化石森林是世界上规模最大的迁地保存、展示硅化木的景区，分为国内展区和国际展区。硅化木是真正的木化石，是百万年或上亿年前的树木被迅速埋葬地下后，木材中的有机质被地下水中的二氧化硅（SiO2）替换，但其木质结构和纹理依然保持不变。国内展区收集了来自辽宁、新疆、内蒙古等地的硅化木400多株，分别模拟戈壁滩和绿洲两种环境布景，再配以古老的硅化木，形成较有震撼力的景观效果。这些硅化木属于松杉类，形成于七千万年至一亿五千万年前的中生代。国际展区在国内展区西侧，收集了来自马达加斯加、印度尼西亚、美国、蒙古、缅甸等地的硅化木200多株，年代最早的是出自晚侏罗纪—早白垩纪地层（即距今约1.35亿年）的松柏类、落羽杉型硅化木，最晚的出自距今约100万年的新生代第四纪地层的龙脑香型硅化木。
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