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古生代第二个纪，约开始于5亿年前，结束于4.4亿年前。在此期间形成的地层称奥陶系，位于寒武系之上，志留系之下。奥陶纪以海生无脊椎动物占绝对优势。由于浅海广布和气候条件适合，海生无脊椎动物进一步繁盛，生态分异更为显著。在浅海海域，滋生着底栖的牙形石，牙形石是一类已经绝灭的海生动物的骨骼或器官所形成的微小化石。外形很像某些鱼类的牙齿或环节动物的颚器，故名牙形石，也有人称为牙形刺。牙形石个体微小，一般为0.3～2.0毫米。形态多样，或简单，或复杂，主要由薄片状的磷酸钙组成，多呈灰色、琥珀色或黑色，透明或不透明。未经变质的牙形石一般呈琥珀光泽，浅褐黄、灰白色，透明或不透明。其主要化学成分是磷酸钙，由磷灰石类矿物呈纤维状或薄片状排列而成。牙形石的生物分类位置至今仍未确定。牙形石分布甚广，但仅限于海相沉积物。从寒武纪开始出现，以后几经盛衰，绝灭于三叠纪。牙形石演化十分迅速，为标准化石，用于地层的划分和对比，尤其是井下地层的划分对比起着重要的作用。牙形石虽个体微小，但数量众多，特征明显，演化迅速，始于寒武纪，止于三叠纪，广泛分布于世界各地的海相沉积中，是重要的微体化石之一。
在世界各地，科学家从自寒武纪到三叠纪的各种海相地层中发现了大量的微小化石，它们的形状很象各种各样的牙齿，可是由于无法与已知的任何动物的牙齿联系起来，以至于科学家至今无法判断出这类动物的分类学归属。科学家只好把它们归在一起命名为“牙形石”，并认为它们是一类已经绝灭了的海生动物的某种器官。
牙形石的形态变化多样，大致有单锥状、齿棒状、齿片状和平台状等等。科学家就相应地把它们分为3大类：单锥型、复合型，包括齿棒状的牙形石和齿片状的牙形石和平台型。
牙形石的化学成分主要是磷酸钙，一般不溶于弱酸。从地层中发掘出来的牙形石往往呈琥珀褐色，但是随着温度的升高其颜色由琥珀褐色变为黑色到浅灰色，透明或不透明，变质后质地也变得很脆。
牙形石在与头足类化石和鱼类化石碎片共存的地层中含量丰富，在含有小腕足类、双壳类、腹足类、三叶虫、海百合茎以及笔石的岩层中也有一定的含量，但是在含有层孔虫、礁状珊瑚、大腕足类和介形类的灰岩里则含量较少。
大约在2.08亿年前，三叠纪与侏罗纪之交的生物大都绝灭。牙形石类全部灭绝。