华山山脉是深成侵入岩体的花岗岩浑然巨石，顶部是粗粒（粒径5毫米）斑状花岗岩；中部是中粒（粒径2—5毫米）花岗河长岩及片麻状花岗岩。据地质科学工作者用放射性同位素测定，华山花岗岩形成期距今约12100万年左右，华山山脉地区的地壳发生活动，在受挤压、褶皱和破裂的过程中，岩浆开始沿着裂缝向表层地壳上升侵入，在3—6千米深处冷却，凝结成岩。从新生代燕山期约7000万年以前，华山山脉的地壳继续上升，而渭河地带相反向下凹陷。这种内动力地壳作用，时快时慢，时断时续，显现出东西一线上并列着许多平整的三角形或梯形面，形成了秦岭北麓的大断层。这些大致平行的东西向断层，将山地割切成若干长条形断块。断块在彼此相互上升下降活动中，多呈北翘、南俯的岭谷相间的地形。同时，也出现了许多与东西向斜交的断层，使原长条形断块被切成多段。各段地发生前后错动，形成复杂运动。加之雨水、阳光、冰冻、流水等各种外力作用的相互影响，花岗岩才直接露出空间。华山花岗岩有较多而明显的以北20度向西走的节理和断层。其他的还有南北走向，北30度西向的、北10度东向的、北50度东向的。此外还有近乎水平之大小纵横的断层和节理，将完整的花岗岩体分割成大大小小的岩块，在纵横河流的切割活动中，化剥蚀形成了一座峻秀的山峰和许许多多奇形怪状的岩石。东、西、南三峰呈鼎形相依，为华山主峰。、北峰相辅，周围各小峰环卫而立华山地处黄河中游流域，与黄河一起孕育了中华民族。据历代专家学者研究考证，古代华夏文明主要聚集在以华山为中心的方圆500千米范围内。[3] 《书经·禹贡篇》载华山为“轩辕黄帝会群仙之所”，后人推测应该是黄帝在此与各部落酋长会盟。此后，华山声名日隆。《书经》、《资治通鉴》等书均记有“唐尧四巡西岳”、“舜三巡西岳”。《舜典》载：（舜帝）八月西巡狩，至于西岳。由于华山太险，所以唐代以前很少有人登临。历代君王祭西岳，都是在山下西岳庙中举行大典。《尚书》载，华山是"轩辕皇帝会群仙之所"。《史记》载，黄帝、虞舜都曾到华山巡狩。据记载，秦昭王时命工匠施钩搭梯攀上华山。秦始皇首祭华山，供应A572Gr42美标钢板，汉唐以来，封号递增，愈演愈烈，汉武帝敕修西岳庙前身集灵宫；汉元延二年（前11年），汉成帝巡幸河东，涉西岳而归。魏晋南北朝时，还没有通向华山峰顶的道路。直到唐朝，随着道教兴盛，道徒开始居山建观逐渐在北坡沿溪谷而上开凿了一条险道，形成了"自古华山一条路"。唐高祖武德二年（619年），唐高祖大猎于华山；是年，唐高祖送李世民东征祭山[14] ；上元元年（674年），唐高宗较猎于华山下曲武原；其中尤以唐玄宗以与华山为本命，封华山神少昊为金天王为最。天宝九年（750年），群臣请奏封禅西岳，唐玄宗命人开凿华山路，设立坛场。
衡山以一块大花岗岩岩石为基础，由于表层沉积遭到冲刷和强烈剥蚀，花岗岩有较大面积的出露。岩内穿插有伟晶花岗岩，石英岩脉很多，宽狭变化较大，宽的可达40厘米，这些岩脉对于花岗岩的风化有加速作用。基岩的上覆红壤中含有大量石英沙粒，证明是由花岗岩风化来的。包围在花岗岩外围的岩石分3类，志留奥陶纪紫色页岩及砾状石英岩，泥盆纪沙岩及页岩，第三纪红色砂岩及页岩。以性质而论，砾状石英岩最硬，紫色页岩最软，在同期岩层上表现为不同之地形。由于气象气候的关系，流水、风、热等风化、剥蚀作用，形成了现代衡山的奇特景观。[6] 衡山衡山岩体东北部为第次侵入的斑状二长花岗岩，岩体西南部为第二次侵入的白石峰二云母花岗岩。前者分布于南岳镇一祝融峰一线的东侧，出露面积217平方千米，同位素年龄值12318.7万年，属燕山早期侵入体。按其岩性、岩石结构及出露部位，可划为两个岩性带即祝融峰一带的片麻状斑状二长花岗岩和斑状角闪石黑云母二长花岗岩，另有少量的斑状黑云母花岗岩。后者分布于望峰一白石峰的西侧，出露面积为233平方千米，同位素年龄值8012.1万年，属燕山早期第二次侵入体。岩体东侧与斑状二长花岗岩体呈侵入接触，接触面清楚，倾角25°一80°，岩体南侧、西侧与冷家溪群接触，形成混合岩带。岩体可分为二部分，主体部分的二云母花岗岩，边缘部分的混合岩带宽岩石暗灰色、灰色、灰白色，多具片状、片麻状构造，出产钾长石、钠长石、高岭土。衡山的古地形与整个湖南省的地形发育是分不开的。从志留纪、奥陶纪起一直到侏罗纪末，湖南的东部为古华夏大陆，西部和北部为古江南大陆，中部和南部为一大海湾。海水为喜马拉雅山大内斜经广西侵人湖南，最北可达长沙。湾内的海水，时进时退，时深时浅，衡山正处于海水进退的大道上。侏罗纪以后，湖南的海湾随着整个亚洲大陆的掀起而成为陆地，迄今没再受海侵。在衡山从海成陆的过程中，其地形发展过程也很复杂。寒武纪以前，衡山的地形情况，因为没有地层记录，不得而知。寒武纪时，黄汲清先生认为是“寒武纪海”的一部分，当然不是陆地，更不像现在。志留、奥陶纪时仍旧是海。海水从西南侵入，经衡阳、衡山、湘潭一直到长沙。那时衡山是海底的一部分。海中沉积岩有紫色页岩及砾状石英岩。现代衡山的构成，一部分也借助于这些岩石。到了志留纪之末，湖南受到喀里多民安地壳运动的影响，志留纪海露出水面，接受侵蚀。中泥盆纪初期，衡山及湖南部分地面已被侵蚀为平缓的低地。
南峰海拔2154.9米，是华山主峰，也是五岳最峰，古人尊称它是“华山元首”。登上南峰绝顶，顿感天近咫尺，星斗可摘。举目环视，但见群山起伏，苍苍莽莽，黄河渭水如丝如缕，漠漠平原如帛如绵，尽收眼底，使人真正领略华山高峻雄伟的博大气势，享受如临天界，如履浮云的神奇。峰南侧是千丈绝壁，直立如削，下临一断层深壑，同三公山、三凤山隔绝。南峰由一峰二顶组成，东侧一顶叫松桧峰，西侧一顶叫落雁峰，也有说南峰由三顶组成，把落雁峰之西的孝子峰也算在其内。这样一来，落雁峰居中，松桧峰居东，孝子峰居西，整体象一把圈椅，三个峰顶恰似一尊面北而坐的巨人。明朝袁宏道在他的《华山记》一书中记述南峰形象说：“如人危坐而引双膝。”南峰落雁峰名称的来由，传说是因为回归大雁常在这里落下歇息。峰顶最处就是华山极顶，登山人都以能攀上绝顶而引以为豪。历代的文人们往往在这里豪情大发，赋诗挥毫，不一而足，因此留给后世诗文记述颇多。峰顶摩崖题刻更是琳琅满目，俯拾皆是。冯贽在他的《云仙杂记》中记述唐诗人李白登上南峰感叹说：“此山，呼吸之气想通帝座矣，恨不携谢眺惊人句来搔首问青天耳”。宋代名相寇准写下了“只有天在上，更无山与齐。举头红日近，俯首白云低”的脍炙人口的诗句。落雁峰周围还有许多景观，最处有仰天池、黑龙潭，西南悬崖上有安育真人龛、迎客松等。松桧峰稍低于落雁峰，而面积大于落雁峰。峰顶乔松巨桧参天蔽日，因而叫松桧峰。华阴名儒王宏撰称松桧峰是南峰之主。峰上建有白帝祠，又名金天宫，是华山神金天少昊的主庙。因庙内主殿屋顶覆以铁瓦，也有称其铁瓦殿的。松桧峰周围许多景观，主要有八卦池、南天门、朝元洞、长空栈道、全真岩、避诏岩、鹰翅石、杨公亭等。[16] 东峰东峰海拔2096.2米，是华山主峰之一，因位置居东得名。峰顶有一平台，居临险，视野开阔，是名的观日出的地方，人称朝阳台，东峰也因之被称为朝阳峰。东峰由一主三仆四个峰头组成，朝阳台所在的峰头高，玉女峰在东峰西，石楼峰居东，博台偏南，宾主有序，各呈千秋。古人称华山三峰，指的是东西南三峰，玉女峰则是东峰的一个组成部分。今人将玉女峰称为中峰，使其亦作为华山主峰单独存在。古时称登东峰道路艰险，《三才图会》记述说：山岗如削出的一面坡，高数十丈，上面仅凿了几个足窝，两边又无树枝藤蔓可以攀援，登峰的人只有爬在岗石上，脚手并用才能到达峰巅。今已开辟并拓宽几条登峰台阶路，游人可安全到达。
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