早在24亿年以前，孙溜、终兴以南，苗楼、大谢庄以东，朱集以北的三角地带，就形成了最古老的地层——太古界。古生代早期（约5亿年前后），单县西南部和东北部为海水浸没，海相沉积，形成了寒武系上统和奥陶系下统地层。距今3亿年前后，海水逐渐退去，石松、芦木等植物繁荣，在县城以西和西南形成了海陆交互相含煤沉积——石炭系。距今2.5亿年前后，县城西南和县境南部，原始松柏发育，逐渐形成了陆相含煤地层——二迭系。中生代中期，在单县北部和东北部，形成侏罗系上统地层。新生代第三纪（距今6700万年—250万年），单县沉积了巨厚的粘土岩、泥灰岩和砾岩，深度达500—1000米。第四纪（距今250万年至今）由于黄河的搬运和分选作用，从上游冲刷下来的剥蚀物质，交替成层地堆积起来，覆盖了单县地面，其厚度达500米以上，形成今天的黄泛平原。
据物理探测和局部钻探资料，已知地层有太古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系、侏罗系、第三系和第四系。
太古界，为最古老的地层，仅在孙溜以南的县境中部呈东西向分布，岩性主要为混合花岗岩。
寒武系——奥陶系，单县高老家一带的寒武系地层，主要为上统的一部分，缺下、中寒武统，而奥陶系也占有下奥陶统，缺中、上统，因上寒武统与下奥陶统紧密结合，且地层不厚，故划为寒武至奥陶系。岩性主要为碳酸盐岩和部分砂岩、页岩。另外，在县东北部的时楼、张集一带，分布有奥陶系，以白云岩和石灰岩为主要岩性。
石炭系，单县只发育中、上统，为海陆交互相含煤沉积。它是一套深灰色、灰黑色粉砂岩，杂色粘土页岩，薄层灰岩的含煤地层，主要分布在县城以西和西南，面积很小。
二迭系，为陆相含煤地层，主要分布在县城西南和黄岗集西南的边境地区。岩性，灰色、灰白色砂岩，深灰色粉砂岩夹杂色页岩组成，下部夹有煤层。
侏罗系，单县缺中、下统，只有侏罗系上统蒙阴组。岩性变化较大，以紫红色的细砂岩、砂岩、砾岩为主，厚度300—500米。
第三系，下第三系发育不好。主要分布在朱集、蔡堂、杨楼、罗庄、黄堆、徐寨等乡。岩性以杂色粘土岩、粉砂岩夹泥灰岩、砾岩为主，下部普遍含有厚度不等的石膏层。上第三系与第四系界限不易区分。岩性为棕黄色和棕红色粘土岩、泥灰岩、粉细砂岩，下部有薄层煤，底部有砂砾岩。第三系加第四系的厚度达1000—1500米。
第四系，下部多为冲积、洪积层及河湖相堆积。由于黄河的搬运和分选作用，形成今日的黄泛平原。黄河故道及漫滩堆积的细粉砂，有时经风搬运再堆积所形成的波浪状砂堆、砂垄及新月形沙丘，伴有灰黑色淤泥、淤泥质粉砂及灰绿色粘土的海积层。在现代河流两岸则多为浅黄、灰黄色粘质砂土，砂质粘土及细粉砂层，含小砾石，夹中细砂及中粗砂的冲积层。第四系厚度达500米以上。
第一节 地层
早在24亿年以前，孙溜、终兴以南，苗楼、大谢庄以东，朱集以北的三角地带，就形成了最古老的地层——太古界。古生代早期（约5亿年前后），单县西南部和东北部为海水浸没，海相沉积，形成了寒武系上统和奥陶系下统地层。距今3亿年前后，海水逐渐退去，石松、芦木等植物繁荣，在县城以西和西南形成了海陆交互相含煤沉积——石炭系。距今2.5亿年前后，县城西南和县境南部，原始松柏发育，逐渐形成了陆相含煤地层——二迭系。中生代中期，在单县北部和东北部，形成侏罗系上统地层。新生代第三纪（距今6700万年—250万年），单县沉积了巨厚的粘土岩、泥灰岩和砾岩，深度达500—1000米。第四纪（距今250万年至今）由于黄河的搬运和分选作用，从上游冲刷下来的剥蚀物质，交替成层地堆积起来，覆盖了单县地面，其厚度达500米以上，形成今天的黄泛平原。
据物理探测和局部钻探资料，已知地层有太古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系、侏罗系、第三系和第四系。
太古界，为最古老的地层，仅在孙溜以南的县境中部呈东西向分布，岩性主要为混合花岗岩。
寒武系——奥陶系，单县高老家一带的寒武系地层，主要为上统的一部分，缺下、中寒武统，而奥陶系也占有下奥陶统，缺中、上统，因上寒武统与下奥陶统紧密结合，且地层不厚，故划为寒武至奥陶系。岩性主要为碳酸盐岩和部分砂岩、页岩。另外，在县东北部的时楼、张集一带，分布有奥陶系，以白云岩和石灰岩为主要岩性。
石炭系，单县只发育中、上统，为海陆交互相含煤沉积。它是一套深灰色、灰黑色粉砂岩，杂色粘土页岩，薄层灰岩的含煤地层，主要分布在县城以西和西南，面积很小。
二迭系，为陆相含煤地层，主要分布在县城西南和黄岗集西南的边境地区。岩性，灰色、灰白色砂岩，深灰色粉砂岩夹杂色页岩组成，下部夹有煤层。
侏罗系，单县缺中、下统，只有侏罗系上统蒙阴组。岩性变化较大，以紫红色的细砂岩、砂岩、砾岩为主，厚度300—500米。
第三系，下第三系发育不好。主要分布在朱集、蔡堂、杨楼、罗庄、黄堆、徐寨等乡。岩性以杂色粘土岩、粉砂岩夹泥灰岩、砾岩为主，下部普遍含有厚度不等的石膏层。上第三系与第四系界限不易区分。岩性为棕黄色和棕红色粘土岩、泥灰岩、粉细砂岩，下部有薄层煤，底部有砂砾岩。第三系加第四系的厚度达1000—1500米。
第四系，下部多为冲积、洪积层及河湖相堆积。由于黄河的搬运和分选作用，形成今日的黄泛平原。黄河故道及漫滩堆积的细粉砂，有时经风搬运再堆积所形成的波浪状砂堆、砂垄及新月形沙丘，伴有灰黑色淤泥、淤泥质粉砂及灰绿色粘土的海积层。在现代河流两岸则多为浅黄、灰黄色粘质砂土，砂质粘土及细粉砂层，含小砾石，夹中细砂及中粗砂的冲积层。第四系厚度达500米以上。