据中外地质学家考察，在古老的太古宙时期，嵩山是一望无际的大海；在经历了23亿年前的“嵩阳运动”，8亿年前的“中岳运动”，5、6亿年前的“少林运动”，三次大的地壳运动之后，逐渐形成了山脉，结束了地质史上的元古代；进入了古生代的寒武纪和奥陶纪；又经过约两亿年，此处地壳上升至海平面以上，因其受风化和剥蚀作用，形成了嵩山地区的含煤地层。两亿三千年前后，在我国的版图上，又发生了一次延续很长时间的地壳运动，南北广大地区的“燕山运动”，嵩山地区受到南北方向的推挤，形成了今天的山势地貌。
嵩山在不到20平方公里内清晰地保存着发生在距今23亿年、18亿年和5.7亿年的三次构造运动的遗迹，其不整合接触面清晰，变质变形遗迹多姿多彩。在400平方公里内，连续完整地出露着太古宙、远古宙、古生代、中生代和新生代的岩浆岩、变质岩和沉积岩。五个时期的地质现象在嵩山表露齐全，地质学上称之为世界上罕见的“五代同堂”。马杏垣教授的“重力滑动构造”理论，创立于嵩山，各种滑动遗迹在嵩山都有典型系统的显示。嵩山以其丰富的地质内涵受到世人青睐。观看嵩山五代地质，犹如翻阅一部地质史。嵩山地区的岩浆岩、沉积岩、变质岩的出露，构成了我国最古老的岩象——“登封群”的“登封朵岩”。
嵩山的山体岩石复杂繁多，主要是石英岩岩层。经地质学家研究，嵩山的基底岩石形成于地球发展的早期阶段，它们可能是那时候大量火山、岩浆活动的产物。这些岩石形成时，地球表面空气中氧气含量很少，可能同许多行星体的表面情况差不多，不适于生物生存。迄今为止，还没发现它们之中保存有当时任何生物的遗迹。
大约距今23亿年前，嵩山地壳发生了一次剧烈运动，地质学家们管这次运动叫“嵩阳运动”。“嵩阳运动”之后，地壳开始下沉到海平面以下，接受了巨厚的嵩山群底层的沉积。这个过程大约经历了10多亿年。2009年以来嵩山群地层厚度达到了2100多米，其中由于地壳升降、风化剥蚀等，可能损失了一些，这一段时期属于地质史上的元古代早期。这时，地球上最原始的生物如菌藻类植物慢慢开始形成，在其后期才开始出现一些原始动物。
在距今18亿年前后，地壳又发生了一次变动，巨厚的石英砂岩开始慢慢隆起，并且皱褶成山。这一次地壳运动的推挤力量来自东西方向，所以嵩山群的地层都被推挤成走向接近南北的皱褶了。皱褶作用十分强烈，有的岩层甚至被挤得直立了起来。这在太室山和少室山的南侧都可以见到。这一次地壳运动被称为“中岳运动”。中岳运动也发生了一些断层。
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