兖州区境大地构造属鲁西断块隆起（Ⅲ级）兖州断凸（Ⅳ级）单元，其边界东部为峄山断裂，西部为孙氏店断裂，北部为汶泗断裂，南部为凫山断裂。兖州是其中一部分。基底为泰山群变质岩系。基底之上发育古生代、中生代及新生代地层。其中晚古生代地层中赋存丰富的工业煤层，是国家煤炭资源的重要基地。境内构造运动塑了形态各异的构造地形，大致为断裂构造、褶皱构造两个类型。境内各界地层均有发育，从老到新为早古生代地层、古生界地层、中生界地层、新生界地层。在早古生代，境域处于缓慢下降状态，有大规模的海侵，沉积了巨厚的浅海砂页岩、碳酸岩类岩层。古生界奥陶系岩石主要为浅灰色、灰色厚层状灰岩、结晶灰岩、豹皮状灰岩；石炭系岩石主要为灰白色粉砂岩、粘土岩、页岩和薄层灰岩，夹数层煤；二迭系岩石主要为灰白色、深灰色砂岩和杂色泥岩及褐色页岩，富含植物化石。中生界侏罗系岩石主要为褐色砂岩、砾岩及杂色泥岩、砂砾岩。新生界由第三系和第四系地层构成。第三系为砂岩、粘砂岩、泥岩；第四系地层则为松散岩类地层，由汶泗冲洪积物组成。西部为汶河冲洪积扇，东部为泗河冲洪积扇，两个冲洪积扇的迭交带位于前邴—大安—天齐庙一带。

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