德州凹陷，远在古生代地壳运动的加里东期中奥陶沉积以后（距今约3.6亿年），长期处于上升剥蚀状态。华北（整个山东在内）上升为隆起（在此之前整个华北一片汪洋大海），使本区缺失古生界的上奥陶、志留、泥盆、石炭——二迭、三迭系地层，此时形成一系列奥陶系基底大断层。这些断层长期活动，互相切割，形成以断块山、残丘山为主体的潜山群，升降幅度、产状变化大，奠定了德州凹陷基底构造格架和古隆起型沉积背景。
加里东运动末期（距今约1.5～1.9亿年），本区下沉，沉积了巨厚的中生界侏罗、白垩系地层。此时古生代时期一些基底断裂继续活动生长发育，使中生代地层也形成了一系列断块山和残丘山及断阶凹陷。
地壳运动在侏罗纪、白垩纪中的燕山运动时期（距今约1.5亿～6千万年），整个凹陷又上升剥蚀，形成中生代地层区域性不整合面，并伴有强烈岩浆活动，形成了现今钻遇的玄武岩、安山岩、辉绿岩等火成岩。又因气候温暖、生物繁茂，为该期成煤提供了丰富的物质基础和良好的环境。
燕山运动末期，凹陷又继续下沉，形成一套很厚的新生代下第三系孔店组地层。前时期的老断层仍在活动，并伴有深层岩浆侵入，在古构造背景上形成孔店组地层的披覆和断块构造。第三纪地壳运动的华北运动Ⅰ幕（济阳运动）时期（距今约4千万年），凹陷又一次上升剥蚀，形成了孔店组顶（或沙河街组底）区域性不整合面。此时，凹陷边缘和古构造顶部孔店组地层遭受剥蚀，地层变薄。
济阳运动末期，德州凹陷又开始下沉，沉积了新生界下第三系沙河街组、东营组地层。这时，前几个时期的一些继承性断层仍在继续活动，其上升盘不断上升抬起，下降盘不断下沉。这样，在前几期已形成的正、负向构造背景上边沉积边改造，形成了该时期地层的披复、鼻状、断块、牵引等正向构造和向斜、洼子等负向构造。在沉积过程中，凹陷边缘和古构造翼部的大断层，控制了沙河街组地层的厚薄、岩性、岩相变化和构造形态、地层深浅的变化，在凹陷边缘和古隆起顶部，该组地层往往断缺、剥蚀、尖灭。
华北运动Ⅰ幕（东营运动）时期（距今2800万年），凹陷再次上升剥蚀，形成上第三系馆陶组底部（东营组顶）区域性不整合面。东营运动末期，凹陷再次下沉，沉积了新生界上第三系馆陶组、明化镇组地层和第四系平原组黄土层（距今100万年）。该时期沉积环境不稳定，河流发育、冲击、洪积常有发生。前几期的老断层在这时期活动规模大大减小，地层平稳而缓慢下沉，形成一些小幅度构造，产生了一些新的小断层。
德州凹陷经过约4亿年漫长的地质时期，经过4次大规模的构造运动，升降频繁，形成数十条大小断层，从老到新持续活动，使凹陷在各个地质时期不断切割、改造、生长发育，形成了不同类型的地质构造，如潜山、断块、披复、鼻状、背斜、牵引、地堑、地垒、向斜等。这些正、负向构造的形成、发育、形态、大小均受一系列断层的控制，各时期地层的深浅、厚度、缺失、相变等也均受断层控制。德州凹陷在经过上述演变之后，才形成现今概貌。
德州凹陷主要沉积地层有（自下而上）：
（一）古生代奥陶纪地层。为本区基底，埋藏深度2900～7000米，岩性为灰岩、白云岩，上奥陶缺失，中奥陶顶部为区域性剥蚀面，全区分布，深度变化大，基底断层发育，多为断块潜山形态，产状陡。
（二）中生代侏罗纪、白垩纪地层。埋藏深度1500～5000米，厚度1300～2000米，岩性为砂岩、泥岩、页岩、煤层、玄武岩、安山岩、凝灰岩等，全区分布，顶部为区域性不整合面，断层发育，多为断块山、残丘山形态，产状陡。该地层火成岩发育，伴有强烈的岩浆活动，是重要产煤地层。
（三）新生代下第三纪始新统孔店组地层。埋藏深度1300～3900米，厚度250～1100米，岩性为砂岩、泥岩、夹火成岩侵入体，全区分布，顶部为区域性不整合面，断层发育。
（四）新生界下第三系渐新统砂河街组、东营组地层。为本区主要生油层系，暗色泥岩和生物灰岩，构造均发育，沉积稳定。埋藏深度1400～2300米，厚度0～1600米，岩性为泥岩、砂岩、页岩、生物灰岩等，全区分布。该地层的砂一段和砂三、砂四段为主要生油层系，本地层只在凹陷部位发育，到边缘变薄消失。
（五）新生界上第三系馆陶组、明化镇组地层及第四系平原组地层（现代沉积的黄土层）。为德州凹陷复盖层，埋藏深度1000～1700米，厚度400～600米，岩性为砂岩、砾岩、黄土层，全区分布，产状平缓，馆陶组底部为区域性不整合面。该层系河流发育，冲积、洪积多有发生。
第四纪所形成的地层，德州市区沉积近230米厚的第四系。市区第四系厚度由东至西向沧东断裂方向逐渐减薄，长庄乡一带厚229.82米，到钟辛庄一带厚度则为197.28米。
第四纪期间，各时期沉积幅度大体情况为：早更新世经历约107万年，沉积厚度为66.12～87.97米，平均每万年沉积0.69米；中更新世经历约63万年，沉积厚度为73～85.58米，平均每万年沉积1.23米；晚更新世经历约9万年，沉积厚度为33.32～43.72米，平均每万年沉积4.23米；全新世经历约1万年，沉积厚度为20.15～23.18米，平均沉积厚度21.64米。
因晚更新世和全新世沉积物压密性较差，故与中、早更新世沉积幅度相比，减去压密损失，其沉降幅度远远小于目前所观测到的总厚度。
第四纪时期的200万年，本市沉积的230米地层，由下而上可分为更新统和全新统。
更新统。下更新亚统无棣组：一般埋藏深度140～200米，上段平均厚度约36米，以灰褐色亚砂土为主，上部有少量棕色亚粘土，局部夹粉砂薄层，地内有一黄灰色细砂层，在亚粘土和亚砂土层中，均富钙质结构及少量铁质小豆核；下段平均厚约31米，以褐灰、灰黄至棕色亚砂土为主。中更新亚统临清组：一般埋深65～140米，上段平均厚27米，为灰黄色亚砂土与粉细砂互层，含钙质结核，局部富集；中段平均厚度约35米，以棕黄色亚砂土为主，钙质结核富集于个别层位中，底部为一砂层；下段平均厚度约11米，为棕黄色至灰黄色亚砂土层，局部夹粉土薄层。上更新亚统惠民组：一般埋深21～65米，上段平均厚度约22米，上部为细砂层，中部为褐灰至灰黄色亚砂土层，含砂量较多，局部个别小钙质结核，底部通常为一薄层粉砂层；下段平均厚约21米，以黄灰色亚砂为主，底部一层不厚的深灰色淤泥质亚砂土层。
全新统。下全新亚统下河街组：埋深一般18～21米，为一层浅灰色淤泥质砂土层。中全新亚统黄金寨组：埋深一般为12～18米，为一层灰至灰黑色含淤泥质的亚砂土层，含砂量大，底部为一层较薄的黄灰色细砂层。上全新亚统小砂组：埋深一般0～12米，为一层灰褐色至黄灰色亚砂土，顶部为厚度约0.5米左右的耕植土层。
第一节 地质概况
德州凹陷，远在古生代地壳运动的加里东期中奥陶沉积以后（距今约3.6亿年），长期处于上升剥蚀状态。华北（整个山东在内）上升为隆起（在此之前整个华北一片汪洋大海），使本区缺失古生界的上奥陶、志留、泥盆、石炭——二迭、三迭系地层，此时形成一系列奥陶系基底大断层。这些断层长期活动，互相切割，形成以断块山、残丘山为主体的潜山群，升降幅度、产状变化大，奠定了德州凹陷基底构造格架和古隆起型沉积背景。
加里东运动末期（距今约1.5～1.9亿年），本区下沉，沉积了巨厚的中生界侏罗、白垩系地层。此时古生代时期一些基底断裂继续活动生长发育，使中生代地层也形成了一系列断块山和残丘山及断阶凹陷。
地壳运动在侏罗纪、白垩纪中的燕山运动时期（距今约1.5亿～6千万年），整个凹陷又上升剥蚀，形成中生代地层区域性不整合面，并伴有强烈岩浆活动，形成了现今钻遇的玄武岩、安山岩、辉绿岩等火成岩。又因气候温暖、生物繁茂，为该期成煤提供了丰富的物质基础和良好的环境。
燕山运动末期，凹陷又继续下沉，形成一套很厚的新生代下第三系孔店组地层。前时期的老断层仍在活动，并伴有深层岩浆侵入，在古构造背景上形成孔店组地层的披覆和断块构造。第三纪地壳运动的华北运动Ⅰ幕（济阳运动）时期（距今约4千万年），凹陷又一次上升剥蚀，形成了孔店组顶（或沙河街组底）区域性不整合面。此时，凹陷边缘和古构造顶部孔店组地层遭受剥蚀，地层变薄。
济阳运动末期，德州凹陷又开始下沉，沉积了新生界下第三系沙河街组、东营组地层。这时，前几个时期的一些继承性断层仍在继续活动，其上升盘不断上升抬起，下降盘不断下沉。这样，在前几期已形成的正、负向构造背景上边沉积边改造，形成了该时期地层的披复、鼻状、断块、牵引等正向构造和向斜、洼子等负向构造。在沉积过程中，凹陷边缘和古构造翼部的大断层，控制了沙河街组地层的厚薄、岩性、岩相变化和构造形态、地层深浅的变化，在凹陷边缘和古隆起顶部，该组地层往往断缺、剥蚀、尖灭。
华北运动Ⅰ幕（东营运动）时期（距今2800万年），凹陷再次上升剥蚀，形成上第三系馆陶组底部（东营组顶）区域性不整合面。东营运动末期，凹陷再次下沉，沉积了新生界上第三系馆陶组、明化镇组地层和第四系平原组黄土层（距今100万年）。该时期沉积环境不稳定，河流发育、冲击、洪积常有发生。前几期的老断层在这时期活动规模大大减小，地层平稳而缓慢下沉，形成一些小幅度构造，产生了一些新的小断层。
德州凹陷经过约4亿年漫长的地质时期，经过4次大规模的构造运动，升降频繁，形成数十条大小断层，从老到新持续活动，使凹陷在各个地质时期不断切割、改造、生长发育，形成了不同类型的地质构造，如潜山、断块、披复、鼻状、背斜、牵引、地堑、地垒、向斜等。这些正、负向构造的形成、发育、形态、大小均受一系列断层的控制，各时期地层的深浅、厚度、缺失、相变等也均受断层控制。德州凹陷在经过上述演变之后，才形成现今概貌。
德州凹陷主要沉积地层有（自下而上）：
（一）古生代奥陶纪地层。为本区基底，埋藏深度2900～7000米，岩性为灰岩、白云岩，上奥陶缺失，中奥陶顶部为区域性剥蚀面，全区分布，深度变化大，基底断层发育，多为断块潜山形态，产状陡。
（二）中生代侏罗纪、白垩纪地层。埋藏深度1500～5000米，厚度1300～2000米，岩性为砂岩、泥岩、页岩、煤层、玄武岩、安山岩、凝灰岩等，全区分布，顶部为区域性不整合面，断层发育，多为断块山、残丘山形态，产状陡。该地层火成岩发育，伴有强烈的岩浆活动，是重要产煤地层。
（三）新生代下第三纪始新统孔店组地层。埋藏深度1300～3900米，厚度250～1100米，岩性为砂岩、泥岩、夹火成岩侵入体，全区分布，顶部为区域性不整合面，断层发育。
（四）新生界下第三系渐新统砂河街组、东营组地层。为本区主要生油层系，暗色泥岩和生物灰岩，构造均发育，沉积稳定。埋藏深度1400～2300米，厚度0～1600米，岩性为泥岩、砂岩、页岩、生物灰岩等，全区分布。该地层的砂一段和砂三、砂四段为主要生油层系，本地层只在凹陷部位发育，到边缘变薄消失。
（五）新生界上第三系馆陶组、明化镇组地层及第四系平原组地层（现代沉积的黄土层）。为德州凹陷复盖层，埋藏深度1000～1700米，厚度400～600米，岩性为砂岩、砾岩、黄土层，全区分布，产状平缓，馆陶组底部为区域性不整合面。该层系河流发育，冲积、洪积多有发生。
第四纪所形成的地层，德州市区沉积近230米厚的第四系。市区第四系厚度由东至西向沧东断裂方向逐渐减薄，长庄乡一带厚229.82米，到钟辛庄一带厚度则为197.28米。
第四纪期间，各时期沉积幅度大体情况为：早更新世经历约107万年，沉积厚度为66.12～87.97米，平均每万年沉积0.69米；中更新世经历约63万年，沉积厚度为73～85.58米，平均每万年沉积1.23米；晚更新世经历约9万年，沉积厚度为33.32～43.72米，平均每万年沉积4.23米；全新世经历约1万年，沉积厚度为20.15～23.18米，平均沉积厚度21.64米。
因晚更新世和全新世沉积物压密性较差，故与中、早更新世沉积幅度相比，减去压密损失，其沉降幅度远远小于目前所观测到的总厚度。
第四纪时期的200万年，本市沉积的230米地层，由下而上可分为更新统和全新统。
更新统。下更新亚统无棣组：一般埋藏深度140～200米，上段平均厚度约36米，以灰褐色亚砂土为主，上部有少量棕色亚粘土，局部夹粉砂薄层，地内有一黄灰色细砂层，在亚粘土和亚砂土层中，均富钙质结构及少量铁质小豆核；下段平均厚约31米，以褐灰、灰黄至棕色亚砂土为主。中更新亚统临清组：一般埋深65～140米，上段平均厚27米，为灰黄色亚砂土与粉细砂互层，含钙质结核，局部富集；中段平均厚度约35米，以棕黄色亚砂土为主，钙质结核富集于个别层位中，底部为一砂层；下段平均厚度约11米，为棕黄色至灰黄色亚砂土层，局部夹粉土薄层。上更新亚统惠民组：一般埋深21～65米，上段平均厚度约22米，上部为细砂层，中部为褐灰至灰黄色亚砂土层，含砂量较多，局部个别小钙质结核，底部通常为一薄层粉砂层；下段平均厚约21米，以黄灰色亚砂为主，底部一层不厚的深灰色淤泥质亚砂土层。
全新统。下全新亚统下河街组：埋深一般18～21米，为一层浅灰色淤泥质砂土层。中全新亚统黄金寨组：埋深一般为12～18米，为一层灰至灰黑色含淤泥质的亚砂土层，含砂量大，底部为一层较薄的黄灰色细砂层。上全新亚统小砂组：埋深一般0～12米，为一层灰褐色至黄灰色亚砂土，顶部为厚度约0.5米左右的耕植土层。