一、地层
鄂尔多斯盆地地层系统见表2-1。工作区露头剖面见图2-6。图2-7为下古生界地层综合柱状图（据李克勤，1992）。
1.中元古界长城系及蓟县系
长城系为陆相、滨海相沉积。贺兰山一带为黄旗口组，与新太古界桑干群呈不整合接触关系。底部厚150m，由杂色石英岩状砂岩夹杂色板岩组成；上部灰色、灰黑色板岩与燧石条带白云质灰岩，夹石英砂岩，厚13～200m，灰岩含Leiopsophosphaera sp.（光球藻未定种）和Leiominuscula sp.（光面小球藻未定种）。桌子山地区，该组下部为石英砂岩夹泥岩，有2m多底砾岩，发育斜层理及波痕，底界与千里山群呈不整合接触关系，上部为石英砂岩夹石英岩状砂岩，发育波痕，厚338m。东部称“汉高山砂岩”及“霍山砂岩”，前者厚达350m，向北向南变薄，岩性为石英砂岩、石英岩状砂岩夹安山岩及紫色页岩，具底砾岩，底界为不整合。南部厚度大，5557～8000余米，由碎屑岩及火山岩组成，底界为假整合。
蓟县系为该盆地第一次海侵沉积。贺兰山－青龙山一带称王全口组，由各种白云岩组成，含燧石团块，夹少量砂岩及页岩。含Conophyton wangquangouense（王全沟锥叠层石），Conophyton garganicus（加尔加诺锥叠层石），Minjariasp.（米雅尔叠层石），Colonnella sp.（圆柱叠层石），Tielingellasp.（铁岭叠层石）等，厚数十至数百米，总体向南变厚。南部厚845.2～1706.2m，以白云岩为主。南部QSH 1井主要为粉砂岩，夹泥岩、白云岩及喷发岩，厚仅310.5m。
2.新元古界震旦系
新元古界仅发育震旦系罗圈组，盆地缺失中元古界青白口系及新元古界震旦系下统地层。罗圈组仅分布于西、南边缘。贺兰山一带称正目观组，下部为杂色泥砾岩与浅灰色、灰色块状砾岩，上部为砂质页岩和板岩，均属冰渍泥砾岩性质。
中新元古界地层变化总趋势是南缘、西缘较厚，向东、北变薄直至缺失。
3.下古生界
盆地在早古生代，形成了秦、祁、贺兰三叉裂谷系，海水至裂谷侵入，接受了第二次海侵沉积。海水自南、西入侵，中寒武世达到高潮，地层向北东超覆。
（1）寒武系：下寒武统（猴家山组、馒头组和毛庄组）由灰白色钙质长石粉砂岩、含磷砂岩、白云岩组成，底部为磷块岩，含Bergeroniellns sp.（鲍格朗氏虫），西厚南薄，厚5～178m。
馒头组分布于西部和南部。陇县一带下部为白云岩，中上部夹石英砂岩，上部为紫红、紫灰色灰岩，厚76m。歧山一带以白云岩为主，厚112m。YCAN 1井为灰岩、鲕粒灰岩、白云岩，上部夹杂色泥页岩。贺兰山为灰质白云岩、钙质页岩及石英岩状砂岩，厚42～82m。
表2-1 鄂尔多斯盆地地层系统简表（据李克勤，1992）
图2-6 工作区露头剖面
剖面位置：1—大佘太；2—五虎山；3—桌子山－老石旦东山；4—桌子山青年农场；5—桌子山拉什仲；6—桌子山公乌素；7—桌子山蛇山；8—桌子山呼查布其；9—胡基台；10—樱桃沟；11—中梁子；12—强岗岭；13—大南池；14—山字沟；15—榆树沟；16—清水河－刘家窑；17—校育川
毛庄组属于下统还是中统目前仍无定论，本文暂放于下统。毛庄组在陇县一带，下部为杂色白云岩及石英细粉砂岩，上部为紫红色钙质页岩夹生物屑灰岩、泥灰岩及鲕粒灰岩，厚约77m。庆阳一带厚63～77m，由杂色碎屑岩夹碳酸盐岩组成。东部为紫红色页岩夹厚层灰岩。
中寒武统（徐庄组及张夏组）：徐庄组在盆地南部陇县－固原一带厚132～161m，下部为紫色页岩夹灰岩，上部为灰色灰岩。歧山一带为页岩夹碳酸盐岩，厚219m。东部南厚北薄，南细北粗，北为杂色粉砂岩、粉砂质泥岩夹页岩，约40m厚；南为杂色页岩与灰色灰岩互层，厚100m。
张夏组为海侵最大期的沉积。南部为浅灰至深灰色白云岩，厚200～349m。西部贺兰山、桌子山地区为竹叶状灰岩、鲕粒灰岩与页岩不等厚互层，厚248～259m。
上寒武统：灰色粉细晶白云岩、泥质白云岩夹竹叶状白云岩，厚约100m。在苏峪口凤山组含三叶虫：Paracalvinella cylindrica，腕足：Plectotrophia helanshanensis；长山组见三叶虫Chuangia sp.；崮山组含三叶虫Cyclolorenzella sp.。南缘具凤山组顶部地层。西缘贺兰山、桌子山一带地层中仅发现崮山组化石。
从整个寒武系看，中统最厚，上统及下统薄。横向上西缘苏峪口最大，次为青龙山。从岩性上看，上统白云岩发育，下统与徐庄组以泥岩为主，张夏组以竹叶状灰岩、鲕粒灰岩为主。
（2）奥陶系：寒武纪末加里东运动使盆地西部抬升、东部沉降，故早奥陶世早期海水由东入侵，晚期东部抬升而西部沉降。海侵自冶里—亮甲山期始，早马家沟期扩大，晚马家沟期达到高潮。
图2-7 鄂尔多斯盆地中、新元古界—下古生界地层综合柱状图
（据李克勤，1992）
续图2-7 鄂尔多斯盆地中、新元古界—下古生界地层综合柱状图
（据李克勤，1992）
1—页岩；2—灰岩；3—粉砂质泥岩；4—凝灰岩；5—骨屑灰岩；6—豹皮状灰岩；7—白云质灰岩；8—白云岩；9—燧石条带；10—竹叶状灰岩；11—泥质灰岩；12—砂岩；13—燧石团块；14—石英岩状砂岩；15—结晶灰岩
冶里组和亮甲山组：冶里组仅分布于盆地的东南缘。东缘由灰、浅灰、灰黄色白云岩组成，南厚北薄，厚66～72m。南缘为灰、灰黄色白云岩组成，厚77～112m。其与上寒武统地层为整合接触。
亮甲山组分布范围同冶里组。由富含燧石条带及团块的白云岩组成，因受怀远运动影响遭受到不同程度剥蚀。厚度南缘120m左右，东缘32～110m。
下奥陶统上部马家沟组：马家沟组分为下马家沟组和上马家沟组（包括峰峰组）。下马家沟组的分布范围较冶里、亮甲山组广泛得多，除乌兰格尔凸起外，都有厚度不等的沉积。盆地东缘下部岩性为灰、黄灰色薄层状粉晶白云岩、泥晶白云岩、白云质页岩互层沉积，底部夹数层砾岩，其层位岩性可与徐淮地区的“贾王页岩对比；上部为深灰色白云岩夹灰岩。偏关、清水河一带，本组底部产三叶虫：Eoisotelus orientalis（东方古等称虫）和Megalaspidella sp.（小边大壳虫），它们为华北地区下马家沟组底部常见的化石。南部厚度一般不超过100m。泾河剖面本组顶部产丰富的牙形刺Tangshanodus tangshanensis（唐山唐山刺），可与华北地区直接对比。西部下马沟组底部自北向南超覆缺失，厚度变小。桌子山地区厚约451m，分为下部的三道坎组和上部的桌子山组。三道坎组为灰白、紫红色砂岩、白云质砂岩与砂质白云岩、白云岩互层，夹灰色白云岩和豹斑状灰岩。桌子山组为浅灰色泥晶藻屑灰岩，夹含泥灰岩及少量亮晶颗粒灰岩。三道坎组不整合于上寒武统崮山组之上。横山堡、天池一带下马家沟组厚308～413m，青龙山一带厚355m，平凉、陇县一带厚115～138m岩性均以灰岩为主。近底部产三叶虫：Eoisotelus sp.（古等称虫未定种），Pseudoasaphus sp.（假栉虫未定种）等，以及头足类Parakogenoceras sp.（拟高原角石未定种），可与桌子山地区三道坎组地层相对比；上部产头足类Wutinoceras sp.（五顶角石未定种），以及三叶虫：Asaphus sp.（栉虫未定种），Pliomerina sp.（小多股虫未定种），Ba-siliella sp.（小帝王虫亚属）等，可与桌子山组对比。上述化石均可与华北的下马家沟组相对比。
下奥陶统上部地层，盆内与边缘发育程度及沉积类型有一定差异。东缘发育上马家沟组，岩性下部为灰、黄灰色中至薄层泥晶、粉晶白云岩与薄板状、叶片状泥质白云岩互层，夹同生角砾状白云岩，块状泥至粉晶白云质灰岩；中部为深色厚层块状白云岩，夹薄叶片状粉细晶白云岩及少量燧石条带及团块；上部为深灰、灰色块状粉晶、泥晶白云岩与灰色薄至中层状泥至粉晶白云岩、泥质白云岩、泥灰岩互层，顶部夹有泥岩和块状灰岩，厚210～309m。偏关地区具有化石：Armenoceras manchurensi（满洲阿门角石），A.ressseri（雷氏阿门角石），A.couling（考灵氏阿门角石）等，均为华北地区上马家沟组的常见化石。桌子山地区称为克里摩里组，岩性为黑灰色薄层泥晶灰岩夹黑色泥页岩，含笔石带：Pterograptus elegans（精美翼笔石带）和Amplexograptus confertus（紧密围笔石带）。这两个带是华南宁国组最上部笔石带的同名带，故其时代应为宁国晚期。在庆阳古隆起的QSH 1井和QSH 2井，本组分别厚76m和55m，岩性为灰色粉晶白云岩、浅灰色石膏白云岩及白云岩，在QSH1井奥陶系顶面以下4m处发现牙形刺：Cordylodus sp.（肿齿刺未定种），Cyrtoniodus complicatus（复杂弓齿刺）。后者曾见于偏关、清水河及陇县。上马家沟组的下部，与下覆寒武统呈假整合接触，顶覆以含䗴科化石的上石炭统太原组。西部南段陇县、平凉、环县一带称为三道沟组，岩性为灰色厚层状泥晶灰岩、钙藻灰岩夹少量砂屑灰岩，厚134～383m。近年在平凉、陇县三道沟石灰岩的上部发现中统最底部的牙形刺化石Py-godus serrus（锯臀刺）及Glyptograptus teretiusculus（圆滑雕笔石）带的重要分子Glyptograptus cf.siccatus（干燥笔石）等，说明三道沟组石灰岩上部应属中奥陶统。
南缘地区下奥陶统上部厚552～744m，可划分为上马家沟组、峰峰组与石马坪组。前二者与华北地区相应地层的岩性相似，所含牙形类亦可与华北地区上马家沟组及峰峰组的牙形类动物群直接对比。顶部的石马坪组为一套厚300～500m的深灰色块状厚层白云岩、藻白云岩。该组所含牙形类动物群与峰峰组相近。
下奥陶统马家沟组的沉积厚度仍向西南缘明显增大，由500m增大至1000～2000m，榆林－米脂地区厚600～900m，庆阳古隆起仅100m。
中奥陶统平凉组：仅分布于盆地的西部及南部边缘地带，为笔石页岩相沉积，包括5个笔石带：
V.Climacograptus geniculutus（漆状珊笔石带）；
Ⅳ.Amplexograptus gansuensis（甘肃围笔石带）；
Ⅲ.C.peltifer（盾型珊笔石带）；
Ⅱ.Nemagraptus gracilis（纤细丝笔石带）；
Ⅰ.Glyptograptus teretiusculus（圆滑雕笔石带）。
上述笔石带可与西段整个中奥陶统的标准化石带对比，其下部相当于华南胡乐阶或华中的庙坡组，第Ⅳ、V两个笔石带则分别相当于祁连山区的天祝组和斯家沟组，厚650～1072m。靠近盆地本组厚度变薄，龙门洞剖面厚仅132m。岩性为黑蓝绿色钙质页岩夹泥质灰岩及角砾岩，其中5个笔石带发育齐全。顶界与上奥陶统背锅山组呈假整合接触。宁夏大小罗山一带岩性为变质砂岩，厚达1058m，未见顶、底地层。桌子山一带的中奥陶统自上而下分为乌拉力克组、拉什仲组、公乌素组及蛇山组。乌拉力克组为黄绿色页岩，厚33m。拉什仲组灰绿色泥岩与粉砂岩互层，厚288m。公乌素组为黄绿色页岩、泥灰岩、泥粉晶灰岩、薄层粉砂岩互层，厚度大于84m。以上三组地层分别属Glyptograptusteretiusculus（圆滑雕笔石带）、Nemagraptus gracilis（纤细丝笔世带），可与南段平凉组对比。蛇山组下部为黄绿色灰质页岩夹含棘皮碎屑的鲕粒灰岩；上部为灰黄色含砾生物碎屑、鲕粒亮晶白云化灰岩夹黄绿色页岩，厚11m，与上覆下石炭统本溪组呈假整合接触。桌子山一带中奥陶统厚383m，向西急剧增厚，至贺兰山麓胡家台一带厚度大于2055m。中奥陶统的沉积厚度由盆地边缘向西、南方向明显增厚，由200m增加到800m甚至2000m。
上奥陶统背锅山组：仅分布于鄂尔多斯盆地边缘的泾阳、陇县、固原及大青山、乌拉特前旗一带。陇县地区岩性为浅灰色及玫瑰红色块状砾屑灰岩、泥粉晶灰岩及钙藻灰岩、生物碎屑灰岩及少许页岩，厚439m。固原王洼厚126m，北部大佘太厚29m。其岩性相似，均含丰富的珊瑚、三叶虫、腕足类化石。其中珊瑚有：Favistella（蜂房星珊瑚）及Plasmoporella（似网膜珊瑚），是青海门源上奥陶统扣门子组上部的重要分子。腕足类有：Sowerbyella（小苏维伯贝），Zygospira（扼螺贝属），也是甘肃北门地区上奥陶统锡林柯鄂博组下灰岩段中的重要分子，岩性也与以上两个地区相似。
图2-4和图2-11明显反映了盆地中央古隆起的存在。下奥陶统在QSH1、QSH2井厚度明显变薄，且缺失中奥陶统，在其两侧岩性也有变化，其东部盐膏发育，厚度也由靖边SHCAN1井马家沟组的600余米向东之YU9井（米脂县以东）增厚至900m。
志留系地层缺失。
4.上古生界—中、新生界
鄂尔多斯盆地上古生界—中、新生界地层已超出本文研究范畴，不再详述。