19．5亿年前，前中元古代，为祁连海槽一部分，是一片汪洋大海。19．5亿年——6．15亿年中晚元古代，随着地壳运动，以马衔山、兴隆山为主的陆地形成，区内出现陆地环境。6．15亿年——2．5亿年早古生代、晚古生代“祁连运动”，祁连地槽褶皱回返形成祁连山脉，区内陆地又为祁连山脉向东南延伸的余脉。2．5亿年后，历经中生代、新生代，河流湖泊相沉积，相继出现阿干镇、西果园等小型山间盆地和黄河谷地，使本区成为我国黄土高原的一部分。位于陇西高原的西部。
由于区内大部地表被黄土覆盖，黄土易流失，加之青藏高原抬升影响，全区地貌特征分为南部石质山地和黄土梁、峁、沟谷及黄河塑造的河流阶地三种类型组成。
南部石质山地系祁连山支脉雾宿山的一小段，由一系列向东、向北、向东南弧形延伸的山峰构成，一般海拔2000米～2800米，最高点3121米。主要有八楞山（285l米）、大堡子山（2685米）、官帽山（2825米一2648米）、湖滩东南山（2800米）、白草岭（2381米）、大尖山（2824米）、馒头嘴南山（2825米）、康家梁（2783米）、簸箕掌（2631米）、七道梁（2541米）、河沟尖嘴（2593．3米）、关山岭（2564米）、关子岭（2296米）、小山顶（2486米）、山寨后山（2585．3米）、阴洼梁 （2962米）、双嘴山（312l米）、酸果子湾东山（2607．9 米）等山峰。
中部黄土梁峁沟谷，一般由东南向西北伸延，南高北低。南以宋家沟、西果园、岘口子一线与南部石质山地为界；北以牟家坪、蒋家坪、尹家嘴、晏家坪、华林坪以南与黄河谷地分界。其高程变化在2300米——1700米之间。南北之间高程变化在500米左右。长度变化5公里——17公里。较大的山梁有七道梁——大煤山——鸾沟黄土梁。此梁又有向东北延伸的大煤山——马家窑——胡家窑黄土梁；向北延伸的大煤山——马家窑——侯家峪黄土梁豆向西北延伸的大煤山——下撇洼梁——小山口梁——花寨子黄土梁和大煤山——下撇洼梁——王家坪黄土梁；向西北延伸的柳树湾——石山嘴——罗家滩黄土梁及蒋家湾——米家洼黄土梁。有七道梁——魏岭——龚家嘴黄土梁。七道梁——沈家岭黄土梁。此梁又有向西北延伸的冰沟——武家岭——椽子沟——戴帽嘴黄土梁。七道梁——狗牙山黄土梁。大尖山——西津坪黄土梁。此梁又有向东北延伸的蒋家湾——后营——西果园西山黄土梁和蒋家湾——后营——大嘴、石家洼黄土梁。大尖山——韩家嘴黄土梁。大尖山——中庄黄土梁。大尖山——余家山黄土梁。泉儿沟大梁——尹家嘴黄土梁。白草岭——石板山黄土梁。白草岭——彭家大山黄土梁。
沟谷阶地，有黄土梁相间的沟谷阶地，多为一、二、三级。在黄土梁的北边，与黄土梁相交叉，在海拔1940米——1525米之间有黄河阶地。境内最高的有西津坪黄土梁、狗牙山黄土梁前缘、沈家岭前缘、彭家大山前缘等，高出河床300米——400米的六级阶地；华林坪后缘、五星坪后缘、狗牙山腰架子坪、晏家坪后的黄土峁五级阶地；华林坪、五星坪、晏家坪、兰工坪后缘、龚家坪、东大坪、西大坪、彭家坪四级阶地；上西园、下西园、兰工坪前缘、建西路两侧、兰通厂一带三级阶地；东起雷坛河桥，西至崔家崖，沿西津路两侧二级阶地；黄河南岸崔家大滩、马滩、小西湖广场以北吴家园一带及一些河心滩一级阶地。
【河流水系】 境内最大的河流系黄河，经西固区到崔家大滩入境，东流经白马浪出境，全长15．4公里，多年平均流量为1070立方米／秒，年径流量337．9亿立方米；最大年平均流量是1967年的1610立方米／秒，径流量为508．7亿立方米；最少年平均流量是1969年68l立方米／秒，径流量为214．8亿立方米。
其次是近于平行分割、侵蚀黄土梁形成的纵横交错、犬牙落置的沟谷。较大的有雷坛河，古称阿千河，上游在榆中县银山乡，称羊寿河、大石头河，入本区地界名柴沟河，经山寨名山寨沟，入阿干镇名阿干河，至岘口子叫水磨沟，到伏龙坪西叫雷坛河，入黄河。流向为北西、北西西、北西。谷底最窄处20米，最宽处1100米，有3公里狭谷，沟宽处发育一、二、三级阶地。全长44．6公里（又为46公里），境内长25公里，纵比降为44．3‰。流域面积256平方公里，年径流量937万平方米。
西果园沟（又称七里河），源于湖滩乡湖滩村南康家梁——七道梁一线。在湖滩村（又名马莲滩）称湖滩沟、黑鹰沟，长7．5公里，有2．5公里峡谷，纵比降为88‰。到西果园镇草原、九池泉一带称笋箩沟，长6．5公里，纵比降为56．9‰。到西果园小盆地称果园沟，再向北称柴家河、韩家河，长10．5公里，纵比降21．6‰。到黄河谷地称七里河。流向为北东、北、东、北东。最窄处黑鹰沟峡青土（桐）岘子两米多，最宽处西果园650米。在西果园以下发育一、二阶地。全长25公里（又为24．5公里）纵比降为51．3‰。流域面积155平方公里，平时沟水到柴家河村、萧家庄一带断流。1974年发山洪，流量455立方米／秒。
黄峪沟，源于大尖山西南黄峪乡红山沟。沟头至宋家沟谷坡陡峭，比高达400米；沟谷狭窄，长约6公里，纵比降为127．7‰。宋家沟起流经黄土区，沟谷较宽，最宽处可达千米；两侧谷坡平缓，比高达150米，发育一、二级阶地。至王官营称靳家河，过刘家堡后也称天山沟。原经双营子、柳家营、周家庄、王家堡、吴家园汇人黄河。1953年修建排洪沟时，改道杨家桥，经小西坪汇人七里河。流向北东、北。全长18公里（又为21公里），纵比降为54．8‰。，流域面积50平方公里。山洪发作时水量较大，平时在王官营、车家坝一带断流。
再次，有一系列大小不等的小沟。比较大的有大沟，源于潘家岘、冉家庄。上游为高家沟、杨家沟，流经小西湖广场东侧称硷沟，至小西湖注人黄河。流向由南向北。全长13公里。纵比降为47．2‰。平时无水。
狸子沟，沟头二分岔，源于白草岭，东北流6公里后人黄河谷地，转向西北称东大沟。经东大坪南部与蒋家坪之间后转向东北，过东大坪、西大坪人排洪沟，经石炭子沟桥，河湾堡东西街之间排洪沟，注入黄河。全长11公里，纵比降为65．6‰，平时无水。
石板沟，源于白草岭，东北流，出黄土梁后急转至西北流，1公里后在彭家坪西南人小金沟，至崔家崖注人黄河，全长3公里，纵比降为87．05‰，平时无水。
与上述沟相类似，汇人雷滩河的有良峪沟、铁冶沟、西沟、烂泥沟、大沟、石佛沟、黄蒿沟、沙沟、三岔沟（又称黄家沟）、后五泉等。汇人西果园沟的有白石头沟（现称石板沟）、黄险（检、硷）沟（现称稠泥沟）、和源于武家沟，白草洼，鹞子沟，圈滩的青岗沟、咸水沟（即椽（川）子沟）等。汇人黄峪沟的有鹞鹰沟、背炭沟、澄泥沟、石沟、石头沟（即干沟），岗沟，深沟等。
【土地资源】 区境内土地主要分布在黄河阶地、沟谷阶地、黄土梁峁，石质山地海拔2800米以下。土壤，据1933年普查分为6个土类；10个亚类；11个土属；20个土种。山地垂直带土壤分布由上到下依次是灰褐土、栗钙土、灰钙土、黄绵土；河谷阶地非地带性土壤有灌耕土、潮土。南部石质山地宜大规模植树造林，种植粮食；中部黄土梁峁沟谷宜种植粮食作物，地势较平坦处宜发展果菜生产；河谷阶地，土壤肥沃，生物活动强烈，质地适中，易耕，保水肥，宜种植菜、果等经济作物。黄河谷地，四级以下阶地宜为城市建设用地。
1949年以前，除黄河谷地一、二级阶地少部分土地为工商企业占用和种植瓜、果、蔬菜，余均种植粮食作物。石质山地袁家湾一带种植少量百合。以后开展大规模城市建设，发展新型工业区、发展城市商业、饮食业、服务业、发展教科文卫事业、开展城市基础没施建设、新的住宅小区建设。至20世纪90年代，黄河谷地除崔家大滩、马滩、崔家崖等地建为城市蔬菜基地外，其余三级以下阶地均为新型工业区和城市建设征用。四级阶地部分为果菜基地，余均种植粮食作物。石质山地袁家湾等地扩大百合种植面积。黄土梁峁有些平坦处种植蔬菜。
截止2003年底，全区面积折合土地59．62万亩，计39743．36公顷，其中耕地14941．38公顷，占全区土地面积37．59％。内水浇地公顷2141．57公顷，占耕地14．33％；旱地12799．8l公顷，占耕地85．67％；菜地522．8l公顷，占耕地3．5％；粮食作物面积14418．57公顷，占耕地96．5％。水浇地集中分布在西果园镇、彭家坪镇、八里镇、魏岭乡、黄峪乡、崔家崖乡。果园地（含花椒园）1457．93公顷，占全区土地面积3．67％。主要分布在彭家坪镇、八里镇、崔家崖乡；花椒园集中在黄峪乡。林地5619．20公顷，占全地区面积14．14％。主要分布在阿干镇、西果园镇。牧草地8659．03公顷，占全区土地面积21．79％。主要分布在南部石质山地和中部黄土梁峁乡镇，山区较多。城镇及工矿用地4416．45公顷，占全区土地面积11．11％。主要分布在黄河阶地，城区及崔家崖乡、彭家镇及西园镇、八里镇城乡接合地段。交通用地574．12公顷，占全区土地面积1．45％。主要集中城区和八里镇、西果园镇、崔家崖等乡。水域568．09公顷，占全区土地面积1．43％。主要集中在城区和崔家崖乡。未利用土地3507．16公顷，占全区土地面积8．82％。
【自然资源】区境内自然资源主要为矿藏资源。按其成份分为三类：煤炭、岩石矿、土矿。煤炭主要分布于阿干镇、大煤山、煤洞洼、马场、青岗岔、湾沟、土儿沟。主体煤矿为阿干镇、大煤山煤田。煤系分布南北长7公里，东西宽600米。局部变窄仅100米。主矿体厚10米——26米。煤质属不粘煤，能作动力及民用。明初开采，至解放前夕为民用。1952年勘测储量5488．4万吨，国家开采作为工业用煤，现基本枯竭。其它煤矿存量不大，均小量开采。岩石矿，有玄武岩矿。主要分布在湖濉乡湖滩村尹家湾子，含量12．5万吨；石灰石矿，在黄峪乡赵家洼村，储量400万吨；石英矿，在阿干镇北煤山，储量137万吨；河卵石，在崔家崖乡崔家崖村一带；路标石，在黄峪乡赵家洼村，存量约5000万立方米，在阿干镇大沟，西果园镇簸箕掌等地亦有分布，量不大。土矿主要有红土，矿点在西果园镇青岗岔、曹家嘴、储量约l亿立方米；粘土，在阿干镇大草洼，魏岭乡大煤山，储量200万吨。上述矿点均因储量不大，未规模开采，仅零星取用。
天然次生林，区境内9．1万亩，分布在南部石质山地阴坡和半阴坡地带。以山杨、桦树为群体，有少量圆柏和云杉，伴生有虎榛子、角榛子、枸子、小檗、野蔷薇、沙棘、丁香、珍珠梅、甘肃山楂等灌木。还有草莓、铁杆蒿等草类植物及党参、黄芪等200多种野生中草药。另有草地1119万亩。
水资源，除过境水、沟谷水外，在沟谷地带，马滩、雷坛河口南、王官营、车家坝以北的向斜地段有丰富的地下水资源，正常年景可开采量为1291万立方米。马滩、崔家大滩是城市饮用水源地之一。
【气候气象】区境内属大陆性半干旱气候。主要特征是：四季分明，冬夏长，春秋短。雨热同季，垂直气候变异显著。气温、热量、光照，随海拔由南向北升高；降雨量由南到北降低。春季降水少；蒸发量大，气候干燥，常有春旱、寒潮降温，风沙浮尘天气。河谷盆地多烟霾。风向以东风、东南风为主。夏季，白天炎热，早晚凉爽，初夏少雨，蒸发量大，干旱明显；盛夏多雷雨，山区常出现冰雹灾害，风向以东南风、南风为主。秋季，初秋多雨，光照少，湿度大；深秋降水减少，气候变冷，常有寒潮降温、早霜冻害。风向以西北风、北风为主。冬季，天寒地冻，滴水成冰，干旱少雪。盆地多烟霾。风向以北风、东北风为主。温度，年际变化趋暖。冬季温度偏高，春夏有时偏低明显。年变化春季升温快，秋季降温快，春温高于秋温。夏季时低时高。冬季暖冬天气较多。日变化，受云量影响较大。晴天，夏日最高温度出现在14时至15时，冬日在13时至14时。日最低温度均出现在凌晨日出前后；阴天，多云时气温日变化复杂，无一定规律。
