墩子沟、祁连山和西秦岭地区。从叠层石的分布来看，甘肃那时的古地理环境是陆地少而海洋面积多，仅存的几块陆地是敦煌—阿拉善古陆、陇西古陆、鄂尔多斯古陆。古祁连海贯通东西，其中甘肃中部全部淹没在茫茫海洋之下。
在元古代，大气含氧量还不多，藻类通过光合作用，放出游离氧，使大气层中的氧气逐渐增加，于是生长了铁细菌。铁细菌在水中经过化学反应分泌出不溶性的铁质、硅质，在体外构成“铁质皮壳”，其脱落后即可沉积成铁矿。据估计，全世界铁矿总储量中有50%之多属于此类型。甘肃河西地区的铁矿就属于这一类型，主要赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿，黄铁矿等。
二、海洋、陆地生物并进的古生代
进入古生代以后，地球上无脊椎动物得到了迅速的发展，几乎所有海生无脊椎动物门类都已出现，种类和数量都占绝对优势。特别是寒武纪（距今约5.7~4.9亿年）“生命大爆炸”引发的生命多样性，开启了动物群突发性的进化过程。甘肃寒武纪动物群类型复杂，其时三叶虫已特别繁盛。笔石、头足、腕足、腹足、珊瑚、苔藓冲、瓣鳃、牙形刺等9个门类，则在奥陶纪（距今约4.9~4.4亿年）达到繁盛。甘肃境内奥陶纪是一个重要的成矿时期，主要是以沉积型为主，陇东地区的长庆油田即形成于此时。奥陶纪中期，开始出现最早的陆生脊椎动物——无颌类。志留纪（距今约4.4~4.0亿年），甘肃省境继承了奥陶纪的地质历史，海洋集中在肃北山区、祁连山、西秦岭等地，其他地区则是古陆和古山。志留纪晚期，甘肃生物界发生了一个重大事件，植物藻类登陆，古大陆上出现具有原始维管束构造的半陆生裸蕨植物。陆生生物大发展改变了海生无脊椎动物一统天下的局面，形成植物、脊椎动物、无脊椎动物鼎立的全新面貌。早古生代气候相对温暖，但也有温暖期和寒冷期的波动。例如，裸蕨的出现，即可能证明志留纪某一阶段有冰川的存在，导致海平面下降，陆地抬升面积扩大。
晚古生代包括泥盆纪（距今约4.0~3.5亿年）、石炭纪（距今约3.5~3.0亿年）和二叠纪（距今约3.0~2.5亿年）。泥盆纪早期的海洋动物中以珊瑚和腕足类居多，其化石在甘肃境内均有大量发现。生长于浅海、滨海环境的珊瑚，不仅是标准的指相化石，而且证明在泥盆纪一年曾有400天。腕足动物比较特别，其外形犹如展翼的燕子，故被称为“石燕”（图2.2），在南秦岭的迭部、武都、康县、徽县一带比较常见。泥盆纪的早期至中期，甘肃陆地鱼类大量出现，标志着脊椎动物开始登上自然历史舞台。例如，在党河南山、靖远县永安堡、漳县大草滩等地均找到过不少星鳞鱼、盾皮鱼类和胴甲鱼类的化石碎片。
当时的气候环境，比较潮湿，较适于植物生长，在古祁连山、西秦岭等山区植物化石相当富集。例如漳县西南王家店剖面中大草滩群于上部1531m的地层中，即产有植物化石Leptophloeum rhombicum，Archaeocalamites longinternodus以及亚鳞木属的Sublepidodendron cf.等（2.3），并含库兹巴斯锁窗贝、Camarotoechia kinlingensis等晚泥盆世—早石炭世早期混生生物群。从生物发展观点来看，国内外通常是以大量新生生物群的出现代表新的时代开始，如确系在1531m内的某一层中植物（D3）与动物（C11）共生，则在国内提供了世界性晚泥盆世标准化石Leptophloeum rhombicum出现于早石炭世的新资料，并出现了国内罕见的1531m泥盆—石炭纪过渡地层，颇值得地质学家前来考察。
甘肃的石炭纪、二叠纪地层生物化石相当富集，主要包括蜓、非蜓有孔虫、珊瑚、腕足类、牙形石、苔藓动物、软体动物、介形虫、植物等，并有相当部分新种。石炭纪因为生产煤炭而得名，甘肃石炭纪煤矿主要分布于祁连山及河西走廊地区。当时地壳时升时降，海陆变迁交替出现，如闻名全国的天祝臭牛沟早石炭世地质剖面上，有的地层岩段仅2m~3m厚，却既有海洋动物化石，又有植物化石，并夹有煤层。早在1932年，著名地质学家袁复礼在武威、天祝一带率先发现了丰富的海相化石动物群，其中有许多新种属，如袁氏珊瑚等，从而第一次证明了我国有早石炭世地层。甘肃的二叠纪地层，主要分为北山区、北祁连区和西秦岭区，并分属于北极太平区、华北区和古地中海区三大生物地理群。其间，在甘肃古大陆上首次发现了昆虫化石，并在玉门市大山口、肃南鲁沟等地采获了一批古脊椎动物化石，如大型二齿兽、恐头兽的头骨化石。它们的发现对于解决二叠、三叠系的划分及其对比精度均具有重要意义。
二叠纪时期，西秦岭地区属于典型的浅海海盆。海水清澈，气候温暖，水温终年保持在18℃以上，为热带或亚热带海区，来自周围大陆或岛屿上的有机物质聚集在海洋里。无数海藻（绿藻、红藻）在海底滋生繁殖，珊瑚虫也在藻群丛中安家落户，以留下的骨骼形成礁体，形态色彩各异。二叠纪末地球上再次发生了一次巨大的“变革”，许多古生代海洋中十分繁荣的动物，如蜓、某些头足类、珊瑚、腕足类（图2.4），甚至残存到二叠纪的三叶虫，此时都突然灭绝，未能进入到此后的中生代。天外超巨星发生爆炸、地球的磁极发生较大改变、全球性地壳运动影响气候巨变等是可能的原因，但灾难的真正起因至今没有找到合理的解释，成为一件有趣的地质之谜。
三、陆生爬行动物发展的中生代
随着二叠纪的结束，甘肃自然历史又开始了持续约1.55亿年的中生代（包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪）。此时，地球上的气候开始发生明显分带现象，但与现代差别很大。侏罗纪全球气候相当温暖，白垩纪前期与侏罗纪相似，到晚白垩世干燥气候带扩展，一直持续到新生代初期。植物界是裸子植物繁盛的时代，尤其是苏铁类、银杏类和松柏类，故中生代被称为裸子植物时代。无脊椎动物以菊石、双壳类、腹足类大为繁盛，在某些特定环境，棘皮动物和软体动物占据优势。脊椎动物以爬行类处于极盛阶段，鸟类和哺乳类开始出现并趋向发展。
由于古生代末地壳的巨大变动，三叠纪（距今约2.5~2.0亿年）之初甘肃境内便成为陆地占优势的时代。沿古祁连山到西秦岭一线，形成了南海北陆的古地理格局。北部山峦起伏，古北山、敦煌—阿拉善古陆、古祁连山横亘东西，其间散布着大大小小的盆地和湖泊。盆地边缘植物茂盛，裸子植物逐渐取代蕨类植物，湖盆内则生活着叶枝介、双壳类、腹足类及鱼类等动物。特别是在肃北马宗山区发现了目前甘肃年代最久远、数量众多的软骨鱼、空棘鱼化石群，对研究鱼类向两栖类演化具有重要价值。在南部，西端是南祁连海湾，东端为西秦岭海槽，呈现出海湾、古陆、半岛交错分布的古地理景观。海水中有菊石浮游，海底生长着双壳类、腕足及腹足类等动物，在较深的海域中则有有孔虫生活。
晚三叠世的印支运动，导致南祁连、西秦岭同步抬升，海水由北向南退缩，甘肃基本结束了南海北陆的古地理格局。适于距今约1.8亿年的侏罗纪（距今约2.0~1.4亿年），在甘肃境内最大的变化是海水全部退出，环境变迁导致陆地上湖泊十分发育。由于温暖湿润，植物生长茂密，侏罗纪成为甘肃的主要成煤时期。此时，恐龙开始出现在甘肃各地，发现的化石数量虽然较少，但个体庞大，一度成为甘肃乃至全国发现的化石之最。如在兰州永登海石湾（今属红古区）沿山一带的冲沟中，早年恐龙化石埋藏比较丰富，1947在马家户沟最先找到了甘肃的爬行动物化石—苗氏孙氏鳄和合川马溪门龙。从复原组装的海石湾马门溪龙骨架看，可知其身长达22m，提高3.5m，活体估计有30吨~50吨重。1994年10月，中国古动物馆建成，这具在兰州发现的亚洲最大蜥脚类恐龙化石连同甘肃出土的另一具化石珍品—黄河象一起，成为该馆的两件镇馆之宝。
在兰州红古海石湾与马门溪龙同时代的地层中，发现有共生的剑龙、鳄鱼等化石，表明这一古脊椎动物群维持生命的因素除有较大范围的水域外，还必须有充足的食料，即叶繁枝茂、生长周期短而快的各种植物。尤其是窑街、阿干镇多为高大的裸子植物，经沧海桑田之变形成了今日的煤田地层。据此分析，可知当时兰州地区生态环境为热带、亚热带气候，降雨充沛，无明显四季变化。后来在海石湾所在的民和盆地内，又发现了大量恐龙脚印化石痕迹，脚印长约30cm，两脚印间跨距为1m，化石所在地层为距今约1.4亿年下白垩统（一说为上侏罗统），与海石湾恐龙同时代，很可能就是它们的足迹。依此线索，1999年8月底甘肃省地勘局李大庆等人在永靖盐锅峡又发现大片恐龙足印、鸟印、虫迹、古植物和叶肢介等化石。
