1986년 강원도 기념물로 지정되었다가 2000년에 천연기념물 '태백 장성 오르도비스기 화석산지'로 승격 지정되었다. 태백시 장성동의 뒷산 능선부에 분포하는 직운산층의 회색 셰일내에서는 많은 종류의 무척추동물 화석이 풍부하게 산출된다.
이들 화석은 크게 삼엽충 · 완족류 · 필석류 · 두족류 · 복족류 · 개형충 등으로 분류된다. 태백지역의 직운산층에서 산출되는 다양하고 풍부한 화석은 우리 나라의 전기 고생대의 고환경, 지각 진화, 그리고 동북 아시아의 지각 진화 연구에 매우 중요하다.
이에 따라 우리 나라 지구과학자들과 학생들 뿐만 아니라 세계 여러 나라의 많은 지구과학자들이 이 지역의 화석 산지를 자주 방문하고 있다. 일본인 고바야시(小林貞一)는 태백 지역의 직운산 셰일에서 산출되는 화석들에 대한 연구를 수행하고, 이들 화석을 삼엽충 15종, 완족류 3종, 두족류 47종, 필석류 2종, 복족류 5종, 이매패 13종, 개형충 1종, 그리고 1종의 극피동물로 분류하여 기재하였다.
이동찬(李東贊)과 최덕근(崔德根)은 나팔고개 부근의 직운산층에서 산출되는 삼엽충에 관한 자세한 연구를 실시하고 이들 삼엽충을 크게 4속 5종으로 정리하였다. 이들에 따르면 직운산층은 하부, 중부 및 상부 층원으로 구분되며, 중부 층원에서 화석이 가장 풍부하게 산출된다. 최근 유철수(尹哲洙)는 태백지역의 직운산층의 두족류에 대한 체계적인 고생물학적인 연구를 수행하고 이들을 22속 52종으로 분류, 기재하였다.
이 밖에 태백 · 장성의 삼엽충 산지의 직운산층과 동일 층준으로 동일한 종류의 많은 화석이 산출되는 지점은 나팔고개 삼엽충 산지, 구문소 학습장 화석 산지, 만항재 삼엽충 산지, 삼척시 가곡면 자연휴양림지역 등 여러 곳이 있다. 천연기념물 화석 산지에서 산출되는 화석은 ① 삼엽충 ② 두족류 ③ 필석류 ④ 완족류 ⑤ 복족류 ⑥ 개형충 등이다.