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節理	太陽石	蜂窩壁	大寮層
海底生物化石	風化與侵蝕	化石大道	山頂柱洞

芝山岩的地層大約是2200萬年前堆積而成的，他的地質史和台北盆地的形成有密不可分的關係。

台灣正好位於歐亞板塊和菲律賓板塊之間，600萬年前的造山運動將2200萬年前堆積在淺海海地底的大寮層推擠而起，台灣島就在這時候誕生。至今我們仍然可以很清楚的從芝山岩的大寮層中發現造山運動的強大作用力──節理。

「節理」就是岩石在造山運動中受到強大擠壓力而造成的裂痕。由於大寮層是海相地層，所以我們在芝山岩可以找到掘足綱類動物、雙殼貝類及海膽等化石。

約20萬年前受斷層作用及來自大屯火山群晚期噴發造成的火山熔岩堵住了古淡水河的出海口而形成了台北盆地。約20多萬年前至2萬多年前台北盆地經歷了三次淡水湖泊及陸地河流的交替循環。其後海水水面漸漸上升，約1萬年前海水從低窪的淡水河口進入台北盆地。約9000年前芝山岩的四周逐漸被上升的海水圍繞而成為台北鹹水湖小島。這個鹹水湖時期持續至距今約6000年前，後因泥沙堆積鹹水湖逐漸退離芝山岩山腳而形成淤泥沼澤的環境，再慢慢演變成至今的陸相環境。