古生代的第一個紀，約開始於6億年前，結束於5億年前。寒武紀形成的地層稱寒武系。寒武系為1835年A.塞奇威克取名於英國西部威爾士的寒武山脈（坎佈裡亞山脈）。“寒武”一詞是 Cambric的日語漢字音譯。寒武紀有不同類別的沉積巖、火成巖和變質巖，廣佈於全球各大洲。海洋中生活著各類低級植物，大量原始無脊椎動物和原生生物（陸地上基本上無生物活動）。海進、海退相當頻繁。蘊藏著豐富的礦產。
地層 寒武紀地層具有多樣巖石類型，地層厚度極為懸殊，大者可達數千米，小者數百米。巨厚地層是以快速沉降海盆或海槽沉積的砂巖、頁巖、矽質巖等為主的復理石或類復理石建造，間或夾以火山巖，如中國粵、桂、閩、湘南、贛南、甘肅中部等處；也有的以白雲巖、白雲質灰巖為主的不正常陸表海沉積或地臺邊緣沉積，如華中、西南等處以及滯流海槽相沉積，如浙西、甘肅北山、新疆霍城、皖南、贛北、湘中等地。此外，還有生物礁，如華北、東北南部上寒武統的大渦卷狀藻礁，華中、西南、黑龍江北部、天山東部的古杯動物（一種已絕滅瞭的與海綿相似的動物）礁。晚寒武世巖相古地理分佈如圖1。
寒武紀生物地理區，依據古生物的顯著特點劃分為：東方動物群地理區、西方動物群地理區和兩個動物群混生的中間動物群地理區。中國主要屬東方動物群地理區，僅大興安嶺和黑龍江一帶為中間動物群地理區。按巖性特征和沉積環境將生物地理區進一步劃分為區系和亞區（或型和亞型）。中國的華北區系（包括華北－東北南部亞區和揚子-青川藏亞區）和東南區系（包括江南-西北亞區和珠江亞區）分別與西方動物群地理區的北美區系和大西洋區系相對應（圖2，表1）。
表1 寒武紀生物地理區劃及海區性質
東方動物群地理區中的華北區系和東南區系以及其間的過渡區的地層，以中國發育最為完整。寒武紀時期，中國西南海侵較東北更早，下寒武統下部的梅樹村階、筇竹寺階和滄浪鋪階下部的地層在華北和東北南部全部缺失，滄浪鋪階中期（辛集期）和後期（昌平期）海侵逐步向東北方向超覆。由於各地沉積的巖石類型不同，各有其地層名稱，表2為中國主要各大區寒武紀地層的劃分和對比。
西方動物群地理區中，北美區系以美國發育較全，大西洋區系則可以西北歐斯堪的納維亞地區為代表，過渡區的地層不甚發育，以零星出露於加拿大紐芬蘭的較為典型。
表2 中國寒武紀地層對比簡表
關於寒武系的頂界、底界和統與統之間界線的劃分，尚未解決。寒武系底界的剖面，有中國雲南晉寧梅樹村、俄羅斯西伯利亞、加拿大紐芬蘭、美國紐約州和印度小喜馬拉雅等處較有代表性，其中以梅樹村剖面（見彩圖）第一個化石帶（Anabarites-Cirootheca-Protoertzina帶）的底界作為前寒武系與寒武系的界線，有希望選作為國際的界線層型。寒武系與奧陶系之間的界線，以中國吉林渾江大陽岔剖面最為完整，與加拿大紐芬蘭剖面被同列為候選界線層型。下寒武統與中寒武統的界線，在東方動物群中，劃在中國的龍王廟階與徐莊階之間，以三葉蟲Redlichiids的消亡為準；在北美，中、下統的界線沒有一致意見，一部分人將佐治亞階的Plagiura-Poliella帶劃歸下寒武統，另一部分人將此帶作為中寒武統的底界。大西洋區系意見較為統一，界線劃在Protolenids-Strenuellids類的消亡與Eccaparadoxides的出現之間。上寒武統與中寒武統的界線，華北區系劃在張夏階與崮山階之間；東南區系劃在楊柳崗群Lejopyge armata帶上部（相當於Lejopyge sinensis帶）與華嚴寺組的Glyptagnostusstolidotus帶之間。這個界線相當於西北歐Lejopygelaevigata帶與Agnostus pisiformis帶之間的位置。北美區系有人把Crepicephalus帶作為上寒武統的底界，也有人將其下的Cedaria帶作為底界。
生物界 寒武紀初期地球上出現大量個體微小的原始硬殼無脊椎動物（稱為小殼動物群），幾乎所有海生無脊椎動物的各大門類都有它們的代表，例如軟舌螺、單板類、腹足類、喙殼類、腕足類和分類位置不明的棱管殼、齒形殼等，稱為“非三葉蟲時代”，即相當中國的梅樹村階（期）。其後，從筇竹寺期開始，進入“三葉蟲時代”。三葉蟲（Trilobite）屬於節肢動物甲殼類，在寒武紀繁殖最盛，其數量占生物分類總數的60～70％，其次為腕足類（Brachiopoda），占20～30％，其餘10～15％為海綿動物（Porifera）、古杯動物（Archaeocyatha）、腔腸動物（Coelenterata）、軟體動物（Mollusca）、環節動物（Annelida）、牙形石（Conodonta）、棘皮動物（Echinodermata）、筆石動物（Graptolithina）和三葉蟲除外的其他節肢動物等。植物方面，有各種藻類（如海帶）、疊層石（Strmatolite）、孢子（Spore）、疑源類（Acritarcha） 以及細菌等。全球的寒武紀可以劃分為幾個主要生物地理區。
全球進入“三葉蟲時代”之後，以三葉蟲為主的生物界有兩個發展中心：一個是亞洲、大洋洲、南極洲以萊德利基蟲（redlichiids）類（早寒武世）、德氏蟲（damesellids）類（中寒武世）和濟南蟲（tsinaniids）類（晚寒武世）為代表的東方動物群；一個是南美洲、北美洲和西歐以小油節蟲（olenellids）類（早寒武世）、兜頭蟲（paradoxids）類（中寒武世）和油節蟲（olenids）類（晚寒武世）為代表的西方動物群。這兩個動物群發展中心之間的過渡區，具有兩個動物群的混生現象。晚寒武世晚期，華北區系和北美區系均有索克蟲類（saukiids）三葉蟲的發現，說明東方與西方動物群之間的海水溝通已十分明顯。另一方面，以浮遊為主的球接子類（agnostids） 三葉蟲，在東南區系與大西洋區系中也普遍分佈；而以底棲或半遊泳為主的非球接子類的多節類（polymerid trilobites）三葉蟲，則有明顯的區別。根據古生態、沉積環境、器官機能構造、古地理條件等因素，這兩大動物群又可分為3類：①以底棲為主的、在海水動蕩、供氧充分、氣候溫暖的內陸淺海區或淺海陸棚區生活的華北區系和北美區系；②是以浮遊為主的、生活在寧靜滯流海盆或海槽區，海水較深、供氧不足、還原環境為主的東南區系和大西洋區系；③是底棲與浮遊兩類動物均有，它們生活在以上兩個類型之間的過渡區。
地史特征 寒武紀的氣候比較溫暖、幹燥，表現在：①中國西南、伊朗、西伯利亞中部和摩洛哥有巖鹽和石膏等蒸發巖。②中國北部和東北南部、巴基斯坦有紅、紫色頁巖、砂巖、食鹽與石膏假晶和具有紅紫色氧化外殼礫石的礫巖。③氣候溫暖的另一證明，可以從全球廣泛分佈的鮞狀灰巖、白雲巖和海綠石推知。④從分佈於中國長江中遊、西南、新疆中天山、黑龍江北部、西伯利亞、澳大利亞、南極、北美洲、摩洛哥、西班牙、意大利、挪威北部的古杯動物灰巖或古杯礁，也可以推知寒武紀的氣候較為溫暖。古杯動物生活的水溫被認為應不低於25℃。
寒武紀是地殼比較穩定的時期，強烈的造山運動僅見於北亞薩萊伊爾-薩彥嶺等局部地區，主要是地殼升降的造陸運動。例如中國華北和東北南部，在新元古代震旦紀時上升為陸（華北古陸），直至早寒武世後期（辛集期和昌平期）始下沉，海水上升，超覆於元古宙中期的前震旦紀地層之上。但局部的火山活動強烈，如中國甘肅中部、中亞、澳大利亞、英國、捷克和斯洛伐克等處都有大量噴發巖。
礦產 在中國南部和西北部、愛沙尼亞有早寒武世鈾礦，中國西南部和瑞典有中、晚寒武世鈾礦。中國西南、西北、華北地臺南緣和前蘇聯卡拉套有早寒武世磷礦，中國海南、新疆、青海和澳大利亞喬治娜盆地有中、晚寒武世磷礦。中國南部的江南亞區和過渡區有石煤、釩、鎳、銅、金、鈷等數十種元素的多元素礦床。中國四川、吉林和摩洛哥、伊朗、俄羅斯西伯利亞有巖鹽和石膏礦，中國河南亦有石膏礦。世界著名汞礦產於中國湘西、黔東、桂北江南亞區和過渡區的寒武紀地層中，華南有一大部分鎢礦產於珠江亞區的寒武紀復理石和類復理石地層中。這兩個礦種均產於寒武紀沉積巖，經過第二次富集作用而成的礦床。此外，湘西過渡區的寒武系中、下統中尚有鉛、鋅礦。（見彩圖）
雲南昆陽梅樹村寒武系地層剖面
寒武紀生物群示意圖
中國地質博物館供稿
參考書目
王鴻禎主編：《中國古地理圖集》，地圖出版社，北京，1985。
盧衍豪：地球發展史中無脊椎動物演化的過程，《進化論選集》（紀念達爾文逝世一百周年學術討論會論文選編），科學出版社，北京，1983。
C.H.Holland ed.，Lower Palaeozoic Rocks of the World，John Wiley &Sons，Inc.，London，1974.