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地层系统 
    商州境内地层除奥陶、志留系外,从元古界至第四系均有出露。
    元古界 分布于商州腹部地区及北部边缘地带。以中酸—中基性火山岩为主,间夹硅质硫酸岩、变质石英砂炭、片岩、砾岩等,为商州有色金属矿藏的主要赋存层位。
    古生界 主要分布在南部地槽区及北部台缘区的石门凹陷。其地层自老而新依次为:寒武系分布于北端,为一套厚度很大的沉积碳酸盐建造,是大理石矿的主要赋存地层;泥盆、石炭系分布于境内南部。泥盆系以泥沙质碎屑沉积为主,夹有碳酸岩盐的次复理式建造。石炭系仅见下统,主要为砂岩、页岩、结晶灰岩,层部夹劣质煤层;二迭系见于熊耳山、大荆、韩峪川及北部丘陵地带,都是零散露头,为砂岩、页岩、泥炭岩的组成,局部夹有煤层和赤铁矿。
    中生界 三迭系分布在看山寺—大河面一带断陷带内,岩性为砂岩、页岩、炭质板岩及中酸性凝灰岩,局部夹有劣质煤线;侏罗—白垩系,分布于金陵寺至大赵峪一带,以砂砾岩为主夹灰岩、炭质页岩及煤线。 
    新生界 第三系为红色砂砾岩,主要分布于大荆、李庙、腰市、郭村以及城区沿丹江两岸至夜村一带。第四系为亚粘土、砂砾层所组成。 
   区域地质构造 
    商州地跨两个在地质构造单元。由铁炉子向东至马角一线,北部属华北准地台西南缘的商渭台缘褶皱带,南部属秦祁地槽东秦岭褶皱系的加里东和华里西褶皱带。 
    加里东褶皱皱带 
    位于铁炉子—马角一线以南,杨斜—商南复活断裂以北,主要为蓟县系的宽坪组和青白系的陶湾组地层分布区,区域变质程度很深,褶皱、断裂构造复杂,构造线呈北西西—南东东方向展布。
    褶皱 这一区域为一复式背斜,由3个次级构造组成,即蟠龙山背斜、板桥向斜和蟠河背斜。由于断裂构造的破坏,不仅使褶皱构造失去完整性,而且导至复背斜南北两翼形成商州、洛南凹陷盆地。 
    断裂 境内主要断裂有4条。蓝桥—三要复活断裂,属正断层,倾角58—80度,破碎带宽30—200米,切穿了震旦—第三系地层,西段有铁炉子热液多金属矿床形成;金陵寺—三条岭复活断裂,属向北倾斜的逆断层,倾角20—80度,切穿了震旦—白垩系地层,控制了商州切穿了震旦—商濯中生代断陷盆地的形成;商州—高耀复活断裂,为一正断层,倾向北,倾角80度,破碎带宽50—100米,错断了震旦系—第三系地层,控制了商州—商耀中生代断凹盆地的形成;金陵寺—大庙沟断裂,属正断层,倾向西南,倾角75度,破碎带宽10—50米,基本控制了中生代商州盆地的形成。
    华里西褶皱皱带 
    位于杨斜—商南复活断裂以南,为泥盆—石灰系地层分布区,并以复理式沉积为特征。在境内的为凤凰寨复向斜北翼,向斜核心部位为下石炭统二峪河组,翼部依次出露泥岔系下东沟组、青石垭组、池沟组、刘岭组地层。本褶皱带内的断裂构造主要为杨斜—商南复活断裂,呈北西西、南东东向延伸,为正断层,倾角70—80度。切穿震旦—第三系地层,破碎带宽50—200米。这一断裂带规模大,形成早。

山川大势

商州地貌是东秦岭山地地貌的组成部分,是一个结构复杂的以中、低山体的土石山区,地势西北高、东南低。全区最高点秦王山海拔2087米,最低处两岔口刘一村南湾海拔543米,相对高差1544米。

境内主要山系,西北有秦岭主脊通过,北有蟒岭横亘,南有流岭逶迤,中有熊耳雄踞,构成了北、西、南三面高崇,向丹江河谷倾斜的趋势。登高远眺,由丹江河谷向两侧山脊地貌呈层状起伏。

山岭交错、千沟万壑的地貌形态与地质构造和岩性有着密切的关系。北部及西部是比较古老而坚硬的岩层地区,山势巍峨陡峻,不少地方出现悬崖峭壁;南部是质坚而脆的岩层地区,节理发育,地势突兀。黑山、北宽坪等地是花岗岩分布区,流沙严重,山势浑圆,关若馒头。丹江沿岸和大荆、腰市两处凹陷盆地分布的杂色砂砾岩,为丘陵地带,山势低矮和缓,岩石风化强烈,水土流失比较严重。丹江及主要支流南秦河、大荆河、腰市河沿岸为河流堆积区,地面平坦,地势开阔,土地肥沃,为传统的主要农耕地区之一。

沟大、沟多、沟深、石多、土薄的岭谷地貌,使商州农耕地分布零散,低产田多,农田水利基本建设难度大,给发展农业生产带来困难。但山大、山多亦为发展林、牧业提供了有利的条件。

地貌分区

河谷川塬地貌区:分布于丹江及其主要支流两岸,包括陈塬以东至孝义,以及杨峪河、大荆、腰市、李庙等地的川道和两侧坡塬。海拔900米以下,相对高程小于100米。川区地面平坦,以小于5度的坡度向河床倾斜,坡塬坡度一般不小于10度。地势开阔,土层较厚,土质肥沃,水利条件较好,是基本农田集中分布的农业区。其成因是流水侵蚀—堆积作用。它本身又发育成滩地、河谷阶地及河谷坡地3个小地貌区。在水土流失方面,两岸谷坡表现为侧蚀,谷底为卵石、沙及淤泥土堆积,该区分布面积为588.6平方公里,占全区总面积的22.4%。

低山丘陵地貌区:低山丘陵为复合地貌类型,低山大致成马蹄状分布,丘陵为侵蚀切割而成,成为低山的下沿部分,主体位于境内北部和东北部及中部的广大地区,包括板桥、洪门河、麻街、北宽坪、黑龙口等乡的全部及腰市、李庙、西荆、龙王庙、三岔河、麻池河乡的大部或部分地区。总面积1211.8平方公里,点全市总面积的45.96%。海拔800-1200米,相对高程100-300米。沟谷底部比较开阔平缓,有分选均匀的砂、砾分布,两岸至坡脚有波积与洪积物组成的不小片耕地,是山区耕作的基本基本农田。谷坡上缓下陡,缓坡段在25度以下,有波积物发育而成的石碴土,现多被垦殖耕种。沟垴汇水盆地和洼槽也是山坡地的分布地段。由于荒岩破碎,风化强烈,加之坡较陡,植被少,水土碎石流失较为严重。花岗岩区因风化流沙致土壤沙化。低山丘陵分为两大片,一片是由金陵寺往东南到两岔口,另一片是西荆、大荆、腰市向东至郭村。海拔750-1200米,相对高度100-300米。坡度较缓,一般在25度以下,由第三系红色岩层和侏罗—白垩系地层组成。丘陵区沟谷开敞,谷底平缓,两岸分布着塬状或条带状农田。此类地貌区植被稀少,基岩裸露,沟壑发育,水土流失严重,上冲下淤,沟床变浅,不少地方形成地上河,且洪水垮坝现象时有发生,川台地遭水冲沙压大受其害,丘陵地区坡地多,有坡梁地、坡腰地、坡脚地之分。坡梁地较平展,土层厚薄不一,边缘部分片状侵蚀强烈,易旱。坡腰地水、土、肥流失严重。坡脚地土层较厚且肥沃,但滑溜现象多。

中高山地区:分布于境内西北部和西部秦岭南翼,西南部和南部的流岭,东北部的蟒岭,包括牧护关、砚池河、闫村、上官坊、黑山、北宽坪的全部和三岔河、刘湾、沙河子、龙王庙等乡的大部或部分地区。总面积837.04平方公里,占全市总面积的31.64%,海拔1200-2000米,相对高500-1000米。地表岩层为花岗岩、古老的深变质岩及石炭系浅变质岩。山大沟深是本区的主要特点。沟谷多呈箱形,谷坡陡峻,多在30度以上。耕地分布于梁、洼、槽及沟道,陡坡地所占数量很大,是弃耕还林还牧的重点地区。