(1)古元古界:温泉群(Pt)分布在博尔塔拉河中、上游以南，别珍套山北坡。在汗吉尕山达巴特有小面积出露。主要岩性为深变质的二云斜长片麻岩、斜长角闪片岩、角闪岩、绢云母变粒岩、二云母片岩和大理岩、石英岩等。厚度1744m。地层及侵入岩中混合岩化十分强烈，常形成贯入的长英质片麻岩、混合花岗岩等。
(2)中元古界:分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带西部，主要出露于温泉地层小区，在博罗霍洛山地层小区有少量分布，主要为长城系特克斯群(ChT)、蓟县系库松木切克群(JxK)轻微变质的碎屑岩和碳酸盐岩等组成，是铅锌多金属矿的主要赋存层位。特克斯群(ChT)分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带西北邻区，为一套浅变质的碎屑岩夹少量碳酸盐岩建造。主要岩性为灰色-深灰色千枚岩、板岩、粉砂岩、石英岩夹少量大理岩、灰岩、火山岩等组成，在大理岩中见叠层石碎片。可见厚度1300～2081m。库松木切克群(JxK)分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带西部库松木切克山及博罗霍洛山西端的契尔格地区，为一套浅海相碳酸盐岩夹有硅质岩和碎屑岩的沉积建造。主要岩性为灰-灰黑色夹灰白色薄至厚层及角砾状构造的灰岩，白云质大理岩夹砂岩、硅质岩及碳质页岩，该群内含磷矿和叠层石及微古植物化石，厚度大于1828.9m，与下伏特克斯群(ChT)未见直接接触。
(3)新元古界:集中分布于库松木切克山南坡及科古琴山一带，出露地层为青白口系开尔塔斯群(QbKR)、震旦系凯拉克提群(ZKL)。开尔塔斯群(QbKR)分布于库松木切克山南坡及科古琴山南、北坡广大地区，主要为一套碳酸岩夹少量碎屑岩，浅海台地相区和边缘台地相区的过渡产物。下部岩性为灰色灰岩、灰质白云岩、大理岩、碳质泥质灰岩、碳质页岩，上部为浅灰色灰岩、大理岩化灰岩、白云岩及硅质岩等组成。地层出露厚度462.1～2398.2m。碳酸盐岩中产丰富的叠层石，与下伏蓟县系库松木切克群(JxK)为断层接触。凯拉克提群(ZKL)呈NWW-SEE方向沿科琴山主脊地带及附近展布，主要为一套滨-浅海碎屑岩夹冰川碎屑沉积，为台地相区和陆地边缘相区附近的产物。岩性主要由一套灰色-灰紫色具微细层理的泥质粉砂岩、砂岩、泥岩夹结晶灰岩及薄层冰碛岩组成。出露厚度199.1～1376.5m。与下伏地层开尔塔斯群(QbKR)不整合接触。该群大部分岩石含磷，含P2O5一般0.259%～0.59%，个别达6%。
(4)下古生界:寒武系()分布于科古琴山主脊及北坡近山脊处，与震旦系凯拉克提群相伴出现。出露面积小，岩性主要为一套富含三叶虫化石的碳酸盐岩及碎屑岩组成，厚度34.25～158.97m，平行不整合覆于震旦系凯拉克提群之上，是本区磷块岩矿床产出的重要部位。奥陶系(O)分布于博罗霍洛山主脊和科古琴山南坡以及果子沟和阿哈恰特以东小面积出露，岩性主要为一套海相碎屑岩夹少量碳酸盐岩，含笔石、珊瑚等化石，厚度为415.5～2738.7m。与下伏寒武系果子沟组为整合接触。志留系(S)分于博罗霍洛山南坡至伊宁盆地北缘大断裂北侧，新二台南至奈楞格勒达坂一带，岩性主要为一套海相碎屑岩、火山碎屑岩及碳酸盐岩等组成，含笔石、珊瑚、腕足类等化石，厚度为556.2～8253.5m。与下伏奥陶系呼独克达坂组为不整合接触。
(5)上古生界:广布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带东部和北部，中部和南部也有少量分布。泥盆系(D)主要分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带中北部，即博罗霍洛山和科古琴山北部，区内缺失泥盆系下统，仅见有泥盆系中、上统，岩性主要为一套浅海相至海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩、火山岩等，出露厚度782.8～5849.3m。中泥盆统汗吉尕组(D2hj)岩性主要为一套浅海相灰白、灰绿、灰黑色钙质、泥质粉砂岩、细砂岩、细砾岩夹灰岩、杏仁状玄武岩、辉绿岩、硅质岩、凝灰质页岩。岩性较稳定，含丰富的珊瑚、腕足类等化石，下部未见底。上泥盆统托斯库尔他乌组(D3ts)岩性主要为一套海陆交互相灰、绿、紫杂色砾岩、砂岩、含泥质、钙质和硅质的粉砂岩夹长英钠长斑岩、岩屑凝灰岩、硅质岩、页岩等。岩性较为稳定，含斜方薄皮木等植物化石和少量的腕足类化石，局部浅变质，与中泥盆统汗吉尕组为不整合接触。石炭系(C)广泛分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带中南部，北部也有少量出露。下石炭统大哈拉军山组(C1d)岩性主要为一套灰紫色、紫红色、灰绿色安山玢岩、流纹斑岩、霏细斑岩、英安斑岩及少量玄武玢岩，同质火山碎屑岩夹少量砂岩、砾岩、凝灰质砂岩、灰岩等，与下伏地层均为不整合接触;下石炭统阿克沙克组(C1a)为一套浅海相碳酸盐和陆源碎屑岩，主要岩性为深灰色-灰色生物碎屑灰岩、鲕状灰岩、结晶灰岩、砂质灰岩、泥灰岩、砂质页岩、钙质页岩、钙质砂岩、粉砂岩、砾岩、凝灰质砂岩-砾岩、沉凝灰岩。钙质砂岩、粉砂岩和灰岩中富含腕足类和珊瑚化石，与上覆伊什基里克组及下伏大哈拉军山组均为不整合接触;上石炭统伊什基里克组(C2y)为一套海相火山喷发岩，主要岩性为一套灰绿-紫红色流纹斑岩、霏细斑岩、钠长斑岩、安山玢岩、玄武玢岩、英安斑岩及其同质火山碎屑岩、凝灰质碎屑岩，未见上覆地层，其下与阿克沙克组不整合接触;上石炭统东图津河组(C2dt)主要为一套灰色-灰黑色浅海相生物碎屑灰岩、灰岩、泥灰岩、碎屑岩、上部见灰紫色火山碎屑岩，含丰富的蜓珊瑚、腕足类化石，其上与科古琴山组、其下与阿克沙克组均为不整合接触;上石炭统科古琴山组(C2kg)主要为一套浅海相至滨海相陆源碎屑岩、碳酸盐岩夹火山岩等岩石组成，含腕足类、珊瑚、双壳类、腹足类等化石。与上覆乌朗组，下伏东图津河组均为不整合接触。二叠系零星分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带南部及北部，出露有二叠系下统乌郎组(P1w)，上统铁木里克组(P2tm)，可见厚度为1019.1～1386.3m。下二叠统乌郎组(P1w)为中性、酸性火山岩及其碎屑岩夹玄武岩，下部为中酸性凝灰熔岩，安山岩、安山玢岩夹玄武岩、流纹岩、霏细斑岩及火山角砾岩，凝灰砂岩、砂砾岩;上部为安山岩、玄武安山玢岩、流纹斑岩、石英霏细斑岩不均匀互层夹砂岩、凝灰砂岩、火山角砾岩，含少量植物化石，与石炭系上统科古琴山组不整合接触;上二叠统铁木里克组(P2tm)为一套紫色、紫红色、灰紫色砂岩、岩屑砂岩、砾岩、细砂岩及粉砂岩，偶见双壳类化石，与乌郎组为不整合接触。
(6)中生界:分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带西南角，即伊宁盆地北部。三叠系中—上统小泉沟群(T2－3XQ)出露于西起肯萨依，东到彼利克溪河一带，近EW向延伸，西宽东窄，形似喇叭状，为一套湖相沉积泥质-碎屑岩建造，主要岩性为紫红色、灰紫色、黄色厚层状粉砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、含砾砂岩及砂砾岩夹少量炭质泥岩及泥灰岩等。出露厚度为229m。其下与石炭系上统伊什基里克组以角度不整合接触;侏罗系分布于西天山莱历斯高尔-达巴特一带西南角，三叠系地层的南侧，地层发育较全，呈近EW向带状延伸，长约50余千米，属于湖沼相-河流三角洲相碎屑岩沉积建造，沉积厚度为826.6～1604.3m。下统八道湾组(J1b)为一套湖沼相含煤碎屑岩建造，主要岩性下部为灰黄色-黄绿色岩屑石英砂岩、粉砂岩及灰色泥岩互层，上部为灰色、灰黑色、灰黄色砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤层及菱镁矿。富含植物化石。该组有可采煤层15层，总厚度达71.6m。其下与三叠系小泉沟群为整合接触;三工河组(J1s)为一套河流相粗碎屑岩建造，主要岩性为黄色细砾岩、灰色岩屑石英粗砂岩、泥岩等，局部夹少量薄煤层及铁质砂岩或菱铁矿。其下与八道湾组为整合接触;侏罗系中统西山窑组(J2x)为一套沼泽相含煤碎屑岩建造，主要岩性为灰色-灰黄色砂岩、泥岩夹煤层及铁质砂岩或菱铁矿。富产植物化石。含可采煤层4层，总厚度36.3m。其下与三工河组为整合接触;侏罗系上统齐古组(J3q)为一套滨湖河流三角洲相碎屑岩建造，岩性特征底部为姜黄色砾岩，下部为石英砂岩、砂砾岩夹似层状、团块状砖红色粘土质泥岩，上部为紫红色泥质细砂砾岩，其下西山窑组为平行不整合接触。白垩系主要为砂砾岩建造、砂泥岩建造。
(7)新生界第三系(E-N)、第四系(Q):分布于精河凹陷及赛里木湖周围及河谷、山间洼地等处，多数为冲坡积砾石、砂土，少数为湖相粉砂岩、泥岩。
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