本县属黄河冲积平原的一部分，境内广为第四系掩盖，无基岩出露。据钻探揭露，第四系以下，自老而新发育有古生界寒武系、奥陶系，石炭——二叠系，中生界侏罗——白垩系，新生界第三系。
古生界寒武、奥陶系是一套以碳酸盐岩为主的海相沉积，在县境东部，1600余米以下开始钻遇到该地层。在县境南部，齐广断裂以南第四系和上第三系下伏部分石炭——二叠系，为一套海陆交互相灰岩、砂页岩、泥岩含煤沉积。
中生界侏罗——白垩系为一套巨厚的碎屑岩、火山岩系，在寨郝西南，800余米以下钻遇到百余米白垩系；再往南，与桓台县接壤处侏罗——白垩系埋深变浅，上第三系以下即为该地层。
新生界十分发育，厚度4000-6000米。由老而新划分为下第三系、上第三系和第四系。
下第三系主要是一套巨厚的含油盐泥砂岩建造。从老到新划分为孔店组、沙河街组和东营组。
孔店组接岩性分为3段，上段红色泥岩夹砂岩，含石膏，上部有绿色、灰色泥岩夹层。砂岩为有远景的含油层系。生物化石主要为介形类。中段灰色泥岩，中上部夹砂岩，局部夹炭质页岩和薄层煤、油页岩，为有远景的含油层系。生物化石以介形类为主。本段属於湖相、沼泽相沉积。下段红色泥岩、砂岩、砾岩，下部为砾岩层，为湖相沉积。与下伏白垩系呈角度不整合接触。该组厚度大于1500米。
沙河街组分为四段，自下而上：沙四段，下部为红色泥岩夹砂岩，局部夹岩盐和石膏层，是主要的高产油层；上部灰色、灰绿色泥岩夹油云岩，块状生物灰岩，白云岩和薄层砂岩。生物化石组合有介形类、腹足类和孢粉。沉积环境属于咸化海湾泻湖相——湖相沉积。沙三段，下部深灰色、褐灰色泥岩夹油页岩，底部为油页岩；中部灰色、褐灰色泥岩夹规则砂岩透镜体；上部灰色泥岩夹粉砂岩，底部常有灰质砂岩和白云岩。该段是主要生、储油层。生物化石主要为介形类、腹足类。属於还原浅湖——深湖相沉积。与下伏四段为角度不整合接触关系。沙二段，下部灰绿色、杂色泥岩与中细砂岩互层，夹炭质页岩，是主要含油层之一；上部棕红色泥岩与中粗砂岩、含砾砂岩互层。生物化石有介形类、腹足类、孢粉和轮藻。本段主要为河流相、沼泽浅湖相沉积。与下伏三段呈假整合或整合接触关系。沙一段，下部灰色泥岩夹白云岩、油页岩；中部灰色泥岩夹生物灰岩、碎屑灰岩，针孔状灰岩和薄层灰质砂岩；上部灰绿色泥岩夹砂岩。生物化石有介形类、腹足类和孢粉。属于还原较深湖相沉积。本组厚度1700-3200米。
东营组岩性为灰绿色、灰棕色、红色泥岩与疏松砂岩互层夹含砾砂岩，为济阳坳陷浅层含油岩系。生物化石有介形类、腹足类、孢粉及藻类，其中以介形类为主。该组在博兴附近厚度为100米。
上第三系自下而上划分为馆陶组和明化镇组，厚度300-1000米，自南向北明显增厚。馆陶组是一套灰白色砾状砂岩、细砾岩、灰绿色细砂岩和棕红色泥岩的间互沉积，底部为沉积广泛的含石英、黑色燧石砂砾岩。生物群以介形类为主。与下伏地层为不整合接触关系。明化镇组主要由土黄、棕红色泥岩、砂质泥岩与灰白色砂岩组成，生物群以介形类为主。
第四系覆盖全区，厚度300米左右，与上第三系往往不易匹分。岩性主要为灰绿色、灰黑色、棕黄色砂质粘土、粘质砂土夹粉砂、粉细砂层和粘土层，底部分布有中细砂、含砾中粗砂层。
第一节 地层
本县属黄河冲积平原的一部分，境内广为第四系掩盖，无基岩出露。据钻探揭露，第四系以下，自老而新发育有古生界寒武系、奥陶系，石炭——二叠系，中生界侏罗——白垩系，新生界第三系。
古生界寒武、奥陶系是一套以碳酸盐岩为主的海相沉积，在县境东部，1600余米以下开始钻遇到该地层。在县境南部，齐广断裂以南第四系和上第三系下伏部分石炭——二叠系，为一套海陆交互相灰岩、砂页岩、泥岩含煤沉积。
中生界侏罗——白垩系为一套巨厚的碎屑岩、火山岩系，在寨郝西南，800余米以下钻遇到百余米白垩系；再往南，与桓台县接壤处侏罗——白垩系埋深变浅，上第三系以下即为该地层。
新生界十分发育，厚度4000-6000米。由老而新划分为下第三系、上第三系和第四系。
下第三系主要是一套巨厚的含油盐泥砂岩建造。从老到新划分为孔店组、沙河街组和东营组。
孔店组接岩性分为3段，上段红色泥岩夹砂岩，含石膏，上部有绿色、灰色泥岩夹层。砂岩为有远景的含油层系。生物化石主要为介形类。中段灰色泥岩，中上部夹砂岩，局部夹炭质页岩和薄层煤、油页岩，为有远景的含油层系。生物化石以介形类为主。本段属於湖相、沼泽相沉积。下段红色泥岩、砂岩、砾岩，下部为砾岩层，为湖相沉积。与下伏白垩系呈角度不整合接触。该组厚度大于1500米。
沙河街组分为四段，自下而上：沙四段，下部为红色泥岩夹砂岩，局部夹岩盐和石膏层，是主要的高产油层；上部灰色、灰绿色泥岩夹油云岩，块状生物灰岩，白云岩和薄层砂岩。生物化石组合有介形类、腹足类和孢粉。沉积环境属于咸化海湾泻湖相——湖相沉积。沙三段，下部深灰色、褐灰色泥岩夹油页岩，底部为油页岩；中部灰色、褐灰色泥岩夹规则砂岩透镜体；上部灰色泥岩夹粉砂岩，底部常有灰质砂岩和白云岩。该段是主要生、储油层。生物化石主要为介形类、腹足类。属於还原浅湖——深湖相沉积。与下伏四段为角度不整合接触关系。沙二段，下部灰绿色、杂色泥岩与中细砂岩互层，夹炭质页岩，是主要含油层之一；上部棕红色泥岩与中粗砂岩、含砾砂岩互层。生物化石有介形类、腹足类、孢粉和轮藻。本段主要为河流相、沼泽浅湖相沉积。与下伏三段呈假整合或整合接触关系。沙一段，下部灰色泥岩夹白云岩、油页岩；中部灰色泥岩夹生物灰岩、碎屑灰岩，针孔状灰岩和薄层灰质砂岩；上部灰绿色泥岩夹砂岩。生物化石有介形类、腹足类和孢粉。属于还原较深湖相沉积。本组厚度1700-3200米。
东营组岩性为灰绿色、灰棕色、红色泥岩与疏松砂岩互层夹含砾砂岩，为济阳坳陷浅层含油岩系。生物化石有介形类、腹足类、孢粉及藻类，其中以介形类为主。该组在博兴附近厚度为100米。
上第三系自下而上划分为馆陶组和明化镇组，厚度300-1000米，自南向北明显增厚。馆陶组是一套灰白色砾状砂岩、细砾岩、灰绿色细砂岩和棕红色泥岩的间互沉积，底部为沉积广泛的含石英、黑色燧石砂砾岩。生物群以介形类为主。与下伏地层为不整合接触关系。明化镇组主要由土黄、棕红色泥岩、砂质泥岩与灰白色砂岩组成，生物群以介形类为主。
第四系覆盖全区，厚度300米左右，与上第三系往往不易匹分。岩性主要为灰绿色、灰黑色、棕黄色砂质粘土、粘质砂土夹粉砂、粉细砂层和粘土层，底部分布有中细砂、含砾中粗砂层。