根据地质、地球物理勘察资料，渤海在地质上是华北地台的一部分，具有与华
北地台相同的地台型结构。可分为基底和盖层两部分：
(一)渤海的基底
据重、磁力测量资料及邻区地质资料得知，渤海以郯庐断裂带的渤海延伸段--
营潍断裂带为界，分为东、西两个部分。断裂带以东包括胶辽地区为重力场高值区，
磁力以负磁场为背景，说明渤海东部的基底与胶辽相似，以太古代和早元古代的结
晶片岩和片麻岩组成。断裂带以西的西半部为渤海的主体部分，重力呈现低值区，
磁力呈现正磁场背景。这种重力低磁力高的背景，与北部的燕山地区和南部的鲁西
地区的重磁场特征相近。因而推断渤海西部基底与燕山和鲁西出露的太古界和元古
界结晶变质基底相同，为一套变质程度较深、混合岩化普遍的混合岩、片麻岩、变
粒岩组成的太古界，及变质程度中等、混合岩化作用不普遍的片岩、片麻岩、石英
岩、板岩、千枚岩组成的早元古界地层。
区域基底构造研究表明，渤海构造发展与华北地台有相当的一致性。五台运动
(22亿年±)使太古界产生东西向为主的褶皱、断裂，并伴有花岗岩类的侵入。吕梁
运动(18.5亿年±)使下元古界产生北东-北北东向为主的断裂构造，并加深了下伏
地层的变质程度。吕梁运动最终形成了包括渤海在内的华北地台的统一变质结晶基
底。
(二)渤海的盖层
根据综合物探资料和钻探揭露资料，渤海的盖层可分为三个构造层：
1、下构造层：以下古生界海相碳酸盐岩为主，上古生代石炭-二迭纪海陆交互
相地层极薄，且分布不广。
2、中构造层：是侏罗纪、白垩纪及老第三纪的陆相、湖泊相地层，与上下构
造之间有轻微不整合。侏罗-白垩系在岩性上南北有差异，以沙垒田凸起-老铁水道
为界，北部以中、基性火山岩和碎屑岩为主，南部主要为红色砂泥岩及凝灰岩类。
中生代以来，渤海周围大部分地区上升隆起，而渤海地区则相对下沉。新生代
是渤海盆地发展的全盛时期，在中生代的基础上继续下降，形成受北东-北北东向
断裂控制的裂谷盆地。在整体下降的基础上又伴随有差异运动，内部形成四个次一
级的坳陷：莱州湾坳陷沉积较薄，仅4980米；辽东湾坳陷沉积厚约5200米；渤海湾
坳陷沉积厚约6270米；沉积最厚的为渤中坳陷，厚达7000米以上。
老第三纪早期(孔店组)沉积层厚500～600米，主要是深灰色、灰绿色及紫褐色
的泥层及砂岩。泥岩中含有河北虫、高背纺锤虫等生物化石，砂岩为浅灰色粉砂、
细砂，矿物成份以石英为主，分选性好，底部有薄层灰褐色油页岩，局部地区在此
层之下曾钻到泥灰岩、白云岩，底部为砾岩。沉积相表明，老第三纪早期渤海为地
壳不均匀下沉所形成的低地和湖泊，沉积物主要为陆相，但其中也有一些湖泊与海
沟通，因而沉积了介形虫的泥砂岩。
老第三纪中期(沙河街组)，沉积层厚100～400米，为浅灰、灰绿或深灰色泥岩
层。这一沉积过程的环境不稳定，有多次玄武岩溢流，沉积差异也较大。
老第三纪晚期(东营组)，为厚200～500米的泥岩和砂岩层，整个地层由上而下
逐渐变粗(即泥岩-砂岩-砾岩)，这反映出老第三纪晚期渤海呈湖泊环境，有河流作
用，沉积物以杂色砂岩、泥岩为主。
3、上构造层：是晚第三纪陆相湖泊沉积与第四纪海相沉积层。喜马拉雅运动
结束了早第三纪隆坳差异不均衡的局面，晚第三纪逐渐形成统一的稳定下沉的大坳
陷，沉积中心迁移至渤海中部的渤中坳陷。上第三系从下至上可分为馆陶组和明化
镇组，以陆相杂色碎屑岩建造为主，明化镇组晚期偶有海水浸漫，因而夹有少许海
相夹层。沉积厚度达2000米以上。
第四纪渤海进入一个新的发展时期，湖盆大幅度下沉而被海水淹没形成现今之
渤海。大面积沉积了平原组海相的砂、粉砂和粘土。整个第四纪期间海平面有多次
升降，在辽东半岛发现三条贝壳堤，最老的高出海面7～10米，距今约有4270±120
年，中间的高出4～5米，最新的高出2～3米，距今2000～2500年。说明在中全新世
后期以来海平面有三次明显的降低。在莱州湾发现大批古牡蛎礁，证明在5500年以
来海平面有较大幅度的下降。在天津地区钻探中发现距今22900年及10000～8000年
海平面又有二次明显的上升。由此可见渤海形成较晚，以升降运动为特征的新构造
运动是强烈的。