乌海地区地处华北地台鄂尔多斯西缘坳陷带，桌子山-贺兰山褶断束北段。地层区划属华北地层区鄂尔多斯地层分区的桌子山-贺兰山地层小区。在漫长的地质构造演化过程中，形成了由前震旦亚界构成的地台结晶基底，部分震旦亚、古生界构成的沉积盖层，以及非常发育的褶皱、断裂构造。 据地壳演化的物质记录和现代地层学的研究，乌海地区在前元古代时期地壳活动性强烈，为地槽发展阶段，沉积了大量的海底火山喷发岩、碎屑岩及部分镁质碳酸盐岩。太古代末到早元古代，因受五台、吕梁运动影响，地槽发生回返变动，使前震旦亚界地层产生强烈褶皱并伴有花岗岩和多种岩脉侵入活动，以及复杂的区域变质、动力变质作用，从而使上述时期形成的地层岩石成了固结稳定的地台结晶基底，即由现在出露于千里山、桌子山和贺兰山北段地区的前震旦亚界千里山群变质岩系组成。自太古代末期，地壳上升为陆地，该区长期处于沉积间断，直至中元古代长城纪才重新下降，接受了以碎屑物为主的滨一浅海相沉积，即长城系西勒图群，其后又处于上升剥蚀环境。到古生代的寒武纪，地壳再次下降成海洋，沉积较厚的寒武系和奥陶系碎岩和碳酸盐岩。至中奥陶世末期，由于受加里东构造运动的影响，使地壳复而长期上升为陆地，缺失了晚奥陶世、志留纪、泥盆纪乃至早石炭世的沉积作用。从中石炭世开始，大面积地壳又有所下降，并且处于气候温和潮湿、植物茂盛时期，使中石炭世到早二叠世形成了一套广泛分布的滨海和海陆交互相含煤沉积地层。自二叠纪末期接受海陆相沉积以后，因受华力西运动影响，地壳有所抬升，使整个中、新生代本地区全为陆地，所见零星分布的三叠系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系均为河流、湖泊、山间盆地和山麓堆积相地层。其中早侏罗世时期气候温湿，植物茂盛，形成了较多的煤层。从侏罗纪末期至白垩纪末期，燕山运动在该地区表现强烈，使整个前第三纪地层发生较强的褶皱和断裂变动，形成了近南北走向的褶、断山体和隆起带，即贺兰山-桌子山脉。此后大部分地带遭受剥蚀，仅在该区西北及东南等低洼地带有第三纪的河流、湖泊相沉积。在上新世至今，又经历着喜马拉雅升降运动的影响，从而结束了第三纪的沉积，并使该地区东西向和南北断裂构造有进一步的发育和复活，黄河地堑式断陷从更新世开始形成。 【此处为插图】甘德尔山 基底构造，分布于千里山、桌子山一带，属乌拉山构造旋迥。上太古界千里山群，为一套片麻岩、混合岩和片岩组成，构造形迹主要表现为褶皱和断裂，自北向南在千里山区发育有4个短轴背斜和3个向斜构造。背斜核部地层均为四泉山组，两翼依次为察干郭勒组、千里沟组、哈布其盖组。向斜核部为哈布其盖组和千里沟组，两翼为察干郭勒组。褶皱轴走向280~310度。该区东、南、西部边缘均有较大断裂切割，使之成为四周下降，中间上升的古老断块构造区，区内有近东西、北东和北西向三组断裂发育，其规模均较小。桌子山地带发育有较紧密褶皱的一系列背、向斜构造，均由哈布其盖组构成，褶皱轴近东西走向。此外，桌子山地带近东西走向的小型断裂也较发育。盖层构造，主要由震旦亚界长城系、古生界地层组成。燕山运动使之形成轴向近南北，轴面西倾，不对称的桌子山背斜、甘德尔山背斜，卡布其向斜和查干浑迪向斜构造。沿上述褶皱构造轴向产生有一系列近南北走向的叠瓦状逆断层，断层面向西倾。另外，在五虎山以东与甘德尔山之间，因喜马拉雅运动影响，产生近南北走向断陷，呈一地势低洼的南北向槽地，黄河由南向北经此地带流过，故称黄愉地堑。该地带东西宽5?15千米。 乌海地区地层除缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、第三系古新统、第三系始新统外，其他各时代的地层均有不同程度的发育。 前震旦亚界千里山群，主要分布于千里山、桌子山一带，甘德尔山东缘也零星分布，为由浅至深变质岩系，构成了地台的结晶基底。分4个岩性组。四泉山组，主要由混合花岗岩、片麻岩、长英变粒岩、角闪透辉石岩、贫磁铁矿透镜体组成，厚度1268?1715米。察干郭勒组，由一套浅绿色片岩、方柱透辉岩、角闪透辉岩、透辉角闪岩、黑色角闪岩、磁铁矿层、透辉石大理岩组成，厚度9~104米，此岩组是千里山变质磁铁矿的主要赋存层位。千里沟组，主要由含石墨片岩、片麻岩、大理岩组成，从出露区看，具有砾状地质构造，局部地带还有条带状、条痕状、香肠状混合岩化现象，厚度3?413米。哈布其盖组，地层变质程度较深，岩性以深变质和超变质的榴石黑云斜长片麻岩、堇青矽线榴石黑云斜长片麻岩、条带状混合岩、渗透状混合岩和均质混合岩组成，厚度69?803米。 震旦亚界长城系西勒图群，主要分布于桌子山地区的西勒图等地，岩性为棕红色、灰白色石英砂岩、石英岩夹少量砂砾岩和页岩，厚度552~807米，是硅质矿产的主要赋存层位，与下伏中太古代千里山群变质岩呈不整合接触，与上覆寒武系呈平行不整合接触。 下古生界地层中有寒武系和奥陶系分布，缺失志留系。中寒武纪和早中奥陶纪时期沉积广泛，主要为一套海相砂泥质和碳酸盐建造。 寒武系，主要分布在桌子山和甘德尔山地区，千里山、老石旦和乌达西亦有小面积分布，下、中、上统地层均有发育。可划为馒头组、毛庄组、徐庄组、张夏组、崮山组、长山组、凤山组7个组，总厚266~724米。其中，下统馒头组主要为灰褐色厚层白云岩、白云质灰岩和变质石英砂岩夹灰绿色页岩等，含三叶虫化石，厚37.80米，与下伏震旦亚界长城系西勒图群呈平行不整合接触。中统毛庄组、徐庄组、张夏组主要为薄层灰岩、条带状灰岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩、瘤状灰岩、白云岩、页岩和生物碎屑灰岩，含三叶虫化石。总厚266.7~573.3米。上统崮山组、长山组、凤山组，主要为石灰岩、白云岩、鲕状灰岩、生物碎屑灰岩、竹叶状灰岩，总厚147米。 奥陶系，广泛分布于桌子山、甘德尔山一带，千里山、老石旦、乌达西地区也有零星分布，仅有下统和中统发育。下统：三道坎组，分布在桌子山、甘德尔山、老石旦、乌达以西和千里山北部，主要为浅灰色石英砂岩、白云质灰岩、白云岩互层，中下部夹生物碎屑灰岩，厚50~198米，与下伏寒武系平行不整合接触。桌子山组，分布在桌子山、甘德尔山、老石旦、乌达以西和千里山北部，上部为灰、深灰色厚层灰岩夹燧石结核灰岩，中下部为深灰色厚层灰岩夹黄色及浅褐红色斑块状灰岩，含腕足类和头足类化石，有大量的三叶虫化石，厚240~570米，该岩组沉积期海水广布，环境较稳定，沉积了厚度较大而质量较纯的浅海相碳酸盐岩。克里摩里组，分布在甘德尔山、拉僧仲，哈荣贵也有零星分布，主要为灰黑色薄层灰岩夹灰黑色页岩，富含笔石和三叶虫等动物化石，厚201.6米，属较闭塞的海湾相黑色薄层灰岩和黑色笔石页岩建造。中统：乌拉力克组，仅分布在甘德尔山南部哈图克沟、拉僧仲和公乌素北一带，分布面积较小，主要为黑色硅质页岩和砾岩，含笔石化石，厚10米以上，属原地堆积型砾岩。拉僧仲组，仅分布在拉僧仲地区和甘德尔山南部，主要为页岩、砂岩、砾岩、泥质灰岩，富含笔石、三叶虫和腕足类等化石，厚50~168.6米，属滨河一浅海海湾相沉积类地层。呼和查布其组，仅小面积分布在公乌素北呼和查布其沟，属奥陶系的最高层位，主要为砂质页岩、砾状生物灰岩、生物碎屑灰岩，含头足类、腕足类、三叶虫等化石，顶部直接被中石炭统本溪组覆盖，厚40米以上。 上古生界地层中有中、上石炭统，二叠系发育，缺失泥盆系和下石炭统。 石炭系，广泛分布在桌子山东、西麓，公乌素、雀尔沟和乌达以西地区，主要为砂质页岩、黏土岩、砂岩夹泥质灰岩和煤层，富含海百合等植物化石和瓣鳃类等动物化石。中石炭统为海退型滨海相地层，夹煤线。上石炭统为滨海沼泽相煤系地层，夹多层耐火黏土和高岭土矿。与下伏奥陶系平行不整合接触。 二叠系，分布于桌子山东、西麓，老石旦、公乌素和乌达以西地区，主要为砂岩、页岩、含砾砂岩、黏土岩、凝灰质砂页岩夹煤层。二叠纪的早期山西组为一套河流、湖泊、沼泽相含煤地层，山西组以上全部为陆相地层。 中生界地层发育较全，有三叠系、侏罗系和白垩系分布，其中以下白垩统地层分布面积较大。 三叠系，分布在桌子山东麓的乌仁都喜、哈尔呼舒一带，地层有下统、中统、上统。主要为砂岩、泥质砂岩、泥岩和砂砾岩，为陆相沉积岩，无生物化石，厚1853米，与下伏二叠系呈平行不整合接触。 侏罗系，分布在桌子山以东的乌仁都喜、千里庙至查干哈达煤矿一带，主要为砂岩、砾岩、泥岩夹煤层，含植物化石，厚904米，下统延安组为河流、湖泊相的含煤构建造，中统直罗组为陆相碎屑沉积岩，上统芬芳河组为山间盆地型陆相碎屑沉积岩，与上覆下白垩统不整合接触。 白垩系，仅有下白垩统下部地层发育，主要分布在桌子山和千里山以东地带，主要为紫红色、灰色砾岩，砂砾岩夹薄层砂岩，厚度大于421米，为山麓堆积相地层，与下伏中侏罗系安定河组不整合接触。 新生界地层不全，第三系缺失古新统和始新统，第四系更新统出露较少，全新统分布较广。 第三系，仅有渐新统和中上新统发育，主要分布在千里山西北麓一带，其次在西卓子山水泥厂、老石旦、乌达以西等地区有零星分布，为河流湖泊相沉积地层。主要为泥岩、砂质泥岩、砂岩和砂砾岩。在千里山西北一带富含哺乳类动物化石，已确定的有15属19种化石，地层总厚大于600米。 第四系，更新统主要分布于甘德尔山麓、老石旦、乌达、巴音陶亥等地区，主要为残坡积和冲洪积半胶结状粉细砂、砂砾石夹砂廣黏土、砂砾石，厚度大于180米。全新统广泛分布在黄河两岸及其他山前平原、沟谷地带。主要由残坡积、冲洪积、冲积和风积砂土、细砂、粗砂、砂砾石组成，最大厚度大于240米，洪冲积扇层有孢粉样，其孢粉组合反映了该地区的冰后森林草原向干旱荒漠草原过渡时期，由湿凉过渡到干热的气候环境。