二叠纪形成的地层称为二叠系。华北地区二叠系以陆相沉积为主。嵩山地区二叠系分布在北坡的参驾店、涉村一带；东麓的玉台、景店、告城等地；南麓东自箕山，向西经新新煤矿、东窑、李沟至伊川老君堂一线连续分布。与下伏石炭系山西组和上覆三叠系刘家沟组均为整合接触关系。按2001年新地层表二叠系分为下、中、上三统，本书仍按下、上二统（表8-3）分别叙述如下。
1.下二叠统下石盒子组（P1x）
“石盒子系”1922年创名于太原东山陈家峪石盒子沟，当初就分为上、下两系。1934年孙健初对比引入河南。自那时以来，顶底界划法多有分歧。下石盒子组底界有划在大占砂岩之底的，有划在砂锅窑砂岩之底的；顶界有划在田家沟砂岩之底的，有划在四煤底板砂岩的。上石盒子顶界有划在平顶山砂岩之底的，有划在平顶山砂岩之顶的。本书按《河南省区域地质志》划分方案叙述。
下石盒子组在嵩山出露极差，20世纪60年代初测制的剖面划分不一，很难利用。近年嵩山地区的剖面研究多选在新密市和禹州市境内，距嵩山稍远。现利用1983年煤田地质公司一队在箕山井田的钻孔资料展示下石盒子组的岩性和层序。
登封箕山下石盒子组地层柱（据1983年煤田一队箕山井田勘探资料）：
上覆地层 上石盒子组（P2s）黄绿色厚层状中粒长石石英砂岩
整合
下石盒子组（P1x） 厚125.2m
44.灰黄色砂质泥岩、泥岩、薄层粉砂岩互层 14.3m
37～43.灰黄色砂质泥岩夹黑色泥岩及煤线 8.2m
28～36.灰绿色细粒长石石英砂岩夹灰黄色砂质泥岩及煤线 13.7m
26～27.灰黄色砂质泥岩与紫斑泥岩互层 5.5m
17～25.灰绿色厚层细—中粒长石石英砂岩与灰绿色粉砂岩、砂质泥岩互层 29.9m
13～16.灰绿色薄层细粒长石石英砂岩夹灰绿色砂质泥岩、泥岩 12.1m
3～12.灰白色厚层中粒长石石英砂岩夹灰黄色砂质泥岩及煤线 36.9m
整合
下伏地层 上石炭统山西组（C3s）灰色泥岩及煤层（大煤）
本组为一套含煤碎屑岩。主要岩性为灰白、褐黄、灰绿、深灰色粗—细粒长石石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩、页岩夹煤层（线）。其中包含五个标志层，分别是大占砂岩、香炭砂岩、砂锅窑砂岩、大紫斑泥岩（米村泥岩）及老君庙砂岩，是煤层对比的重要标志。本组含二煤组上部和三煤组全部，煤层多不可采，部分局部可采。本组沉积韵律发育，砂岩和泥岩交替出现，具水平层理和波状层理。岩性稳定，厚度变化不大。
下石盒子组古生物化石中植物种属较多，河南煤田地质勘探公司和区调队近年在新密煤田、登封煤田、禹县方山滴水潭等地采到的植物化石主要有：轮叶（芦木的叶化石，图8-33）、短镰轮叶、中国瓣轮叶、舌形瓣轮叶、芦木（图8-32）、须斯特芦木、苏柯维芦木、华夏羊齿、怀特华夏羊齿、手羊齿、织羊齿（图8-34），三角织羊齿、翅状准织羊齿、单网羊齿、河南羊齿、栉羊齿、韩城栉羊齿、太原栉羊齿、东方栉羊齿、镰刀栉羊齿、那林栉羊齿、鳞轴栉羊齿、孤曲栉羊齿、厚缘栉羊齿、纤细楔羊齿、汤氏楔叶、中朝楔叶、楔拜拉、多脉带羊齿、满洲枝脉蕨（图8-35）、东方盘穗、鳞木（图8-36）、尼尔桑、那林壳斗、剑叶、长椭圆扭羽叶等。
图8-32 芦木（树干）（引自《地质词典》，1979）
图8-33 轮叶（引自《地质词典》，1979）
图8-34 织羊齿（引自《地质词典》，1979）
图8-35 枝脉蕨（引自《地质词典》，1979）
图8-36 鳞木（引自《地质词典》，1979）
上述植物化石分属于蕨类植物门的楔叶纲（芦木、轮叶、楔叶等）、石松纲（鳞木等）、真蕨纲（枝脉蕨等）和裸子植物门的种子蕨纲（脉羊齿、延羊齿等）、科达纲（科达等），它们大多数是高大的木本植物，有高达20～30m者，少数是草本植物，化石保存的大多是枝干和叶子。
《河南省区域地质志》在河南下石盒子组建立了两个植物组合带。嵩山地区已经采到两个组合带中的所有主要分子。完全可以与陕西、山西同层位对比，时代属早二叠世。
2.上二叠统上石盒子组（P2s）
本组包括四煤组底砂岩底板至平顶山砂岩顶板之间的一套地层，分为两段叙述。
登封箕山东坡—乔家 上石盒子组下段剖面（图8-37）：
图8-37 登封市箕山东坡上二叠统上石盒子组下段剖面图（引自河南区调队，1989）
上覆地层 上石盒子组上段含砾粗粒长石石英砂岩，底部有一层铁质砂岩
整合
上石盒子组（P2s）下段 厚588.1m
58.黄、黄绿色砂质泥岩夹粉砂岩，青灰色含砂质泥岩 17.0m
57.紫红色粉砂泥岩 1.6m
56.黄绿、黄色泥岩 5.9m
55.灰黄色细粒石英砂岩 1.0m
54～53.黄色泥岩、黄色泥岩与紫红色泥岩互层 4.5m
52.黄色砂岩与泥岩互层，夹煤线 37.9m
51.黄绿色中粒岩屑长石石英砂岩，水平层理发育，顶部含铁结核 9.9m
50.黄色泥岩，夹粉砂岩薄层 17.2m
49.黄褐色中粒岩屑长石石英砂岩，底部有小砾石，斜层理发育 12.2m
48.黄绿色泥岩，夹薄层粉砂岩 21.4m
47.黄绿色中粒长石砂岩 3.5m
46～44.黄绿色泥岩夹薄层粉砂岩及煤线 29.5m
43.褐灰色含砾长石石英砂岩 0.9m
42～41.黄色泥岩夹薄层粉砂岩及煤线 20.2m
40～39.黄褐色泥岩，夹薄层粉砂岩、硅质层和煤线 17.9m
38.黄色中粒岩屑石英砂岩 3.0m
37～36.灰黑色炭质泥岩夹煤线、黄绿色泥岩夹粉砂岩和煤线 5.8m
35.浅黄、黄褐色细粒岩屑长石石英砂岩 1.5m
34～32.黄色泥岩夹薄层细砂岩及煤线 33m
31～30.黄色中粒长石砂岩夹泥岩和铁质砂岩，含植物化石碎片 15.3m
29～27.黄色泥岩 16.3m
26.灰黄、浅褐色中粒岩屑长石砂岩，钙质胶结 6.3m
25.黄色泥岩，夹细粒长石砂岩 18.3m
24.浅灰、肉红色中粒石英砂岩 2.5m
23.黄色泥岩夹薄层细砂岩（含紫斑） 20.4m
22～20.黄色泥岩夹薄层砂岩及煤线、灰黄色中细粒岩屑长石石英砂岩 37.9m
19.黄色粉砂质泥岩，夹薄层细砂岩，含紫色斑块 53.5m
18.浅灰、灰色中粗粒岩屑石英砂岩 17.1m
17.黄色泥岩夹煤线和薄层砂岩 20.8m
16.黄色泥岩、粉砂质泥岩，夹铁质砂岩透镜体，产植物化石：蕉羊齿、镰刀栉羊齿、疏脉科达、那林座延羊齿（图8-38）、栉羊齿 8.2m
15.黄色泥岩夹薄层粉砂岩和煤层（煤田称五3煤，正开采利用） 36.8m
14.黄色泥岩夹薄层粉砂岩 9.1m
13～10.灰褐色、黄色中粒岩屑石英砂岩，灰、灰褐色泥岩与黄绿色泥质粉砂岩和煤层互层 15.7m
9.煤层 0.9m
8.黄绿色泥岩与薄层粉砂岩互层，夹煤线 10.3m
7.煤层 0.9m
6.黄绿色泥岩与粉砂岩互层，夹煤线，产植物化石：栉羊齿（图8-39）、斜羽叶 5.8m
5～4.褐黄色薄层细粒长石砂岩夹泥质粉砂岩与泥岩，产植物化石：剑瓣轮叶（图8-40）、镰刀栉羊齿 18.5m
3.黄色薄层粉砂岩与泥岩互层，上部粉砂岩中有铁质结核 17.0m
2.黄、褐黄色粗粒石英砂岩，上部1m多厚含铁质、钙质石英砂岩 12.2m
整合
下伏地层下石盒子组（P1x）黄色砂质泥岩夹薄层细砂岩
图8-38 那林座延羊齿（×1）（引自河南区调队，1989）
图8-39 栉羊齿（×1）（引自河南区调队，1989）
上石盒子组下段为一套含煤碎屑岩建造，主要岩性为灰白、灰绿、灰黄和米黄色中粗—中细粒长石石英砂岩、石英杂砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩、高岭土粘土岩、炭质页岩夹煤层（线）。其中包括了五个标志层，分别是无名砂岩（四煤组底砂岩）、红砂炭砂岩（五煤组底砂岩）、田家沟砂岩（六煤组底砂岩）、银杏砂岩（七煤组底砂岩）和大风口砂岩（八煤组底砂岩）。本组含五个煤组，多数煤层不可采，仅少数局部可采或偶尔可采。本组韵律发育，五个煤组各组成一个沉积旋回。岩性稳定，厚度变化不大。本段植物化石十分丰富，个别层位采到腕足类和海绵骨针。植物化石中最多的有大羽羊齿、轮叶、单网羊齿、束羊齿、楔叶、齿叶、枝脉蕨等，以真蕨纲、种子蕨纲为主体。《河南省区域地质志》在河南省上石盒子组下段建立了三个植物化石组合，组合中的主要分子在嵩山南麓都已采到。这种化石组合可与华北的相同层位及华南的龙潭段对比，时代归属晚二叠世早期。
图8-40 剑瓣轮叶（×1）（引自河南区调队，1989）
登封县东金店西土门口上石盒子组上段剖面（图8-41）：
图8-41 登封市东金店西土门口上二叠统上石盒子组剖面图（引自河南区调队，1989）
上覆地层 石千峰组（P2s）黄绿色泥质粉砂岩
整合
上石盒子组上段 厚113.5m
4.黄色中—厚层中粒长石砂岩 14.7m
3.灰白色厚层中—粗粒长石石英砂岩，风化后灰黄色，局部含石英小砾石 80.0m
2.灰白色厚层粗粒长石石英砂岩，底部含砾石 18.8m
整合
下伏地层 上石盒子组下段米黄色岩屑长石砂岩，夹黑色泥质粉砂岩
上石盒子组（P2s）上段在1951年前顾知微、楚旭春在宜洛煤田普查时称“马头山砂岩”，阎廉泉称之为“平顶山砂岩”，特殊的单面山地形在河南、山西广大地区，极具特色，容易识别，煤系地层均在它的下面，看见平顶山砂岩，下面必然有含煤岩系，因而成为良好的找矿标志。嵩山南麓本段出露较好，北坡因第四系覆盖或断层破坏，很少出露且不完整。本段为一套碎屑岩沉积，主要岩性为浅灰、灰白色，局部显肉红色，风化后灰黄色中—粗粒长石石英砂岩，顶部常为石英砂岩。岩性单一，层位稳定，具大型斜层理，局部有砂质页岩夹层，底部常含砾石。嵩箕地区厚度稍大。本段至今未找到大化石，仅获个别孢粉，指示时代作用不大，按传统划法将其置于晚二叠世。
3.上二叠统石千峰组（P2s）
石千峰组早期称作“石千峰系”，广泛分布于华北各地。最初命名地点在山西太原市西25km处的石千峰。1955年中南地质局401队曾称“石千峰统”，归三叠系，1964年河南区调队改称“石千峰组”，归上二叠统。1975年华北二叠系专题会议，将原石千峰组下段孙家沟段定为石千峰组（狭义），而将原刘家沟组和和尚沟组划归下三叠统。煤田地质系统习惯称石千峰组为“土门口组”。
石千峰组以登封东金店西土门口地层出露连续，以其为代表叙述之。
登封市东金店西土门口石千峰组剖面（图8-42）：
图8-42 登封市东金店西土门口上二叠统石千峰组剖面图（引自河南区调队，1989）
上覆地层 下三叠统刘家沟组（T1l）紫红色长石石英砂岩
整合
石千峰组（P2s） 厚162.1m
13.灰色钙质砂岩、粉砂质泥岩，夹灰岩砾岩透镜体，其中产有孔虫化石 26.0m
12.中粗粒钙质长石石英砂岩 22.9m
11.紫红色泥岩夹钙质结核或透镜状细粒钙质石英砂岩 11.1m
10.浅红色细粒石英砂岩 2.m
9.黄绿色泥质粉砂岩 6.5m
8.中粒岩屑石英砂岩 34.0m
7.紫红色泥岩 25.2m
6～4.黄色中厚层细粒长石砂岩 20.6m
3.紫红色泥岩 10.1m
2.黄绿色泥质粉砂岩 3.7m
整合
下伏地层 上石盒子组（P2s）黄色中厚层中粒长石石英岩
石千峰组岩性最突出的特点是色调较杂，紫红、灰绿、灰黄皆有。可分上、中、下三部分：下部以砂质泥岩或杂色泥岩与平顶山砂岩分界，整合接触，岩性为浅灰、黄色细粒砂岩、粉砂岩、紫红色泥岩，砂岩中水平和楔形斜层理发育，含海绿石；中部为紫红色泥岩夹3～4层中细粒砂岩，泥岩中见虫迹，砂岩中常见波痕；上部为灰色粉砂岩与细砂岩互层，夹少量暗紫红色泥岩、砂质泥岩和透镜状灰岩砾岩，其中含有孔虫化石，顶部一层黄色细粒长石砂岩夹大量含铁钙质结核，风化呈饼状或球状，形态特殊，层位稳定，是区分二叠系与三叠系的标志层。
图8-43 叶肢介（引自《地质词典》，1979）
本组化石稀少，只见真叶肢介（图8-43）和有孔虫。叶肢介属节肢动物门甲壳纲介甲目。介甲目化石总称叶肢介，两瓣几丁质外壳，呈卵形、半圆形，壳小，一般不超过20mm。叶肢介从泥盆纪一直延续到现代，主要生活在晚古生代至第三纪，对中、新生代含油地层对比意义重大。有孔虫属原生动物门有孔虫亚纲，壳小一般不到1mm，但也有大至100mm者，壳口一个或多个。绝大多数海生，以底栖为主，也有浮游的，极少数生活于潟湖或淡水湖泊。寒武纪至现代都有延续，以石炭纪—第三纪最繁盛。叶肢介和有孔虫对确定石千峰组时代均无决定意义，把石千峰组划归二叠系是因为在豫西宜阳等地的石千峰组中采到的植物化石与华北地区相同层位可以对比，时代当属晚二叠世晚期。
此外，在山西保德曾发现杯龙化石，古生物学家给它命名为“二叠石千峰龙”，属爬行动物纲杯龙目，是爬行动物中最原始的类型。嵩山乃至河南均未发现。