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圣莲山园区为房山北部大石河上游一个小型完整的岩溶盆地，地质构造属于百花山向斜的南翼。造景岩石从下至上依次为寒武纪张夏组鲕粒灰岩、炒米店组条带状石灰岩和奥陶纪马家沟组石灰岩。造貌运动先后为印支运动、燕山运动和新构造运动，印支运动的南北向挤压形成响山背斜，燕山运动的NW-SE向挤压形成神牛岭和翠屏峰两组裂隙，新构造运动的8次抬升形成穿洞、孤峰、圣米石塘、笔架山、晾马台、翠屏峰、神牛岭、隐仙洞岩溶地貌景观。穿洞为北京西山最高的岩溶洞穴；孤峰为上新世残存的峰林地貌；圣米石塘、圣水洞和九莲洞为孤峰脚洞；笔架山为上新世石林与第四纪岩溶陡壁组合成的房山地貌；晾马台为中更新世岩溶夷平面；翠屏峰和神牛岭为晚更新世的岩溶石墙；隐仙洞为全新世岩溶洞穴。