山东古生代地层广布于安丘-莒县断裂以西的鲁西地层分区内，出露不全，仅发育下古生界寒武一奥陶系和上古生界上石炭统、二叠系，缺失志留纪至早石炭世的沉积。鲁东地层分区未见出露，仅在早白垩世莱阳群地层中见含古生代生物化石的灰岩砾石。华北平原区钻孔揭示有灰岩、白云岩沉积，以寒武一奥陶系最发育，其次为石炭系、二叠系。
1985-1990年，在鲁西地区进行区域地质调查的省地矿局区域地质调查队和第一、二地质队沿用传统的地层划分方案。1991-1995年，省地矿局区域地质调查队进行山东省地层多重划分对比研究，重新划分古生代地层，至2005年仍沿用此划分方案。
一、寒武-奥陶纪地层
山东寒武-奥陶纪地层分布在沂沭断裂带内的安丘-莒县断裂以西的鲁西地区，分属华北平原地层分区和鲁西地层分区。寒武纪海侵由东南临沂地区向北西济南方向，且经历数次大的海平面变化，地层分布有区域差异。华北平原地层分区为巨厚的第四系和古近系、新近系覆盖，仅在钻孔中见及，下部多含石膏矿，研究程度低。由于怀远间断之下寒武纪-早奥陶世地层由东向西超覆及沉积环境的变化，鲁西地层分区地层特征及岩石组合的差异，由东向西进一步分为潍坊一临沂地层小区、淄博一新泰地层小区及济南-滕州地层小区。寒武-奥陶纪地层连续且露头良好，自下而上划分为寒武纪长清群李官组、朱砂洞组和馒头组，中上寒武统一下奥陶统九龙群张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组和奥陶纪马家沟群。
长清群。分布广泛，处于寒武系下部，不整合或平行不整合盖于土门群之上，由东向西超覆于前寒武纪变质基底之上，其上与九龙群为整合接触。其岩性为一套以砖红色、紫色页岩、泥岩为主，灰岩、白云岩为辅，底部常有砾岩、含砾砂岩、顶部砂岩、粉砂岩等海相沉积的岩石组合，产丰富三叶虫化石。由下而上划分为李官组、朱砂洞组及馒头组，属陆表海碎屑岩一碳酸盐岩沉积建造。该群在潍坊一临沂地层小区地层厚度最大，发育最完整，较西部多出两个大的沉积旋回即李官组和下灰岩段及余粮村页岩段。该群中发育有玻璃用石英砂岩、石竒等非金属矿产，总厚433米-731米。
九龙群。是跨系的岩石地层单位，属中上寒武统一下奥陶统。被中-上奥陶统马家沟群平行不整合稷盖，与下伏长清群整合接触，主要由碳酸盐岩组成，下部为厚层鲕粒泥晶灰岩夹页岩，中上部为竹叶状砾屑灰岩，上部为白云岩等。岩性稳定，厚度变化小，总厚517米-658米。产丰富三叶虫化石。由下而上划分为张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组。
马家沟群。山东省选层型剖面在新泰汶南东黄山至吴山。其上为石炭纪月门沟群本溪组平行不整合覆盖，其下与九龙群平行不整合接触。该群在鲁西分布广泛，主要是一套具灰岩与白云岩相间出现、富含头足类古生物化石特征的岩石地层单位。1986—1990年，省地矿局区域地质调查队进行1:20万泰安市、新泰市两幅区域地质调查，将原马家沟组改称马家沟群，六个段划分为六个组。1991-1995年，省地矿局区域地质调查队进行山东省地层多重划分对比研究，依其岩性组合特征由下而上划为东黄山白云岩段、北庵庄石灰岩段、土峪白云岩段、五阳山石灰岩段、阁庄白云岩段、八陡石灰岩段六个段级（相当于组级）岩石地层单位，层型剖面厚847米。地质时限为中-晚奥陶世大湾期-艾家山期。东黄山-阁庄段为中奥陶世，八陡段为中-晚奥陶世。自早到晚为高水位体系域，潮间带潮坪泻湖相一潮间、浅潮下潮坪碳酸盐岩相交替出现的沉积环境。2005年，省地质调查院进行区域 地质志修编，将上述六个段恢复为东黄山组、北庵庄组、土峪组、五阳山组、阁庄组、八陡组，并归并马家沟群。马家沟群是山东石灰岩矿的重要产出层位，并发育石膏矿层，总厚561米-1267米。
二、石炭-二叠纪地层
石炭-二叠纪地层局限分布于鲁西地层分区的断陷盆地和山前盆地内，此外在安丘-莒县断裂南段西侧偶见，其岩性稳定，连续性好，然出露窄且零散，仅发育上石炭统和二叠系，平行不整合盖于奥陶纪马家沟群之上，被三叠纪石千峰群不整合所盖。自下而上出露有晚石炭世一早二叠世月门沟群和中一晚二叠世石盒子群两个岩石地层单位。
1986-1990年，省地矿局区域地质调查队进行1:20万泰安市、新泰市两幅区域地质调查时，沿用传统的石炭纪地层划分为本溪组、太原组的方案，对二叠纪地层则自下而上划分为淄川组、黑山组、万山组、奎山组、孝妇河组。
1991-1995年，省地矿局区域地质调查队进行山东省地层多重划分对比研究，对石炭一二叠纪地层重新进行划分，将石炭纪本溪组、太原组和二叠纪淄川组改称的山西组划归月门沟群，将黑山组、万山组、奎山组、孝妇河组改为段，并归石盒子组。后又将黑山段、万山段、奎山段、孝妇河段恢复为组，并归石盒子群。
晚石炭世-早二叠世月门沟群。主要出露于淄博、章丘、莱芜、枣庄、蒙阴、临沂等地区的山间、山前盆地内，此外在莒南、沂南亦见及，济宁地区为隐伏地层，是山东主要含煤地层。平行不整合盖于奥陶纪马家沟群之上，为一套海陆交互相一陆相含煤岩系，底部铁质泥岩、铝土质泥岩、铝土岩；下部长石石英砂岩、砂质页岩、钙质泥岩；中部泥岩、页岩、粉砂岩夹砂岩、灰岩及煤层，产丰富的腕足、珊瑚、头足、复足动物及植物化石；上部泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹煤层。该群自下而上划分为本溪组、太原组和山西组。该群分布广泛，保存多较完整，由北而南渐厚。月门沟群岩性以铝土岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩及煤层为主，发育煤层是该套地层的主要特征。山东主要可采煤层发育在该群中，并发育有铝土矿及耐火粘土矿。该群总厚184米-475米。
二叠纪石盒子群。分布较广泛，但除章丘、淄博一带保存完整外，其他地区均有不同程度剥蚀，出露不全且零散。其与下伏月门沟群山西组为整合接触，其上被三叠纪石千峰群平行或微角度不整合所盖。该群整体上为一套陆相沉积的由黄绿色、灰绿色砂岩，紫红、灰紫色泥岩夹铝土岩和灰黑色页岩组成的岩石组成，南部偶见煤线，厚度变化大，含丰富植物化石。底以泥岩基本结束、大套黄绿色砂岩出现为界，与下伏山西组整合接触；顶以石千峰群底部紫色砾岩为界，两者呈平行不整合接触。自下而上划分为黑山组、万山组、奎山组、孝妇河组。石盒子群是玻璃硅质原料、耐火粘土矿产出层位，总厚155米-713米。
第三节 古生代地层
山东古生代地层广布于安丘-莒县断裂以西的鲁西地层分区内，出露不全，仅发育下古生界寒武一奥陶系和上古生界上石炭统、二叠系，缺失志留纪至早石炭世的沉积。鲁东地层分区未见出露，仅在早白垩世莱阳群地层中见含古生代生物化石的灰岩砾石。华北平原区钻孔揭示有灰岩、白云岩沉积，以寒武一奥陶系最发育，其次为石炭系、二叠系。
1985-1990年，在鲁西地区进行区域地质调查的省地矿局区域地质调查队和第一、二地质队沿用传统的地层划分方案。1991-1995年，省地矿局区域地质调查队进行山东省地层多重划分对比研究，重新划分古生代地层，至2005年仍沿用此划分方案。
一、寒武-奥陶纪地层
山东寒武-奥陶纪地层分布在沂沭断裂带内的安丘-莒县断裂以西的鲁西地区，分属华北平原地层分区和鲁西地层分区。寒武纪海侵由东南临沂地区向北西济南方向，且经历数次大的海平面变化，地层分布有区域差异。华北平原地层分区为巨厚的第四系和古近系、新近系覆盖，仅在钻孔中见及，下部多含石膏矿，研究程度低。由于怀远间断之下寒武纪-早奥陶世地层由东向西超覆及沉积环境的变化，鲁西地层分区地层特征及岩石组合的差异，由东向西进一步分为潍坊一临沂地层小区、淄博一新泰地层小区及济南-滕州地层小区。寒武-奥陶纪地层连续且露头良好，自下而上划分为寒武纪长清群李官组、朱砂洞组和馒头组，中上寒武统一下奥陶统九龙群张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组和奥陶纪马家沟群。
长清群。分布广泛，处于寒武系下部，不整合或平行不整合盖于土门群之上，由东向西超覆于前寒武纪变质基底之上，其上与九龙群为整合接触。其岩性为一套以砖红色、紫色页岩、泥岩为主，灰岩、白云岩为辅，底部常有砾岩、含砾砂岩、顶部砂岩、粉砂岩等海相沉积的岩石组合，产丰富三叶虫化石。由下而上划分为李官组、朱砂洞组及馒头组，属陆表海碎屑岩一碳酸盐岩沉积建造。该群在潍坊一临沂地层小区地层厚度最大，发育最完整，较西部多出两个大的沉积旋回即李官组和下灰岩段及余粮村页岩段。该群中发育有玻璃用石英砂岩、石竒等非金属矿产，总厚433米-731米。
九龙群。是跨系的岩石地层单位，属中上寒武统一下奥陶统。被中-上奥陶统马家沟群平行不整合稷盖，与下伏长清群整合接触，主要由碳酸盐岩组成，下部为厚层鲕粒泥晶灰岩夹页岩，中上部为竹叶状砾屑灰岩，上部为白云岩等。岩性稳定，厚度变化小，总厚517米-658米。产丰富三叶虫化石。由下而上划分为张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组。
马家沟群。山东省选层型剖面在新泰汶南东黄山至吴山。其上为石炭纪月门沟群本溪组平行不整合覆盖，其下与九龙群平行不整合接触。该群在鲁西分布广泛，主要是一套具灰岩与白云岩相间出现、富含头足类古生物化石特征的岩石地层单位。1986—1990年，省地矿局区域地质调查队进行1:20万泰安市、新泰市两幅区域地质调查，将原马家沟组改称马家沟群，六个段划分为六个组。1991-1995年，省地矿局区域地质调查队进行山东省地层多重划分对比研究，依其岩性组合特征由下而上划为东黄山白云岩段、北庵庄石灰岩段、土峪白云岩段、五阳山石灰岩段、阁庄白云岩段、八陡石灰岩段六个段级（相当于组级）岩石地层单位，层型剖面厚847米。地质时限为中-晚奥陶世大湾期-艾家山期。东黄山-阁庄段为中奥陶世，八陡段为中-晚奥陶世。自早到晚为高水位体系域，潮间带潮坪泻湖相一潮间、浅潮下潮坪碳酸盐岩相交替出现的沉积环境。2005年，省地质调查院进行区域 地质志修编，将上述六个段恢复为东黄山组、北庵庄组、土峪组、五阳山组、阁庄组、八陡组，并归并马家沟群。马家沟群是山东石灰岩矿的重要产出层位，并发育石膏矿层，总厚561米-1267米。
二、石炭-二叠纪地层
石炭-二叠纪地层局限分布于鲁西地层分区的断陷盆地和山前盆地内，此外在安丘-莒县断裂南段西侧偶见，其岩性稳定，连续性好，然出露窄且零散，仅发育上石炭统和二叠系，平行不整合盖于奥陶纪马家沟群之上，被三叠纪石千峰群不整合所盖。自下而上出露有晚石炭世一早二叠世月门沟群和中一晚二叠世石盒子群两个岩石地层单位。
1986-1990年，省地矿局区域地质调查队进行1:20万泰安市、新泰市两幅区域地质调查时，沿用传统的石炭纪地层划分为本溪组、太原组的方案，对二叠纪地层则自下而上划分为淄川组、黑山组、万山组、奎山组、孝妇河组。
1991-1995年，省地矿局区域地质调查队进行山东省地层多重划分对比研究，对石炭一二叠纪地层重新进行划分，将石炭纪本溪组、太原组和二叠纪淄川组改称的山西组划归月门沟群，将黑山组、万山组、奎山组、孝妇河组改为段，并归石盒子组。后又将黑山段、万山段、奎山段、孝妇河段恢复为组，并归石盒子群。
晚石炭世-早二叠世月门沟群。主要出露于淄博、章丘、莱芜、枣庄、蒙阴、临沂等地区的山间、山前盆地内，此外在莒南、沂南亦见及，济宁地区为隐伏地层，是山东主要含煤地层。平行不整合盖于奥陶纪马家沟群之上，为一套海陆交互相一陆相含煤岩系，底部铁质泥岩、铝土质泥岩、铝土岩；下部长石石英砂岩、砂质页岩、钙质泥岩；中部泥岩、页岩、粉砂岩夹砂岩、灰岩及煤层，产丰富的腕足、珊瑚、头足、复足动物及植物化石；上部泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹煤层。该群自下而上划分为本溪组、太原组和山西组。该群分布广泛，保存多较完整，由北而南渐厚。月门沟群岩性以铝土岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩及煤层为主，发育煤层是该套地层的主要特征。山东主要可采煤层发育在该群中，并发育有铝土矿及耐火粘土矿。该群总厚184米-475米。
二叠纪石盒子群。分布较广泛，但除章丘、淄博一带保存完整外，其他地区均有不同程度剥蚀，出露不全且零散。其与下伏月门沟群山西组为整合接触，其上被三叠纪石千峰群平行或微角度不整合所盖。该群整体上为一套陆相沉积的由黄绿色、灰绿色砂岩，紫红、灰紫色泥岩夹铝土岩和灰黑色页岩组成的岩石组成，南部偶见煤线，厚度变化大，含丰富植物化石。底以泥岩基本结束、大套黄绿色砂岩出现为界，与下伏山西组整合接触；顶以石千峰群底部紫色砾岩为界，两者呈平行不整合接触。自下而上划分为黑山组、万山组、奎山组、孝妇河组。石盒子群是玻璃硅质原料、耐火粘土矿产出层位，总厚155米-713米。