一、地质正宁县地质属于中国北方华北地台大地构造单元,位置在鄂尔多斯的东翼,处于关山一六盘山褶皱带以东的鄂尔多斯台区。从地质年代上看,华北地台大约形成于19亿年前的远古代时期。在古生代早期,由于地壳运动以升降为主,华北地台基本处于海浸过程之中。至晚奥陶世,华北地台完全隆起成为陆地。以后大约经历了1亿数千万年,又重新下沉。后因振荡频繁,地台多次发生海浸,时而为陆地,时而为大海,沉积发育成海陆交相的地层。至二迭纪时,华北地台再次隆起成陆地,形成含煤的海陆交替相石炭岩地层。中生代中期,地壳发生大规模的构造运动(即燕山运动),并伴有大规模的岩浆活动。受其影响,华北地台开始分化,使今甘肃省这一带的陆地再次抬升,出现南北走向的贺兰山和六盘山。新生代以来,因受喜马拉雅运动的影响,地壳升降活动更加剧烈,青藏高原陡升,海拔高度达到4000米,阻挡了印度洋暖流的北上,使今中国北方一带气候异常干冷。剧烈的西北风把蒙古高原的沙土刮向东南。大风起时,黄尘滚滚,风中的沙粒在华北、西北东部飘落下来,盖在山顶、丘陵、河谷、湖泊地带,历经千万年,积少成多,厚度加大,最厚处在100米以上,最终形成一望无际的黄土平原。大约在第四纪晚期,即全新世,地质又处在新构造运动中,整个黄土平原出现中度挠曲和隆升,将原来黄土堆积的低平盆地抬升成为高起的表面完整的黄土高原。今子午岭从湖盆中上升为南北走向的长梁,也即桥山山脉。残积湖水冲破南部峡谷,向南流入泾水,形成马莲河、蒲河水系。全新世开始后,由于黄土本身质地疏松,河流长期浸蚀、冲刷,加上近晚期人类活动的影响,水土流失严重,使黄土高原逐渐解体,原来较为平坦的地面被切割成碎块,出现古(现)代浸蚀沟。许多浸蚀沟不仅切割堆积于浸蚀沟的黄土层,而且切穿红粘土而达于古老的基岩中,从而形成高原沟壑、梁峁、河谷、平川、山峦、斜坡并存的地理风貌。正宁县在地质构造上属于内陆新华夏系统沉降带的构造盆地,最深层基底由震旦系片岩、片麻岩组成。上层为震旦系石英岩和砂质灰岩。还有寒武系和下奥陶统形成的碳酸盐岩。中奥陶统为绿色矽页岩,中上石炭统多为海陆交互相含煤建造,直接伏于中奥陶统之上。在此之上是二迭纪以后的陆相沉积。二迭纪、三迭纪沉积岩厚度达3000米,为当时鄂尔多斯沉积中心。自中元古代至第三纪各代,沉积岩总厚度达7000余米。从白垩纪末期至第三纪间,由于长期浸蚀的作用,形成一个广阔的古剥蚀面,除其边缘局部沉积一些第三纪红土层外,大部直接被第四纪土状堆积物所覆盖。所以,白垩纪基岩的古剥蚀面是今黄土高原的下层基础。第四纪地层由下更新世的红粘土(又称午城黄土)、中更新世的老黄土(又名离石黄土)与砂砾层、上更新世的黄土(又称马兰土)至全新世的灰黄色薄层堆积物组成。土层厚度约在60米~240米之间。以钻探调查为例,正宁县各地质年代地层状况是:中生代:一、三迭纪:地层发育良好,化石较丰富,层序清楚。自下而上划分为下统刘家沟组、和尚沟组;中统纸坊组、铜川组;上统胡家村组、永坪组、瓦窑堡组。各组之间大多为整合接触。二、侏罗纪:分布较广泛,尤其在盆地分区大面积分布。自下而上划分为下统富县组,中统延安组、直罗组、安定组,上统芬芳河组。三、白垩纪:本系志丹群之洛河组、华池组、环河组和罗汉洞组地层,在区内均有所见。而环河组、罗汉洞组断续裸露于河谷和子午岭山下。各组地层情况是:1.洛河组:厚241~266米,广布于全县地下,其顶板高程以15.3%的坡降由东向西倾斜。岩性为棕红、浅棕红交错层,间夹细砂岩和少量粗砂岩。碎屑矿物成分以长石、石英为主,云母次之,钙质与泥质胶结,结构疏松,岩相较为稳定,连续沉积于宜君组地层之上。2.华池组:厚129~179米,分布全县,以15.3%的坡降向南倾斜,北薄而南厚,岩性以棕红、紫红充填,岩相变化较大,但结构致密坚硬。3.环河组:厚145~363米,分布广泛,出露仅见于河谷。地层东西厚而中部薄。下部岩性以棕红、紫红色泥岩、页岩为主,夹少量灰色、灰绿色粉砂岩;上部以灰紫色泥、页岩为主;夹暗紫色、紫红色粉细砂岩。岩相变化不大。4.罗汉洞组:厚233米,分布于子午岭至山河镇解家川一带。岩性以桔红、桔黄、浅灰、紫色中薄砂岩、泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩组成。底部砂岩具大型交错层理,呈厚层块状,由钙、泥质作弱胶结,结构较为疏松。新生代:一、第三纪:第三纪上新统泥岩厚126.39米,分布较广,但出露仅见于沟谷和山根,厚度由东向西逐渐变薄。本层属三趾马红土层,岩性以棕红、浅棕红、浅棕色泥岩与砂质泥岩为主,其中央有零散和成层的钙质结核,少数结成钙板。二、第四纪:第四纪地层广泛分布,出露比较齐全。其中:1.下更新统①三门组:厚9米,主要分布于泾河河谷五级阶地之下。岩性以桔黄、棕黄色为主。其下部为砂砾石层,呈灰白和桔黄色,具交错层理,属河床型。成分由灰岩、页岩、石英岩、石英砂岩、砂岩、钙质结核等组成。上部以棕色砂面粘土和砂质土为主,夹砂、砾石层和粉细砂层,可见水平层理。②午成黄土:厚30~40米,出露于河谷、沟谷上游。西部厚而东部薄。其颜色以浅棕黄为主,岩相稳定。土质成分由亚粘土、粉砂土组成,钙质含量高,成岩作用强,并夹有大量钙质结核。2.中更新统中更新统分布甚广。主要为冲积、风积两类成因。各组地层状况依次为;①下冲积层:厚70米,主要分布于泾河四级阶地。岩性主要为灰白及灰黄色砾石层,砂层夹褐色粘土和亚砂土层。砂石成分以泥岩、砂岩为主,并含少量钙质结核及灰岩,局部是半胶状态。②离石黄土下部;厚50~86米,广泛分布于河间区,出露于沟谷坡地。其成分以棕黄、浅棕黄色粘土、亚砂土为主,夹5~10层棕红、褐红色古土壤和灰黄色钙质结核层,有的地方该层高出河面50米左右。③上冲积层:厚9米,分布于泾河三级台地。下部岩性为灰白、灰黄色砂、砾石层,砾石以石英、灰岩为主,砂、泥岩次之,并夹少量火成砾石。上部为灰黄色、褐黄色亚砂土,含零星钙质结核,并加薄层钙板,密实而半坚硬,具有水平层理。④离石黄土上部:厚30~57米,广泛分布于三级台地以上的河间地区。出露于沟谷陡坡上。其岩性为浅黄、灰黄色砂质黄土,间夹3~4层棕红色、褐红色古土壤层,单层厚1~2米,间隔7米~16米。黄土颗粒组成,各地变化不大,平均含砂粒16%,含粉粒67%,含粘粒17%。3.上更新统这一地层在全县比较发育,其成因为河流相的冲积层和风成黄土(即马兰黄土)两类。①冲积层:厚10~30米,分布于诸河沿岸二级阶地,属萨拉乌苏组。其底部岩性为灰白、灰黄、褐黄色砂砾石层,成分以泥岩、灰岩、石英岩为主,钙质结核和火成岩次之。中部为亚砂土夹砂砾石层,结构松散。上部为灰黄、褐黄色亚粘土,具水平层理,并加粘土淤泥条带和细砂薄层。②马兰黄土:厚5~20米,广泛披盖于二级阶地及其以上的河间、塬面、山岭,土层为浅黄色砂质黄土,质地均一,结构松散。其颗粒成分,据20个土样分析,平均为:砂粒占16%,粉粒占66.4%,粘粒占16.8%4.全新统①冲积层下部:厚10~15米,分布于川谷一级阶地,沿河两侧作带状布展。其岩性下部为灰黄色亚砂土,砂石成分以泥岩、页岩和钙质结核为主。泾河区砾石成分中,还有灰岩、火成岩、石英岩等。上部为亚砂土,质地均一,较疏松,局部夹透明状砂粒石层,具有明显的二元结构特征。②冲积层上部:厚2~5米,分布于河漫滩地,岩性主要为灰色、灰黄色砂砾,卵石成分以砂岩、泥岩为主,含少量灰岩、火成岩。部分地区则以泥岩、页岩和钙质结核为主。
二、地形地貌正宁县属陇东黄土高原沟壑区。地形南北略窄,东西较长。地势东北高,西南低,自东北向西南逐渐降低。境内地形比较复杂,山川、塬、梁、峁、沟、谷、台齐备。按地貌状况,从大的方面可分为高原沟壑、低山丘陵(子午岭)2个类型区。而高原沟壑区又可分为中部残塬沟壑区和西部高原沟壑区。东部边境为子午岭低山丘陵。子午岭位于正宁东部,地势高,山岭海拔高度一般在1500米以上,子午岭顶峰雕岭关为最高点,海拔为1756米。主要分布在西坡、月明、五顷塬、三嘉乡境内,约占全县总面积的29.84%。子午岭涧谷曲折,山岭起伏犹如驼背,呈东北至西南走向,坡度较陡,约在35~45度之间。山谷很不规则,纵横交错,相对高度差约400米左右。中、西部为高原沟壑区。塬面平坦开阔,坡度平缓,中央部分地面倾斜约1度左右,边缘部分倾斜约3~5度,最陡处约10度。东端、西端海拔高度分别为1466.5米、880米。周家乡车家沟泾河滩海拔最低为880米。全县有东西走向、相互平行的4条塬:月明塬、宫河塬、永和塬、三嘉塬,为良好的耕作区。塬面均被纵横交错的大小沟谷所环绕。多数沟谷坡度较陡,间有悬崖绝壁。境内长于1公里以上的沟谷有339条。较大的干沟(主沟)有流水,成为河川,有关家川(支当河)、罗川(四郎河)和贾峪川(贾峪川河)。较小的干沟无流水。境内大小沟谷约占总面积的48%,沟谷与塬面相对高度差约为250~400米。1.东部低山丘陵区:位于正宁县东部子午岭次生林区,包括原月明乡柴桥子村,西坡乡南桥村,五顷塬乡孟河、西渠、龙咀子村,三嘉乡刘家店子等4个乡的6个村,面积419.9平方公里,折合629781.7亩,占全县总面积的31.6%。这里梁峁起伏,海拔高1300~1750米,相对高差300~400米。2.中部残塬沟壑区:位于正宁县中部地区,包括原月明、西坡、五顷塬、三嘉4个乡的西半部及湫头、山河2个乡(镇)的全部,含38个村255个组,总面积437.1平方公里,折合655690.5亩,占全县总面积的32.9%。这里塬小零散,塬面占14.3%,地貌多样,海拔高1400~1600米,相对高差250米~300米。3.西部高原沟壑区:位于正宁县西部,包括永正、榆林子、宫河、周家、罗川、永和6个乡(镇),含77个村,总面积471.7平方公里,折合707507.9亩,占全县总面积有35.5%。这里塬、面较平坦完整,川塬面积大,占39.5%,海拔高1000~1350米(最低点泾河滩880米),相对高差250~300米。