海南地区地层属西北区域地层表所划分的华北地层区陕甘宁边缘分区的贺兰山小区。华北地层区除上奥陶统和志留系、泥盆系、石炭系下石炭统缺失外，其余各时代地层均有发育。特殊的是，侏罗系缺失，沉积很薄的三叠系和白垩系地层在频繁的不均匀升降中，被剥蚀殆尽。 太古界由中深变质岩组成。上部为斜长片麻岩，中部为含石墨石英片岩，下部为角闪斜长片麻岩。零星分布在桌子山和甘德尔山一带。 元古界主要是紫红色细、粗粒石英砂岩。中部有5~6米厚的砾岩层，下部砂岩含铁锰质结核。分布于桌子山和甘德尔山一带。 寒武系主要由浅灰色石英砂岩和薄层白云质灰岩、灰色鲕状灰岩、竹叶状灰岩及灰绿色页岩组成。含大量三叶虫化石。分布于桌子山和甘德尔山一带。 奥陶系主要由厚层灰岩组成。含有部分白云质灰岩和黑色页岩，中部有薄层砾岩。含腕足类和头足类动物化石，尤以笔石为多。广泛分布于桌子山和甘德尔山一带。 【此页为插图页】海南区新貌 石炭系由灰黑色砂质页岩、细砂岩、黏土页岩组成。上统的太原组含数层可采煤层的煤层间夹耐火黏土和铝土矿，是海南地区主要煤系地层。含腕足类和淡水瓣腮类动物化石及羊齿类、楔叶类植物化石。分布于海南地区的拉僧仲、老石旦和公乌素等大部分地区。 二叠系是海南地区发育最完整的地层，由灰白色砂岩和深灰、灰绿色页岩组成。地层总厚度达800余米。含羊齿类和鳞木植物化石。下统的山西组含数层可采煤层，是该地区的另一个主要煤系地层。在拉僧仲、老石旦和公乌素等地区广泛分布。 第三系由灰白、红色砂砾岩、砂岩、棕红色泥岩和黏土组成。局部泥岩中含石膏。全系地层厚度6~255米。主要分布在老石旦和水泥厂一带。 第四系下部为灰白、红色砂砾石，夹薄层黏土。上部为黄棕色细砂、砾石和黏土，还有淡黄色风积沙。广泛分布于桌子山沟谷和山前平地一带。 海南区属大地构造活动频发地区，各个时代的地层都不同程度地受到挤压和破坏。特别是燕山运动在该地区活动甚为强烈，主要表现为受东西向强压应力作用，形成了近南北走向的褶皱隆起带。桌子山和甘德尔山逐渐隆起，褶皱成山。这是海南地区大地构造的基本框架。