古生物化石是地质历史时期保存的动植物化石。即根据保存在地层中的化石，研究地史时期生物的形态、构造、分类、分布、进化关系等。新疆古生物化石门类繁多，叠层石、植物及孢粉、三叶虫、笔石、珊瑚、腕足类、头足类、双壳类、层孔虫、苔藓虫、 类、有孔虫、介形虫、叶肢介、牙形石、鱼类、两栖动物、爬行动物、哺乳动物等都有发现。新疆最早的化石见于距今 10 多亿年的中元古代长城系（14 亿～ 18 亿年）中，为微古植物和叠层石。前者指藻类植物，后者指蓝藻本身及其生命活动遗迹所形成的综合结构物，其常在灰岩、白云岩中形成同心状的叠层构造。最晚的化石见于第四纪地层中，主要为孢子花粉和哺乳动物化石等。新疆许多古生物化石和遗迹在国内外都有较高的知名度。例如，早古生代的小壳、三叶虫、笔石；晚古生代的 类、珊瑚、腕足类、牙形石、植物、鱼类和两栖类；中生代的爬行类、古森林遗迹；新生代的牡蛎动物群、古新世植物及哺乳动物等。
1. 石树森林、恐龙秘窟：奇台硅化木—恐龙化石园
位于新疆准噶尔盆地东北缘，卡拉麦里山以南的将军戈壁上，行政区划属昌吉回族自治州奇台县管辖。北距奇台县城约 90 千米，交通便利，总面积约 3700 多平方千米。典型地质剖面主类，古生物化石保存地亚类，硅化木—恐龙化石（图 8-3-1，图 8-3-2）。
地质特征：硅化木属中生代地层中常见的植物化石，但此处硅化木化石数量之多，树干之大，分布面积之广，保存之完整堪称国内之首。
该区出露地层主要为中侏罗统石树组，由紫红色含砾砂岩、粉砂泥岩组成，产状平缓，由于季节性雪融水和雨水冲刷切割，加上风蚀作用，把地面雕凿成各种奇特的形态——雅丹地貌。残丘和沟壑发育，致使埋藏在地层中的硅化木因剥蚀而大面积出露地表。在 300 公顷的范围内，分布硅化木（又名石树）近千株，而且根茎枝俱全，最为奇特的是直立的树桩连着完整的根系，而根系又深深扎根于古老的“土壤”之中。可以看到两个生长层面。
下层：分布在沟口冲洪积平原处，面积约 100 公顷，有石树残体，200 余株。硅化木产于紫红色砂岩层中，因剥蚀而外露，横七竖八，有平躺全露的，有部分外露的，有直立风化后成硅化木碎石堆的，一堆土石就是一棵树的全部，根茎枝全在其中。身临其境大有进入遭劫被毁的森林之感。所见石树多为柏型树木化石，树干粗大，直径 1.5 ～ 2 米，根、茎、树皮完整，年轮清晰，多为百岁大树。一般树皮颜色略浅，呈灰白、赭红色，粗糙，厚约 2 厘米，木质部分呈褐、灰褐、黑、灰白、青灰色，年轮清晰，像玛瑙之纹丝，颜色深浅交替更换。最长的一棵石树树干完整，根部直径 1.8 米，上段直径 0.5 米，仅下部外露部分就长达 21 米，上端还埋在砂岩层中的部分估计长度不小于 8 米。直立的石树多已就地风化成树段和碎石块，一树一堆组成大小不一的硅化木堆，难以见到完整的树形，硅化木横向节理发育，把完整的树干横切成2 米长短的树段。不论树皮树干内均可见到再交化的石英细脉，有些石树表皮还可见到硅化前火烧的痕迹。
上层：分布在由剥蚀残丘顶部组成的夷平面上，高出下层约 20 米，面积约 200 公顷，石树分布密度约 0.4 棵 / 平方米。因泥质岩松软不耐风化而流失，硅化木几乎全部暴露地表。这个生长面的特点是直立带根的树桩多，树桩茎干粗大，直径 1.8 ～ 2 米左右，高约 1.8 米，根系完整，并可看到下部的“土壤”，有些树干根系露出地面，蜿蜒曲折伸长达 5 米以上。折断的树干四处可见，长短不一，直径都在 1 米以上，部分树干仍可见到火烧痕迹。石树横断面年轮清晰，从年轮看树茎都在 100 年以上。树木仍以柏型树为主。树皮、木质部分多为灰黑、灰白色，因风化比较破碎，比下层硅化木破碎得多。远处望去是一片残存的树桩，就好像刚刚被乱采滥伐过的森林。
新疆准噶尔盆地侏罗系普遍含有硅化木化石，但多数地区只是一些树枝树干。见到根系完整，原地直立生长，数量多，树干粗大的仅在一处，而且有两个生长层，这对研究新疆侏罗纪地史和古气候是十分难得的。此点硅化木森林遗迹有力地证明，在距今 1.2 亿年前，这一带曾经是一片茂密的森林区。大量恐龙化石的发现，说明与植物发育相伴的大型爬形类动物也是繁盛时代，仅上侏罗世的地层中就出现两层森林生长面，说明其间曾发生过环境的变化。下层森林面因地壳下降埋藏在地下后，经过若干年地壳又上升，在新沉积层上又生长出了茂密的植物、树木，再一次形成林海。上侏罗世末地壳再次下降，森林被全部埋入地下。今天我们从再次暴露到地表的地层产状看，岩层几乎近于水平状，而当年的树木虽已变成硅化木但仍保持着直立的姿态，根系完好，全部硅化，泥上尚存全部石化。证明地壳的运动主要是垂直升降，大致可分为四个阶段：森林生长阶段，地壳下降掩埋阶段，成岩阶段——树木石化阶段，风化剥蚀暴露阶段。
此硅化木森林遗迹保存的完整程度较高，据说在美国、加拿大也发现有类似的硅化木化石点，但参观过此点的外国友人都说不及此处保存完好。因此将军庙的硅化木森林遗迹不论从地质研究角度，还是从观赏方面都具有重要的价值。
成因分析：侏罗纪晚期，气候湿润，水草丰盛，沿准噶尔盆地边缘为茂盛的森林植被区。后因地壳下降，使森林全部被洪水所携的泥砂埋没，继而接受沉积，若干年后地壳微有上升趋势，露出水面，其上又变成一片茂密的森林。晚侏罗世，地壳再以下降，又经历一次大的沉降运动，致使森林植被全部埋入地下。在漫长的地质岁月中，在成岩作用的同时，岩石中压缩出的水分形成地下水的一部分，水中溶解有大量的偏硅酸分子，在一定的温度、压力下，埋藏在地层中的树木纤维逐渐被地下水中的硅质代替，树木原形未变但组分全部被二氧化硅交代，在成岩的同时，树木逐渐变成石树，以后的岁月，尤其第四纪以来的风化剥蚀才使其有幸暴露于地面。其发展演化，大致可分成四个阶段：①森林生长阶段；②地壳下降掩埋阶段；③成岩阶段—树木石化阶段；④风化剥蚀暴露阶段。
2. 无水戈壁的绿色记录：哈密大南湖—土屋铜矿一带侏罗纪植物化石遗迹
位于哈密市大南湖—土屋铜矿一带，分三个区块分布 。典型地质剖面主类，古生物化石保存地亚类，侏罗纪植物化石遗迹。
地质特征：第Ⅰ区块：中粗粒砂岩中发育大量银杏、苏铁类植物茎干化石，地表可见化石最大长（节）5.5 米，直径大于 2 米，节理和裂隙发育，节理间距一般在 0.10 ～ 0.80 米。化石具弱硅化和泥化，主干颜色以土黄色—粉红色为主，树皮和年轮被褐黑色铁质交代，风蚀后化石体形成假山状，花纹图案酷似山水画。此外，该区块内还能偶见钙质结核，呈乳白色，发育指纹状微细条纹，近似玛瑙。
第Ⅱ区块：砂岩中发育菱铁矿层和少量硅铁化木。菱铁矿有结核和块状体两种。结核以浅褐、钢灰色为主，常形成葡萄状集合体，部分形成多种图案的同心纹，颜色有双色或多色，块体（集合体）一般直径 20 ～ 30 厘米，块状菱铁矿多数呈蜂窝状或不规则假山状，长、宽、高尺度为 10 ～ 80 厘米不等。风蚀改造后的各种菱铁矿体均具极大的观赏价值。硅化木地表可见长 20 ～ 50 厘米，一般直径 5 ～ 20 厘米，呈浅褐色。
第Ⅲ区块：偶见似银杏茎干化石，硅铁化较强，可见茎干最大长 3 米，直径 0.2 ～ 1.10 米，节理发育，年龄清晰。颜色以灰褐—褐色为主，一处地点见有灰黑色光滑木干。