八仙洞的各洞穴都在都巒山層的火山集塊岩中,岩性堅硬,在海水侵蝕的作用下常成陡崖。集塊岩為大約數百萬年前海底火山爆發時所形成。在陸地間歇性上升的過程中,海水的侵蝕作用形成了海蝕洞,各洞穴生成的順序是由上而下形成一群大小不一的洞穴,計有靈岩、潮音、永安、乾元、海雷等十多個,愈低的洞穴愈年輕。這些洞穴大致有兩種外型,一種是直立形,另一種是橫向半圓形。
有步道通往各個海蝕洞穴,其中最大的洞穴是靈岩洞,離地面最高的是崑崙洞,高度有130公尺;其他還有乾元洞、朝宸洞、海雷洞、潮音洞、永安洞、水簾洞等。由於洞穴多被用作開闢神壇,因此洞穴名多帶有宗教色彩。
海蝕洞通常是發生在岩層中低凹或是岩層中具有節理、斷層等破裂面的地方,較軟弱的岩層發生了各種侵蝕作用。
若只有因該部分是較軟弱的岩層,形成半圓形的海蝕洞,若剛好有節理或斷層面,海蝕洞通常是狹長型。
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長濱文化:八仙洞也是一處重要史前遺址, 1968年至1970年之間,台灣大學考古人類學系的宋文薰,帶領一個考古隊在八仙洞若干的洞穴中,做過五次考古發掘。找到了新石器時代的文化層,洞穴堆積的底層發現舊石器時代先陶文化,根據考古發掘的報告,該遺址的年代在距今約3萬年至5千5百年之間,經命名為「長濱文化」。
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