地层特点壶口一带属华北地层区的陕甘宁盆地地层分区。在黄河谷地出露的基岩为三叠系中统下部纸坊组(T2Z);而在黄河西岸的一些支流河沟中,三叠系中统上部铜川组(T2t)时有出露,基岩之上覆盖着中更新世和晚更新世黄土(Q2+3)。按照由老到新的顺序,壶口一带出露的地层如下:三叠系中统下部——纸坊组(T2Z):该组取名于铜川市纸坊镇。岩性以紫红、紫灰色为主的砂泥岩互层。下粗上细、含脊椎动物、植物、介形、瓣鳃、叶肢介等化石。厚度约数百米,属内陆河湖相沉积。三叠系中统上部——铜川组(T2t):底部从块状中,粗砂粒岩开始,至顶部为黑、深灰绿色页岩。自下而上由粗变细,自成一旋回。剖面以铜川最完整。化石最丰富而命名。厚400多米,仍属内陆河湖相沉积。铜川组和纸坊组之间呈整合接触。第四系中更新统离石黄土与上更新统马兰黄土(Q2+3):中更新统离石黄土为浅灰黄、淡红灰色黄土,夹不等厚的红褐色古土壤层,底部为亚砂土或砂层,含丰富的脊椎动物化石。上更新统马兰黄土为浅灰黄色黄土的风尘堆积物。黄土与下伏基岩呈明显的不整合接触。