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태백 장성 전기고생대 화석산지는 고생대 오르도비스기(5억∼4억 4천만년 전)의 조선누층군 중 직운산층에 해당하는 암석층이다. 하부고생대 지층임을 말하여 주는 삼엽충을 중심으로 완족류, 두족류, 복족류 등 매우 다양한 화석이 산출되는 곳이다.  지구상에서 제일 먼저 출현한 절지동물인 삼엽충의 생존기간을 기준으로 고생대 캠브리아기를 30여 개의 시기로 구분할 수 있는데, 이곳에서 나온 삼엽충화석을 연구한 결과 현재 북위 38°부근에 위치한 우리나라가 5억년 전에는 적도 부근에 있었다는 사실을 알아낼 수 있었다.  태백 장성 화석산지는 고생대 지구의 역사와 한반도의 자연 역사를 알아낼 수 있는 중요한 화석산지로서 학술적 가치가 크다.
고생대 오르도비스기의 직운산층인 태백 장성 전기고생대 화석산지는 복족류, 완족류 등 다양한 화석이 발견되는 곳이다.