1.太古宙—古元古代地层
该阶段地层零星出露于塔南缘铁克里克山、阿尔金山、昆仑山以及属于羌塘地层区的塔什库尔干一带。一般呈（微型）陆块残存在古生代造山带内，零星分布，其变形、变质程度太古宇与古元古界难以区分，多为高角闪岩相（局部有麻粒岩相）灰色片麻岩和变质表壳岩系，普遍有磁铁石英岩，也见有科马提岩，尽管它们的原始位态关系不清，还值得进一步研究，但它们均属本区前寒武纪早期大陆地壳的组成部分。按现今的格局，有塔里木-南疆（以下简称塔南）、秦-祁-昆和巴颜喀拉-羌塘3个分布区。
塔南区的新太古-古元古代地层赫罗斯坦岩群、埃连卡特岩群（铁克里克地区）和阿尔金岩群（阿尔金山地区）是高角闪岩相（局部有麻粒岩相）-低角闪岩相变质的片岩、
表1-2 青藏高原北部断代地层区划简表
秦-祁-昆地层区内古元古代地层是东昆仑的白沙河岩群、苦海岩群及西昆仑的库浪那古岩群，其构造叠置厚度超过20 km。岩石类型为角闪岩相变质的片麻岩、各种片岩、变粒岩、大理岩、石英岩和深变质砂岩，夹变基性火山岩和硅质岩，西昆仑库浪那古岩群含厚度近300 m的纹层状磁铁石英岩。原岩以碎屑岩为主，夹碳酸盐岩和基性火山岩，表现为活动型沉积。另外，在东昆仑格尔木白日其利一带出露有3280 Ma的表壳岩（Sm-Nd；青海省地质矿产开发局，2005）。
巴颜喀拉-羌塘地层区内有喀喇昆仑地区的布伦阔勒岩群，为石英片岩、片麻岩、变粒岩、斜长角闪岩夹磁铁石英岩、大理岩。前苏联在东南帕米尔与本群相当地层中获U Pb和Rb-Sr等时线年龄2130～2700 Ma。
2.长城纪—青白口纪地层
该阶段地层分布范围较广（表1-2），其主体沉积组合所反映的特征是不同类型微陆块或陆缘与裂谷（陷）带相间的构造格局。
塔里木地层区长城、蓟县和青白口系都很发育，主要为碎屑岩和碳酸盐岩沉积，并有安山岩和火山碎屑岩夹硅质岩。阿尔金地层区地层发育程度与塔里木区相似，蓟县系、青白口系组成与之相似，长城系却有明显差异，塔里木铁克里克地区为细碧角斑岩建造，阿尔金区为一套陆缘碎屑岩-碳酸盐岩夹火山岩沉积。
昆仑地层区长城、蓟县和青白口系都有分布，其中长城系主体为以稳定型成熟度较高的陆源碎屑岩为主的沉积，西昆仑局部有活动型沉积。蓟县纪和青白口纪昆仑区的沉积格局发生了分化，以昆中线状分布的镁铁、超镁铁质杂岩为分隔，南北沉积不同，北部为稳定的陆棚碎屑岩、台地相碳酸盐岩，厚4000～2000 m；南部发育活动型碱性拉斑系列变质火山岩、海相灰岩，厚3000余米。其共同特点是塔里木、阿尔金、昆仑区灰岩中所含的叠层石化石均为华北区的常见分子，反映此处裂解并未形成具分隔意义的洋盆。
巴颜喀拉-芒康-思茅地层区出露的最老地层为宁多岩群，分布极为零星，呈岩片夹于构造混杂岩带中，岩性为各种石英片岩、石英岩、大理岩夹浅粒岩及斜长角闪岩等，碎屑岩成熟度较高，厚1600余米，为稳定性沉积。有中、新元古代的同位素年龄。
羌塘地层区长城、蓟县系为一套浅变质的碎屑岩，时代依据不确切。青白口系为碳酸盐岩夹少量陆源碎屑岩建造，产叠层石化石。
昆仑区该阶段的地层受构造-岩浆活动的影响，变质程度比羌塘、塔里木、阿尔金区同时代地层偏高。
3.南华纪—早古生代地层
该阶段地层出露广泛，可分为6个地层区（表1-2）。塔里木地层区是唯一有确切证据的南华-震旦系分布区，仅在铁克里克地区出露，有南华纪的冰成杂砾岩和纹泥岩，为大陆冰盖型及处于海陆过渡地区的混合型冰水堆积，与鄂西莲沱冰期的时代大致相同。晚震旦世产微古植物化石，与阿克苏地区以及峡东和川西地区同时代地层很相似，同样具有稳定型的组合特征。
阿尔金地层区仅出露中上奥陶统环形山组，为一套稳定型碳酸盐台地沉积，所产头足类和腕足类化石均与华北地区相似。
昆仑地层区是该阶段地层最发育同时也是地层组合最复杂多样的地区，分布零星、互不连续，大部分呈构造岩片状产出，顶底不全。其中，南华-震旦系既残存有冰碛砾岩，也有间冰期形成的泥岩、粉砂岩、白云岩，也有震旦纪的中基性火山喷发物。早古生代建造类型以活动型沉积组合为主，在西昆仑北部有稳定型沉积组合。早寒武世所产小壳类化石与南秦岭、川滇等地同时代化石相似；奥陶纪的头足类、三叶虫等具明显的华北型色彩；早志留世笔石动物群与北祁连、南秦岭所产者相似，均属华南型；中、晚志留世珊瑚化石则具有南、北型混生的特征。
巴颜喀拉-芒康思茅地层区南华纪-早古生代地层在研究区未出露。
北羌塘地层区发育早古生代地层，分布于西部的甜水海一带。寒武系为炭质板岩、粉砂岩、灰岩，产三叶虫化石，属稳定型沉积。奥陶系为一套碳酸盐岩夹少量碎屑岩沉积，含头足类化石，其组合与南方宝塔组一致，亦属稳定型沉积。下志留统厚度大于20000 m，以碎屑岩为主，并有硅质岩和火山岩，含几丁虫及疑源类化石，具典型的韵律结构，属活动类型沉积。中、上志留统以中细粒碎屑岩为主夹钙质硅质岩，韵律清晰，所含化石以游泳和飘浮类型的头足类、三叶虫为主体。志留纪动物群总体面貌与滇西、藏北区接近，与扬子区的也有一定联系。
南羌塘地层区寒武系分布零星，以板岩为主，夹变石英细砂岩、变岩屑石英细砂岩，局部夹大理岩透镜体。产藻类化石，其准确的时代依据还需进一步确定。
4.晚古生代—三叠纪地层
本阶段是研究区地层最发育、分布最广泛的阶段，可分为8个地层区（表1-2）。
塔里木地层区，晚古生代地层发育，目前未发现有时代依据的早泥盆世地层。中泥盆统为进积型碎屑岩夹碳酸盐岩沉积，上泥盆统发育浅海相灰岩和碎屑岩，也有陆相的紫红色碎屑沉积，所产植物化石Leptophloeum rhombicum为欧-亚-北美乃至大洋洲常见分子。石炭系主要为滨浅海相碳酸盐岩和碎屑岩，局部为滨海沼泽相碎屑岩夹薄层煤沉积，含
阿尔金地层区无泥盆系出露，石炭系为深色泥质碎屑岩与生物灰岩互层沉积。下中二叠统为陆相紫红色粗碎屑沉积。
昆中、昆北地层区晚古生代地层发育，沉积类型多样，以活动类型沉积为主，也有稳定类型沉积，不同地区差别较大。下、中泥盆统为一套滨浅海相碎屑岩与碳酸盐岩夹中基性、中酸性火山岩，厚度大于9000 m，产珊瑚、腕足类、牙形刺及鱼等化石。上泥盆统沉积组合和化石与塔里木盆地南缘相似；东昆仑上泥盆统下部为海陆交互相的碎屑岩、碳酸盐岩，含植物化石，与塔里木盆地南缘一样，晚期为含化石的深海盆地斜坡相陆源碎屑岩与中酸性火山岩组合。石炭纪—早、中二叠世，昆中、昆北的沉积组合显示是多组裂谷带控制下的堑垒构造古地理格局，其中地垒带有石拐子-缔熬苏、祁漫塔格、哈拉郭勒-哈拉米兰河及塔里木旱铁热克地区，以稳定型沉积为主，发育滨浅海相碎屑岩-陆棚相碳酸盐岩或台地相灰岩；地堑带有奥依塔格-柯岗、柯羌、依些可沟、托库子达坂等地，发育玄武岩、枕状熔岩、杏仁安山岩夹杂火山碎屑岩的活动型沉积；处于陆缘带的库尔良一线发育裂隙式中酸性熔岩、火山碎屑岩夹杂细碎屑岩、碳酸盐岩。昆仑区整个晚古生代海相动物群与我国南方同时代的动物群很相似，有不少共同的属种。中二叠世末晚古生代裂谷（陷）带消亡，西昆仑晚二叠世苏克塔亚克组发育紫红色海陆交互-浅海相粗碎屑岩沉积，不整合于阿羌火山岩之上。三叠纪沉积在西昆仑零星出露，东昆仑分布较广。下中三叠统在东昆仑为一套次深海复理石沉积，含菊石、双壳类等，均与南方同时代所产者相似，总体属活动类型的沉积；上三叠统陆相为主的碎屑岩及含煤沉积分布较广，所产植物化石具有南、北两个植物群混生的特点，同时有陆相中基性和中、中酸性火山岩，属内陆湖沼盆地喷发沉积环境。
昆南地层区中泥盆统为深水至浅水相的碎屑岩建造，石炭系-下中二叠统与昆中、昆北地区比较类似，不同的是南部的康西瓦-木孜塔格-马尔争裂谷盆地扩张较大，出现了蛇绿岩与含放射虫硅质岩相伴的洋盆沉积组合，同时东昆仑发育大量的洋岛型的下部玄武岩、上部礁灰岩的沉积组合。岩石类型以碎屑岩、碳酸盐岩为主夹大量火山岩。产
巴颜喀拉地层区石炭纪沉积缺失。二叠系黄羊岭群分布广泛，早期沉积是浅海陆棚相具逆粒序层理的碎屑岩，中上部是向上海水变深的沉积序列，为较深水动荡环境下的暗色类复理石沉积夹杂色碎屑岩及砾屑灰岩。产我国南方常见的
芒康-思茅地层区晚古生代沉积广布。泥盆系拉竹龙组为一套成熟度较高的石英砂岩夹炭质板岩、凝灰岩和硅质岩，显示为稳定的陆表海沉积。下石炭统沉积为碎屑岩与碳酸盐岩夹杂火山岩，上石炭统为近岸滨海沼泽沉积，含煤线，产植物化石。区内石炭系所含珊瑚、腕足类、苔藓虫以及
北羌塘地层区晚古生代沉积出露较齐全。泥盆系厚2800多米，全为稳定的台地型碳酸盐岩及碎屑岩沉积。下、中泥盆统含双壳类、珊瑚、层孔虫和牙形刺化石，与我国南方、西南同时代的动物群很相似。石炭纪该区活动性增强，下石炭统以碳酸盐岩与碎屑岩沉积组合为主，夹较多中基性火山岩，厚9000余米，产珊瑚、腕足类等化石，总体属次稳定环境。上石炭统为陆缘斜坡相细碎屑岩夹少量碳酸盐岩沉积，产
南羌塘地层区晚古生代沉积在研究区只有二叠系，下二叠统为砂质灰岩、粉砂岩互层及细晶白云岩，产
5.侏罗纪以来地层
该阶段地层分布比较零星，以上白垩统—古近系不同区地层差异最为显著，按其地层柱状图组合特征，侏罗纪—早白垩世地层可南北两分。
北部区包括塔里木、昆仑及巴颜喀拉区，以陆相沉积为特征，侏罗系以河湖相沉积为主，含煤层，所含植物群均与西北、华北、东北同时代的植物群相似；下白垩统为曲流河及湖泊相红色碎屑沉积。
南部区包括羌塘和芒康-思茅区，以海相沉积为主，早侏罗世沉积为粗粒碎屑岩与中酸性火山岩，未见化石，为活动类型沉积。中上侏罗统为稳定浅海环境的碎屑岩与碳酸盐岩沉积，厚2200多米。局部为潟湖相，夹膏盐层，双壳类和腕足类化石丰富。在麻扎、康西瓦一带出露的下、中侏罗统，下部为海陆交互相碎屑岩，产植物化石，上部为碳酸盐岩夹碎屑岩，夹中酸性火山碎屑岩和火山熔岩，厚度不大，为活动类型沉积。侏罗系所产双壳类、腕足类等化石均与缅甸、滇西、藏东、藏北、青南等地联系密切，植物组合均为北方类型的分子。下白垩统仅在唐古拉山北缘一带发育，为一套河湖相粗-细碎屑岩沉积，产孢粉、介形虫等化石。
上白垩统—新近系，塔里木区以海相沉积为主，晚白垩世双壳类与中亚地区同时代的动物群比较相近，反映当时气候相当温暖。昆北地层区为河湖相沉积，含膏岩及含油建造。昆中地层区为紫红色粗碎屑沉积，含膏盐和沉积型铜。巴颜喀拉及其南部区白垩系、古近系和新近系多为陆相紫红色富含膏盐碎屑岩，并有大量的中基性、中酸性火山喷发岩。
第四系，全区基本一致，为分布较广的冰碛层以及冲、洪积等松散堆积。