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远古时期，神农架林区还是一片汪洋大海，经燕山和喜马拉雅运动逐渐提升成为多级陆地，并形成了神农架群和马槽园群等具有鲜明地方特色的地层。神农架位于我国地势第二阶梯的东部边缘，由大巴山脉东延的余脉组成中高山地貌，区内山体高大，由西南向东北逐渐降低。神农架平均海拔1700米。山峰多在1500米以上，其中海拔3000米以上的山峰有6座，海拔2500米以上山峰20多座，最高峰神农顶海拔3105.4米，成为华中第一峰，神农架因此有“华中屋脊”之称。西南部的石柱河海拔仅398米，为境内最低点，相对高差达2706.4米。