大化石的原巖，是形成于距今約2.4～2.6億年的上古生代二疊紀地層的石英巖和硅質(zhì)巖。彼時的地質(zhì)年代，大化縣區(qū)域內(nèi)有著得天獨厚的地質(zhì)條件，古地理環(huán)境為深海海相噴發(fā)沉積。沉積了二疊系地層，是一套硅質(zhì)巖晚古生代基性火山巖，有一次噴發(fā)巖——具輝綠結(jié)構(gòu)的玄武巖，又共生和伴生基性侵入巖——輝綠巖?；鹕絿姲l(fā)和侵入活動，對原巖硅質(zhì)產(chǎn)生接觸變質(zhì)作用，巖體有明顯的冷凝邊，同時火山巖使圍巖受接觸變質(zhì)，常有硅化、黃鐵礦化、局部有大理巖化、角巖化、重結(jié)晶，蝕變帶厚薄不一，有的幾米，最厚達30多米，有的地方出現(xiàn)輝綠巖、玄武巖。特別是基性噴發(fā)巖使大化石原巖接觸變質(zhì)，硅化、角巖化使巖石變得堅硬、致密，所以大化石質(zhì)地優(yōu)良。噴發(fā)熔液帶來大量不同的礦物質(zhì)，多種礦物質(zhì)在其后形成賞石過程中對巖石起著重要的致色作用，鐵離子致色使巖石呈現(xiàn)棕紅、褐棕、黃褐，銅離子及綠泥石化使巖石呈現(xiàn)淺綠色，其他礦物質(zhì)如斜長石、輝石、橄欖石、角閃石、鈦鐵石、富鐵納長石、硅灰石、金紅石、白鈦石等，都起到致色作用。

大化石所在河段是巖灘電站壩址處，河床坡降大，水流急，波浪高，這一帶的接觸蝕變帶硅質(zhì)巖是出露比較厚的地段。河兩岸高山是因硅化帶巖石堅硬、耐風(fēng)化而形成的地貌形態(tài)。紅水河的切割，使原巖破碎后沖積于河床中，紅水河水流量大、高落差、水流急，加上河水中每年雨季都夾帶大量砂泥物質(zhì)，沖積于河床中的破碎巖塊經(jīng)受千萬年河水沖刷。再加上大化石組成的化學(xué)元素多樣性，硅質(zhì)巖硅化過程中，有的形成石英巖，有的形成碧玉巖，有的形成硅化度很高的大理巖，它們都會受其結(jié)構(gòu)或化學(xué)元素成分不同的影響。物理、化學(xué)性質(zhì)不同，當(dāng)然就有不同的結(jié)構(gòu)、致密度和硬度。經(jīng)過夾帶泥沙的河水的長期沖刷后就形成了各異的形態(tài)。易破碎及質(zhì)軟的部分被沖碎刷凈，留下的是結(jié)構(gòu)致密的巖石。長期的沖刷，使石膚光潔潤滑。

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另外，河水中溶解有多種礦物質(zhì)，對石體表面起化學(xué)作用，俗稱“水鍍”。其實是礦物質(zhì)起化學(xué)作用的結(jié)果，形成多彩的石膚，即多種礦物離子致色作用。在漫長的水鍍即礦化作用過程中，原巖成分不同，所處的地理位置不同，受水沖刷的差異，經(jīng)水中礦物質(zhì)的化學(xué)作用程度不同，則產(chǎn)生不同的色彩；加上巖石的結(jié)構(gòu)、層理，原巖被溶解時難易的不同，以及其中的節(jié)理、微細孔不同，形成不同形態(tài)；微細節(jié)理和微細孔的深淺位置不同，而充填不同的礦物質(zhì)，致色不同，又形成不同的花紋圖案。

這些獨特的地質(zhì)、地理環(huán)境造就了色彩十分豐富、水洗度甚佳、石膚潤澤、珠光寶氣、形態(tài)奇特、石質(zhì)優(yōu)良、內(nèi)涵豐富的大化石。