山东新生代古近纪、新近纪和第四纪地层均有出露，其中第四纪地层分布最广。依据古近纪、新近纪地层在全省范围内的发育特征、地层序列及构 造特征等，可划分为华北平原、鲁西、鲁东三个地层分区，厘定为5群41组。第四纪地层分为山地丘陵区、华北平原区两个地层分区，岩石地层单位48划分为23个组。
1986—2000年，1:5万、1:20万区域地质调査和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工作，对新生代的岩石 地层进行划分研究，在丘陵山区，将早第三纪含宵盐岩系、含煤岩系分别提组为群（官庄群、五图群）；晚第三纪基性火山岩夹沉积岩并组为临朐群；依据物质组成特征的不同，全省建立统一的第四纪岩石地层单位。2001年，第三届全国地层会议将早第三纪改称古近纪，晚第三纪改称新近纪。2002—2003年，省地质调查院进行1:20万济宁市、金乡县幅区域地质调查，将平原区第四纪全新世地层新增加黄河决口扇、古河道相的单县组，黄河两侧早期沉积的巨野组，黄河冲积扇前缘洼地沉积的鱼台组。
―、古近纪地层
古近纪地层主要出露于鲁西地层分区各中生代盆地内，在枣庄、宁阳地区第四系覆盖下亦有隐伏者；鲁东地层分区出露少，仅在平度见及，多系第 四系覆盖下的隐伏地层。华北平原分区被第四系和新近系所盖。该纪地层不整合盖于白垩系或更老地层之上，个别地区与晚白垩世为过渡关系，其上与新近纪地层关系不明。古近纪地层分官庄群、五图群和济阳群，群间未见相关性，为同时异地沉积。
官庄群。出露于泰安一莱芜、新泰一蒙阴、泗水一平邑中新生代盆地内。此外在枣庄、宁阳、肥城地区第四系覆盖之下亦有。该群不整合盖于白垩纪或更老地层之上，其上被第四系覆盖。为一套含膏盐的红色、灰色山麓洪积一河湖相碎屑岩沉积物。各盆地沉积相对独立，互不沟通，具边缘粗、向内渐细的展布特点。从早到晚沉降中心无论单独盆地或从南到北各盆地，均从南东向北西迁移。岩性主要为烁岩夹砂岩、含膏泥岩及石膏，产介形虫、腹足、双壳、哺乳类动物及孢子花粉化石等。自下而上划分为固城组、卞桥组、常路组、朱家沟组、大汶口组，总厚3625米?3789米。卞桥组为石膏矿主要层位。官庄群各组岩石组合，反映非同时不同环境沉积特点：早期局部山间盆地残留滨湖相一辫状河沉积（前二组），此后经历三次由粗到细沉积旋回（后三组）即辫状河（曲流河）沉积一浅（深）湖相沉积。自南东向北西，韩泗盆地、平邑盆地下部层位固城组、卞桥组较发育；蒙阴、陶枣、南麻等盆地主要发育常路组、朱家沟组；大汶口、汶东、莱芜等地大汶口组发育较好，生物组合面貌为古近纪古新世一渐新世早期产物。
五图群。局限分布于鲁西地层分区的临朐一昌乐中新生代盆地的昌乐五图、小楼、北岩和临朐牛山、罗家树以及安丘盆地李家埠一带，鲁东地层分区仅分布在黄县盆地龙口一蓬莱一带、莱州北、平度等地。平度以南均为第四系稷盖之下的隐伏地层，不整合盖于晚白垩世王氏群地层之上，被新近纪临朐群不整合拟盖，是一套含煤、油页岩的山间盆地沉积。各地岩性和厚度不尽相同：下部砾岩、砂砾岩夹砂岩、泥岩、泥质砂岩，中部细砂岩、泥岩、油页岩、碳质页岩、泥灰岩及煤层，上部粉砂岩、砂质页岩、泥岩、泥灰岩，偶见砾岩。该群是含丰富腹足、介形虫、脊椎动物、哺乳动物化石的含煤层位，自下而上划为朱壁店组、李家崖组、小楼组，组间整合接触。五图群在鲁西地区总体上北厚南薄，在五图一带厚近1500米，岩性、岩相变化较大，由南向北粒度变细，含煤及油页岩增多；鲁东地区蓬莱一龙口一带，最厚1600米，一般600米-1000米，碳酸盐岩较发育，厚度大，分布稳定，属原生沉积。岩性组合特征反映其早期辫状河一曲流河沉积，中期浅湖相沉积，晚期滨湖相沉积。生物组合面貌为始新世产物。
济阳群。分布于华北平原区的潍北、东营、济阳、临清及德州、东明一带，系隐伏于华北平原分区第四系和新近纪黄骅群之下的一套富含石油、天然气的碎屑岩系。处齐广断裂以北的广大地区，不整合于中生代或古生代地层之上，上与新近纪黄骅群不整合接触。主要岩性为泥岩、砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩、灰岩、白云岩、油页岩等，是华北平原区主要含石油、天然气层位，产介形虫、腹足动物、轮藻及孢粉化石。自下而上划分为孔店组、沙河街组、东营组，前两者为平行不整合，后两者为整合接触，厚3350米，为始新世晚期一渐新世深湖一滨湖相沉积。
二、新近纪地层
新近纪地层集中出露于沂沭断裂带北部及断裂带以东的龙口一蓬莱和栖霞地区。此外在华北地层分区第四系之下隐伏存在。地表所见为两套被状玄 武岩夹碎屑岩。不整合盖于古近纪及其之前的地层或变质基底之上，其上被第四系覆盖。新近纪地层包括临朐群和巴漏河、白彦两个组及隐伏地层黄骅群，巴漏河和白彦组分布局限，未见其间相互关系。
临朐群。主要分布于沂沭断裂带中北部的沂水、临朐、昌乐、安丘、潍坊等地，在莱芜、周村、淄博等地也有少量分布；另外在鲁东地层分区的蓬 莱、栖霞、福山等地亦有分布，不整合或超覆不整合盖于古近纪及更老地层或变质基底岩系之上，未见顶。岩性主要为玄武岩夹砂砾岩、粘土岩及硅藻土，为上下两套玄武岩和中部砂烁岩、砂岩、桂藻土页岩、粘土页岩的岩石组合。自下而上划分为牛山组、山旺组和尧山组。山旺组分布局限，多数地区缺失，大部分地区为牛山组、尧山组。尧山组平行不整合盖于牛山组之上，或二者均单独出现，单独者其底有砂砾岩。该群是一套陆相裂隙式火山多次溢流的产物。牛山组各地厚度不一，沂水地区241米-290米，其K-Ar等时线年龄值集中于16.05-19.73百万年；山旺组分布虽少，然含丰富的哺乳类、鸟类、爬行类、鱼、昆虫等动物及植物化石，玄武岩夹层K-Ar同位素年龄18?13百万年，二者属中新世早期；尧山组平行不整合盖于牛山组之上，昌乐蓝宝石矿源位于该组，玄武岩K-Ar同位素年龄值11.40-4.39百万年，应属中新世晚期一上新世产物。
黄骅群。是分布于华北平原分区第四系之下、古近纪济阳群之上的一套隐伏地层，地表无露头，不整合于济阳群之上，被第四系所覆盖。岩性系一 套砂岩、细砂岩、泥岩互层夹砂砾岩的陆相碎屑沉积岩，分为上、下两套岩层，下部粒度偏粗，色调较杂，为馆陶组；上部粒度偏细，为明化镇组。二者整合接触，厚700米-1500米，属中一上新世河湖相一滨湖相沉积。
巴漏河组及白彦组。巴漏河组岩性主要为一套淡水结晶灰岩、泥岩及砂砾岩，为山麓边缘河湖相沉积，厚6米?17米。巴漏河组地层分布局限， 主要见于西巴漏河、青杨河沿岸。白彦组主要见于鲁西地区内早古生代碳酸盐岩出露区的高中级夷平面上（裂隙或溶洞中）。岩性主要为燧石质砾岩，在鲁南地区该组内可见金刚石。
三、第四纪地层
第四纪地层广布于华北平原地层分区、鲁西地层分区及山区各大水系流域的河床、漫滩、山间（前）凹地、坡缘及海岸线一带，组成山区前缘堆 积平原和山间冲积平原，多系松散堆积物。依据其发育特征、岩石组合、接触关系及序列特征等，可分为山地丘陵区（包括山前平原）和华北平原区2 个地层分区，共划分为23个组，以全新世底部黑色粘土（黑土湖组）为标志，其下为更新世，包括穿时的山前组在内共10个组级岩石地层单位。其上包括黑土湖在内为全新世堆积物，有13个岩石地层单位，其中史家沟组为玄武岩，沂源组为洞穴堆积，小坨子组为生物碎屑堆积。单县组、巨野组、鱼台组为黄河决口冲积扇相。单县组、巨野组、鱼台组与平原组、黄河组在华北平原地层分区分布广泛。
第四纪地层是山东重要的含矿岩系，在某些层位发育金刚石砂矿、砂金矿、蓝宝石砂矿、玻璃用石英砂矿、型砂矿、锆英石及金红石砂矿等多种矿产。
第五节 新生代地层
山东新生代古近纪、新近纪和第四纪地层均有出露，其中第四纪地层分布最广。依据古近纪、新近纪地层在全省范围内的发育特征、地层序列及构 造特征等，可划分为华北平原、鲁西、鲁东三个地层分区，厘定为5群41组。第四纪地层分为山地丘陵区、华北平原区两个地层分区，岩石地层单位48划分为23个组。
1986—2000年，1:5万、1:20万区域地质调査和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工作，对新生代的岩石 地层进行划分研究，在丘陵山区，将早第三纪含宵盐岩系、含煤岩系分别提组为群（官庄群、五图群）；晚第三纪基性火山岩夹沉积岩并组为临朐群；依据物质组成特征的不同，全省建立统一的第四纪岩石地层单位。2001年，第三届全国地层会议将早第三纪改称古近纪，晚第三纪改称新近纪。2002—2003年，省地质调查院进行1:20万济宁市、金乡县幅区域地质调查，将平原区第四纪全新世地层新增加黄河决口扇、古河道相的单县组，黄河两侧早期沉积的巨野组，黄河冲积扇前缘洼地沉积的鱼台组。
―、古近纪地层
古近纪地层主要出露于鲁西地层分区各中生代盆地内，在枣庄、宁阳地区第四系覆盖下亦有隐伏者；鲁东地层分区出露少，仅在平度见及，多系第 四系覆盖下的隐伏地层。华北平原分区被第四系和新近系所盖。该纪地层不整合盖于白垩系或更老地层之上，个别地区与晚白垩世为过渡关系，其上与新近纪地层关系不明。古近纪地层分官庄群、五图群和济阳群，群间未见相关性，为同时异地沉积。
官庄群。出露于泰安一莱芜、新泰一蒙阴、泗水一平邑中新生代盆地内。此外在枣庄、宁阳、肥城地区第四系覆盖之下亦有。该群不整合盖于白垩纪或更老地层之上，其上被第四系覆盖。为一套含膏盐的红色、灰色山麓洪积一河湖相碎屑岩沉积物。各盆地沉积相对独立，互不沟通，具边缘粗、向内渐细的展布特点。从早到晚沉降中心无论单独盆地或从南到北各盆地，均从南东向北西迁移。岩性主要为烁岩夹砂岩、含膏泥岩及石膏，产介形虫、腹足、双壳、哺乳类动物及孢子花粉化石等。自下而上划分为固城组、卞桥组、常路组、朱家沟组、大汶口组，总厚3625米?3789米。卞桥组为石膏矿主要层位。官庄群各组岩石组合，反映非同时不同环境沉积特点：早期局部山间盆地残留滨湖相一辫状河沉积（前二组），此后经历三次由粗到细沉积旋回（后三组）即辫状河（曲流河）沉积一浅（深）湖相沉积。自南东向北西，韩泗盆地、平邑盆地下部层位固城组、卞桥组较发育；蒙阴、陶枣、南麻等盆地主要发育常路组、朱家沟组；大汶口、汶东、莱芜等地大汶口组发育较好，生物组合面貌为古近纪古新世一渐新世早期产物。
五图群。局限分布于鲁西地层分区的临朐一昌乐中新生代盆地的昌乐五图、小楼、北岩和临朐牛山、罗家树以及安丘盆地李家埠一带，鲁东地层分区仅分布在黄县盆地龙口一蓬莱一带、莱州北、平度等地。平度以南均为第四系稷盖之下的隐伏地层，不整合盖于晚白垩世王氏群地层之上，被新近纪临朐群不整合拟盖，是一套含煤、油页岩的山间盆地沉积。各地岩性和厚度不尽相同：下部砾岩、砂砾岩夹砂岩、泥岩、泥质砂岩，中部细砂岩、泥岩、油页岩、碳质页岩、泥灰岩及煤层，上部粉砂岩、砂质页岩、泥岩、泥灰岩，偶见砾岩。该群是含丰富腹足、介形虫、脊椎动物、哺乳动物化石的含煤层位，自下而上划为朱壁店组、李家崖组、小楼组，组间整合接触。五图群在鲁西地区总体上北厚南薄，在五图一带厚近1500米，岩性、岩相变化较大，由南向北粒度变细，含煤及油页岩增多；鲁东地区蓬莱一龙口一带，最厚1600米，一般600米-1000米，碳酸盐岩较发育，厚度大，分布稳定，属原生沉积。岩性组合特征反映其早期辫状河一曲流河沉积，中期浅湖相沉积，晚期滨湖相沉积。生物组合面貌为始新世产物。
济阳群。分布于华北平原区的潍北、东营、济阳、临清及德州、东明一带，系隐伏于华北平原分区第四系和新近纪黄骅群之下的一套富含石油、天然气的碎屑岩系。处齐广断裂以北的广大地区，不整合于中生代或古生代地层之上，上与新近纪黄骅群不整合接触。主要岩性为泥岩、砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩、灰岩、白云岩、油页岩等，是华北平原区主要含石油、天然气层位，产介形虫、腹足动物、轮藻及孢粉化石。自下而上划分为孔店组、沙河街组、东营组，前两者为平行不整合，后两者为整合接触，厚3350米，为始新世晚期一渐新世深湖一滨湖相沉积。
二、新近纪地层
新近纪地层集中出露于沂沭断裂带北部及断裂带以东的龙口一蓬莱和栖霞地区。此外在华北地层分区第四系之下隐伏存在。地表所见为两套被状玄 武岩夹碎屑岩。不整合盖于古近纪及其之前的地层或变质基底之上，其上被第四系覆盖。新近纪地层包括临朐群和巴漏河、白彦两个组及隐伏地层黄骅群，巴漏河和白彦组分布局限，未见其间相互关系。
临朐群。主要分布于沂沭断裂带中北部的沂水、临朐、昌乐、安丘、潍坊等地，在莱芜、周村、淄博等地也有少量分布；另外在鲁东地层分区的蓬 莱、栖霞、福山等地亦有分布，不整合或超覆不整合盖于古近纪及更老地层或变质基底岩系之上，未见顶。岩性主要为玄武岩夹砂砾岩、粘土岩及硅藻土，为上下两套玄武岩和中部砂烁岩、砂岩、桂藻土页岩、粘土页岩的岩石组合。自下而上划分为牛山组、山旺组和尧山组。山旺组分布局限，多数地区缺失，大部分地区为牛山组、尧山组。尧山组平行不整合盖于牛山组之上，或二者均单独出现，单独者其底有砂砾岩。该群是一套陆相裂隙式火山多次溢流的产物。牛山组各地厚度不一，沂水地区241米-290米，其K-Ar等时线年龄值集中于16.05-19.73百万年；山旺组分布虽少，然含丰富的哺乳类、鸟类、爬行类、鱼、昆虫等动物及植物化石，玄武岩夹层K-Ar同位素年龄18?13百万年，二者属中新世早期；尧山组平行不整合盖于牛山组之上，昌乐蓝宝石矿源位于该组，玄武岩K-Ar同位素年龄值11.40-4.39百万年，应属中新世晚期一上新世产物。
黄骅群。是分布于华北平原分区第四系之下、古近纪济阳群之上的一套隐伏地层，地表无露头，不整合于济阳群之上，被第四系所覆盖。岩性系一 套砂岩、细砂岩、泥岩互层夹砂砾岩的陆相碎屑沉积岩，分为上、下两套岩层，下部粒度偏粗，色调较杂，为馆陶组；上部粒度偏细，为明化镇组。二者整合接触，厚700米-1500米，属中一上新世河湖相一滨湖相沉积。
巴漏河组及白彦组。巴漏河组岩性主要为一套淡水结晶灰岩、泥岩及砂砾岩，为山麓边缘河湖相沉积，厚6米?17米。巴漏河组地层分布局限， 主要见于西巴漏河、青杨河沿岸。白彦组主要见于鲁西地区内早古生代碳酸盐岩出露区的高中级夷平面上（裂隙或溶洞中）。岩性主要为燧石质砾岩，在鲁南地区该组内可见金刚石。
三、第四纪地层
第四纪地层广布于华北平原地层分区、鲁西地层分区及山区各大水系流域的河床、漫滩、山间（前）凹地、坡缘及海岸线一带，组成山区前缘堆 积平原和山间冲积平原，多系松散堆积物。依据其发育特征、岩石组合、接触关系及序列特征等，可分为山地丘陵区（包括山前平原）和华北平原区2 个地层分区，共划分为23个组，以全新世底部黑色粘土（黑土湖组）为标志，其下为更新世，包括穿时的山前组在内共10个组级岩石地层单位。其上包括黑土湖在内为全新世堆积物，有13个岩石地层单位，其中史家沟组为玄武岩，沂源组为洞穴堆积，小坨子组为生物碎屑堆积。单县组、巨野组、鱼台组为黄河决口冲积扇相。单县组、巨野组、鱼台组与平原组、黄河组在华北平原地层分区分布广泛。
第四纪地层是山东重要的含矿岩系，在某些层位发育金刚石砂矿、砂金矿、蓝宝石砂矿、玻璃用石英砂矿、型砂矿、锆英石及金红石砂矿等多种矿产。