固原市在地層上處于華北地層和祁連地層區內,兩區以龍首~六盤深斷裂為界。華北地層區的次級單元為陜甘寧盆緣分區,彭陽縣和涇源縣、原州區的部分地區位于該分區的平涼小區內。其余大部分地區位于河西走廊~六盤山分區的六盤山小區和北祁連分區的靖遠~西吉小區內。平涼小區內地層分布特點是:下元古界、寒武系、奧陶系、石炭系至侏羅系均很發育,但因黃土大面積掩蓋,僅零星見于殘山或溝谷中;下白堊統廣泛分布,厚度較大;新生界較發育,遍布全市。六盤山小區地層發育極不完全,缺失古生界、三疊系、侏羅系、上白堊統和古新統。下元古界零星分布。早白堊世接受了巨厚的河湖相碎屑巖沉積,砂巖中具銅礦化。靖遠~西吉小區出露老地層為下元古界,古生界只有中~下泥盆統;新生界分布廣,缺失古新統。大部分地區為第四系黃土覆蓋,構成黃土丘陵。
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