3.二叠系(P)
(1)下统(P1)
二叠系下统由山西组和下石盒子组组成。
山西组(P1S)
本区东北部，该组主要分布在府谷及其以北的柳林碛海子湾至黄甫川一带。岩性主要为灰黑、灰色泥岩、页岩、砂质页岩，夹煤线、可采煤层及灰白色砂岩，普遍含菱铁矿扁豆体，含植物化石，属湖泊沼泽相沉积，厚81米。
本区南部，该组主要出露在铜川一带，是铜川一带重要的含煤岩系之一。为陆相沼泽沉积，主要为灰、褐灰色砂岩、煤线及煤层，偶夹粘土岩，普遍含菱铁矿结核，产丰富的植物化石，厚度约30米，从南向北，山西组沉积物的颗粒有逐渐变细的趋势。
下石盆子组(P1sh)
本区东北部，该组的分布范围大体与山西组一致。岩性主要为黄绿、灰绿色块状砂岩、含砾石砂岩，与暗紫棕、黄绿、蓝绿、蓝灰色块状砂质泥岩、粉砂质泥岩、泥岩不等厚互层，属河流相沉积，含植物化石。厚77.5米。
本区南部的铜川、耀县、永寿等地，该组呈条带状出露，为纯陆相之灰、黄绿色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，局部有紫杂色泥质岩，中下部夹黑色泥岩、粘土岩及煤线，富含植物化石。在铜川漆水河一带，该组厚24米。
(2)上统(P2)
二叠系上统由上石盆子组和石千峰组构成。
上石盆子组(P2sh)
本区东北部，该组在府谷以北和吴堡附近的黄河两岸呈条带状出露，下部为黄灰、灰绿色厚层至块状含砾石细～中粒砂岩与杂色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩成不等厚互层；中部为褐紫色块状泥岩、砂质泥岩，夹紫色厚层至块状含砾石中粒砂岩及煤线，上部为紫红，褐紫色厚层至块状泥岩，与灰白、灰绿色层至块状含砾石砂岩互层。属河流相沉积。在府谷一带厚268米。
本区南部该组大体紧邻下石盒子组北缘呈带状分布。属于干燥氧化环境下河湖相杂色碎屑岩沉积，以紫杂色、黄绿、灰绿色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩互层为主，夹厚层、透镜状中、细砂岩及含砾砂岩，偶夹黑色页岩，泥岩中富含植物化石。铜川漆水河一带厚198米。
石千峰组(P2S)
本区东北部，该组在府谷、吴堡等地沿黄河两岸呈南北条带出露，岩性可分为上、下两个部分。下部为浅灰绿、蓝绿或紫红色的厚层至块状中至细粒富长石砂岩、长石砂岩、长石质砂岩，夹暗紫、紫红色粉砂质泥岩，主要为河流相沉积；上部为鲜红、紫红、棕红色粉砂质泥岩、泥岩、含粉砂质页岩，夹浅灰、灰绿、灰紫色中一厚层细砂岩，灰质结核层及薄层石膏，可能为河、湖相沉积。厚184～196米。
本区南部，石千峰组厚度增大，其岩性与本区东北部出露的石千峰组相似，也分上、下两个部分，自组成一个下粗上细的旋回。下部以黄绿色、灰绿色、紫灰色、暗紫色细粒砂岩为主，与暗紫红色粉砂质泥岩、灰绿色泥质粉砂地岩互层，含瓣鳃及叶肢介与植物化石；上部为棕红、紫红、暗紫红色粉砂质页岩，黄绿、灰绿或蓝灰色泥岩为主，夹浅灰绿、紫红色细砂岩及泥灰岩，砂质页岩，含灰质结核，含软体、叶肢介及腕足等化石。在耀县石川河一带，该组的厚度达313米。
(二)中生界(M2)
1.三叠系(T)
(1)下统(T1)
三叠系下统由刘家沟组与和尚沟组组成。
刘家沟组(T1e)
本区东北部，该组出露于吴堡、府谷等地。岩性以灰紫、紫灰、灰白色块状交错层砂岩为主，夹砾岩及棕红、紫红色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩等。厚381米。
本区南部的铜川、耀县、淳化、永寿、以及黄龙等地，该组均有出露。为紫红、浅紫红、灰紫色中厚层交错层细砂岩，夹粉砂岩、泥质粉砂岩与棕红、暗紫红、紫红色含粉砂质页岩、泥岩及同生中一细砾岩。泥岩中普遍含有泥灰质结核，偶含铁质结核。在耀县石川河该组厚160米。
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