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大坑位屬頭嵙山系，約距今200萬年前，台灣島快速上升，雪山山脈的岩石快速被搬運堆積於山麓及淺海，形成今日的頭嵙山層，而後陸地上升遠離海面而形成，其間可能經歷兩次的冰河期，40-32萬年前的里斯冰河期和11-1萬年前的沃姆冰河期，凡此種種大地的歷史，都因大坑山區特殊生態環境，而被記錄在地質及植物中，成為後人展讀台灣大地的重要瑰寶。
頭嵙山系位於台中市北屯區與台中縣新社鄉交界，為台中盆地中段東側的低山丘陵。大坑位於北屯區東側，為東高西低的丘陵地形，內有大坑溪、濁水溪、清水溪、橫坑溪、苧園坑溪、廍仔坑溪，由東向西流，大坑地層有大約連坑巷以東的頭嵙山層，連坑巷至大坑溪以西(約等高線300公尺)之間的卓蘭層，卓蘭層以西的錦水層，由於地層、坡度、地形的差異，鋪陳成迥異的地表舞台。
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頭嵙山層區
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大坑頭嵙山層可見的特殊地景包含卵石流、瘦嶺、蝕谷、懸崖、山崩、潛移、漂木化石等，頭嵙山是本市第一高峰859公尺，音譯「爬無久」，位於五號健康步道，因形似頭盔而得名，為良好的展望點，意義彌足珍貴。
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卓蘭層區
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卓蘭層以灰色砂岩、頁岩互層為主，結構鬆軟，由於斜向互疊，差異侵蝕出現豬背嶺(HOG BACK)、單面山的層階地景，本區水域較發達，大坑溪、清水溪、濁水溪、橫溪匯集，提供親水的休閒機會，較大的河階堆積地，成為大型遊樂園的集合場，如亞哥花園、卡多里遊樂園、威尼斯遊樂園、東山樂園、天星遊樂園等匯集，提供台中市民及中部遊客的遊樂空間。
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錦水層區
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錦水層以砂質頁岩為主，並與泥質砂岩交互層，為卓蘭層的下層，現有6-8號登山步道6592公尺，及風動石公園，風動石成因應是沿節理雨蝕崩落餘的石指地形(ROCK PILLAR)，提供市民休憩的空間。
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我們看到大坑山區的礫石景觀，
看到921大地震後，地表大片面積的崩塌現象，
看到災後生生不息的生態演化，
這都是大坑地形與生態的重要特色。
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