查岗诺尔铁矿区出露的地层大部分为石炭纪火山碎屑岩，其间夹少量基性、中性和酸性熔岩及碳酸盐岩等正常沉积的岩石。
研究区岩石组合为火山碎屑岩夹熔岩、浅海相正常碎屑岩和少量灰岩。但下石炭统和上石炭统，就火山活动强度、火山碎屑成分及粒度都有明显的差别。
下石炭统以细粒、极细粒火山碎屑岩为主，且成层性好，上部火山碎屑岩粒度相对变粗。熔岩成分在下部层位中以中基性为主，上部酸性岩较多。该期多属火山碎屑岩-碳酸盐岩建造。
研究区晚石炭世火山活动较前期强烈，其中火山碎屑岩的火山角砾粒径相对较大，且多见流纹质熔岩、流纹岩和英安岩等酸性熔岩出露，其间夹少量的正常沉积的灰岩、凝灰质砂岩、层凝灰岩等。
现将矿区出露的地层叙述如下。
(一)下石炭统大哈拉军山组(C1d)
大哈拉军山组火山岩在两个矿区均有广泛分布，但底部出露不全，出露第二亚组和第三亚组。第二亚组分为三个段，第三亚组分为两个段。查岗诺尔矿区主要出露第二亚组和第三亚组。
1.第二亚组(C1db)
该亚组早期以中性含细角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩夹基-中性熔岩为主;晚期以碳酸盐岩沉积为主夹少量火山碎屑岩。从以上特征反映出矿区早期火山活动略强，以弱爆发为主伴基-中性熔岩溢流;中晚期火山活动较弱，大量的正常沉积标志着火山活动进入相对宁静阶段。本亚组出露厚度为1127m。
(1)第二亚组各段特征
第一段(C1db-1):该段地层集中分布于查汗乌苏谷地两侧以及智博矿区，在查岗诺尔矿区厚度最大，向南延出矿区外，向北被第四系所覆盖。本段主要由灰绿色-暗绿色安山质晶屑凝灰岩、安山质晶屑岩屑凝灰岩、安山质含细角砾晶屑凝灰岩和基-中性熔岩等组成。本段地层底部出露不全，地层出露厚度约520m。
本段地层以其颜色较深，粒度相对较粗，无明显的层理等特征与第二段地层显著区别，本段地层地表露头未见矿化。
第二段(C1db-2):本段地层主要分布于查岗诺尔矿区中部、北部，智博矿区南部有少量分布。本段地层主要由浅灰色层状安山质晶屑凝灰岩、安山质火山灰凝灰岩组成，出露厚约171.2m。地层层状特征明显，在区内延伸稳定，可作为标志层。总体上，该段地层倾向为南东，倾角为10°～20°。其与上、下段地层均呈整合接触。
矿区中该段地层内未见磁铁矿矿化现象。
第三段(C1db-3):该段地层大部分分布于查岗诺尔矿区F2断层以南，Fe2号矿体以南亦有少量分布。岩石主要为灰白色浅灰色透闪石透辉石大理岩、石榴子石大理岩夹层状凝灰岩和流纹质(角砾)熔岩;本段厚度大于486m，与上、下地层均为整合接触。
本段地层在走向及厚度方向变化均较大，在查岗诺尔矿区东南厚度近500m，但向北呈一楔形迅速变薄。
在查岗诺尔矿区北部本段地层上部凝灰岩中具磁铁矿化，并见有工业矿体Fe5。
(2)主要岩石类型及特征
蚀变晶屑凝灰岩灰色、灰绿色，晶屑凝灰质结构，层状构造。晶屑含量为50%～60%，其中包括斜长石晶屑(20%～35%)、钾长石晶屑(15%～30%)。其余为玻璃质。斜长石钾长石晶屑大部分叶蜡石化和绿帘石化，玻璃质则以高岭土化和阳起石化为主。总体上，岩石蚀变强，主要蚀变矿物有叶蜡石、绿帘石和高岭土(图版1-1)。
蚀变岩屑晶屑凝灰岩灰色、灰绿色，蚀变晶屑凝灰质结构，层状构造。岩屑含量为15%～25%，成分复杂，主要有凝灰质岩屑(5%～10%)、二长岩岩屑(4%～6%)以及安山岩岩屑(5%～10%)。晶屑含量为30%～40%，其中包括石英晶屑(5%～10%)、斜长石晶屑(20%～35%)、钾长石晶屑(5%～10%)。岩石中部分岩屑被微晶绿帘石集合体交代而原来形态基本消失。斜长石钾长石晶屑普遍绿帘石化，且绿帘石多为细粒集合体，并进一步被阳起石交代。在个别薄片中可见到斜长石晶屑轻微高岭土化(图版1-2)。
安山质火山角砾岩屑晶屑凝灰岩灰色、灰绿色，火山角砾晶屑凝灰质结构，层状构造。火山角砾含量为10%～25%，主要以安山岩角砾为主。岩屑含量为8%～16%，其中包括安山岩岩屑(5%～13%)和二长岩岩屑(2%～3%)。晶屑含量为30%～35%，包括斜长石晶屑(20%～30%)、钾长石晶屑(3%～10%)。蚀变凝灰质含量为30%±。岩石中安山岩角砾多为粒径在2～4mm之间的细小角砾。从结构上看，安山岩角砾有两种形式，一为玻基斑状结构的安山岩，斑晶为斜长石，玻基分布有大量粉尘状赤铁矿;二为具交织结构的安山岩，无斑晶。二者均以刚性火山角砾形式出现。安山岩岩屑的结构类型和安山岩角砾一致。斜长石钾长石晶屑自形程度好，结构保留完整，个别薄片中钾长石晶屑被熔蚀。细火山灰组分局部高岭土化。总体上，岩石蚀变较弱，蚀变作用主要以绿帘石，阳起石和绿泥石为主(图版1-3，1-4)。
含火山角砾晶屑凝灰岩灰色，含角砾晶屑凝灰质结构，层状构造。火山角砾含量为10%～15%，以凝灰岩角砾为主。凝灰岩岩屑含量为5%～10%。晶屑含量为30%～50%，其中包括斜长石晶屑(30%～35%)、钾长石晶屑(15%～20%)和角闪石晶屑(5%～10%)。其余为蚀变玻璃质。岩石中的火山角砾多为粒径在2～6mm之间的细小角砾。岩石中岩屑局部可见塑性结构的流动构造特征，而且以玻璃结构为主。斜长石钾长石晶屑全自形，个别被绿帘石交代。总体上，岩石中以团块状绿帘石对岩石进行选择交代为主。从以上特征看，岩石是从火山爆发至熔岩溢流或喷出的过渡类型(图版1-5)。
粗面安山质岩屑晶屑火山角砾岩灰白色，火山角砾结构，块状构造。火山角砾含量为40%～45%，以粗面安山岩火山角砾为主。岩屑含量为10%～15%，主要为粗面安山岩岩屑。晶屑含量为20%～25%，其中包括钾长石(20%～23%)和斜长石(1%～3%)。其余为玻璃质。岩石中的角砾多为2～7mm的细小角砾，并且安山岩火山角砾和安山岩岩屑均具有不同程度的绿帘石化和绿泥石化。钾长石斜长石晶屑以自形为主，蚀变较弱。玻璃质高岭土化(图版1-6)。
玄武岩灰绿色，间粒结构，层状构造。岩石主要由斑晶和基质两部分组成。其中斑晶为斜长石(10%～20%)和单斜辉石(20%～30%)，基质包括斜长石基质(4%～6%)、单斜辉石(5%～10%)和蚀变基质(30%～40%)。榍石含量为(1%～2%)。查岗诺尔铁矿区样品中，斑晶单斜辉石大部分绿泥石化，但其结构形态保留完好。斑晶斜长石全部叶蜡石化，其结构形态亦保留完整。基质单斜辉石部分绿泥石化和阳起石化，基质斜长石强烈叶蜡石化。榍石在岩石中以他形粒状集合体分散出现(图版1-7)。
蚀变安山岩灰绿色，斑状结构，层状构造。斑晶含量为40%～45%，其中包括斜长石斑晶(25%～30%)和蚀变暗色矿物(10%～15%)。其余为基质。斜长石斑晶为宽板状，并具有定向排列，大部分叶蜡石化。暗色矿物斑晶以他形为主，并呈不规则集合体，绝大部分已透辉石化。基质呈隐晶质，强烈透辉石化和绿泥石化(图版1-8)。
2.第三亚组(C1dc)
本亚组主要特征:处于火山活动强盛时期。且岩浆活动性质逐渐向酸性转化;晚期以上统与下统之间的不整合面为其间断标志。本亚组地层出露厚度450m。
(1)第三亚组各段特征
第一段(C1dc-1):本段地层出露在F2断层以南，主要分布于查岗诺尔矿区中部。岩石主要为灰绿色、深绿色安山质(含)火山角砾晶屑凝灰岩、安山质火山灰凝灰岩、安山岩、凝灰质火山角砾岩夹辉绿玢岩、大理岩(被蚀变岩石所取代)。
有利的化学条件及优越的构造环境，使本段地层分布区成为得天独厚的利于火山气液交代成矿地段，矿区内80%的工业铁矿体赋存于本段地层之内。本段厚250m以上，本段地层与顶底板地层均呈整合接触。
第二段(C1dc-2):查岗诺尔矿区东部有少量出露。该段主要由绿色、深绿色流纹质(角砾)熔岩、层状流纹质熔结凝灰岩、流纹岩、淡红色英安岩和英安质晶屑凝灰岩。本段出露厚度为198.7m，与下伏C1dc-1为整合接触。
本段地层局部具石榴子石化、绿帘石化、阳起石化及浸染状磁铁矿化。
(2)主要岩石类型及特征
蚀变晶屑凝灰岩灰色、灰绿色，晶屑凝灰质结构，层状构造。晶屑含量为50%～60%，晶屑包括斜长石晶屑(34%～52%)，钾长石晶屑(7%～19%)，石英晶屑(12%～21%)。其余为玻璃质。斜长石钾长石晶屑强烈叶蜡石化和绿帘石化，玻璃质则以高岭土化和阳起石化为主(图版2-1)。
火山角砾岩屑晶屑凝灰岩淡红色，火山角砾凝灰质结构，层状构造。火山角砾含量为15%～20%，其中包括石英岩角砾(10%～15%)和凝灰岩角砾(5%～10%)，火山角砾粒径为5mm～2cm。岩屑含量为10%～15%，其中包括石英岩岩屑(3%～5%)和钾长石凝灰岩岩屑(8%～10%)。晶屑含量为30%～35%，主要为钾长石晶屑。其余为玻璃质。岩石是一个成分以火山基底岩石为主的火山碎屑岩，矿物成分以钾长石和石英为主，同时还有早期喷发的火山碎屑物，岩石中的填隙物全部葡萄石化，部分岩屑和火山角砾内的火山碎屑物可见绿泥石化和白云母化。
凝灰质火山角砾岩浅灰色、灰绿色，火山角砾结构，层状构造。火山角砾含量为50%～60%，成分复杂，包括凝灰质火山角砾(30%～35%)、安山质火山角砾(10%～15%)、二长岩火山角砾(5%～10%)、正长岩火山角砾(15%～20%)和硅质火山角砾(45%～50%)，角砾粒径为8mm～2cm。晶屑含量为15%～20%，其中包括斜长石晶屑(4%～7%)和钾长石晶屑(10%～15%)。岩屑则为安山质岩屑(3%～5%)。其余为玻璃质。岩石中的火山角砾、安山岩和二长岩轻微蚀变，其余火山角砾强烈蚀变(正长岩中正长石透闪石化、硅质岩绿帘石化、凝灰岩被微晶绿泥石交代)。安山岩岩屑的交织结构保留完好，而且有粉尘状金属矿物出现。钾长石和斜长石晶屑绿泥石化和绿帘石化。玻璃质强烈高岭土化(图版2-2)。
蚀变熔结晶屑凝灰岩灰绿色，熔结凝灰结构，层状构造。晶屑含量为20%～25%，其中包括斜长石晶屑(15%～20%)、角闪石晶屑(3%～5%)和榍石晶屑(1%～2%)。凝灰岩火山角砾含量为3%～6%，凝灰岩岩屑含量为3%～5%。其余为熔结凝灰质。斜长石晶屑结构保留完整，但全部泥化。角闪石晶屑保留了原来的结构，但是绝大部分阳起石化，且少部分在阳起石化后又被榍石交代。岩石中熔结凝灰质主要表现为定向条带，其中大部分为隐晶高岭石和硅质。总体上，岩石蚀变较强，主要以阳起石化和铁碳酸盐化为主，并且二者以团块集合体出现并对岩石无选择代(图版2-3，2-4)。
安山质塑性岩屑火山角砾岩灰白色，熔结凝灰结构，层状构造。火山角砾含量为30%～35%，主要为安山岩火山角砾，角砾粒径为5mm～2cm。岩屑含量为40%～50%，其中包括塑性岩屑(25%～30%)和刚性岩屑(15%～20%)。晶屑含量为10%～15%，其中包括斜长石晶屑(5%～10%)和钾长石晶屑(3%～5%)。塑性岩屑由安山粗面质岩石的浆屑组成，薄片中可以见到明显的流动构造和斑状结构，其中斑晶为斜长石(更长石)和钾长石(正长石)，基质以玻璃质为主。刚性碎屑成分为安山岩，安山岩的内部结构保留完好。钾长石晶屑和斜长石晶屑晶体形态保留完好，蚀变较弱。总体上，岩石蚀变弱，蚀变矿物主要为绿帘石和阳起石(图版2-5)。
蚀变安山岩灰绿色，变余交织结构、斑状结构，块状构造。斜长石斑晶含量为5%～10%，基质斜长石含量为55%～60%，蚀变基质含量为33%～38%。斑晶斜长石和基质斜长石大部分透辉石化，少部分绿泥石化。总体上，岩石基质主要蚀变矿物组合为绿泥石和透辉石，而且透辉石以交代绿泥石的形式出现(图版2-6)。
(磁铁矿化)安山岩灰绿色，斑状结构、交织结构、玻基交织结构，块状构造。岩石中斑晶由斜长石、单斜辉石、角闪石组成，其中斜长石斑晶含量为5%～10%，角闪石斑晶含量为5%～10%，单斜辉石斑晶含量为2%～5%。基质由斜长石、单斜辉石、角闪石和磁铁矿组成，其中斜长石基质含量为30%～50%，单斜辉石基质含量为5%～10%，角闪石基质含量为5%～10%，磁铁矿基质含量为30%～40%。斑晶斜长石呈短柱状，基质斜长石呈微晶短柱状定向-半定向排列。斑晶单斜辉石和斑晶角闪石分别呈粒状和柱状分布，基质单斜辉石和角闪石则呈半自形-他形充填于基质斜长石之间呈交织结构。岩石中磁铁矿含量较多，呈他形充填于硅酸盐矿物斑晶之间或斜长石基质之间。岩石蚀变强烈，斜长石有不同程度的叶蜡石化和绢云母化，辉石和角闪石不同程度阳起石化、绿帘石化和绿泥石化。总体上，此类安山岩主要特点是含有大量的磁铁矿，且分布于该亚组第一段，为主矿体的主要围岩和夹石(图版3)。
(含角砾)安山质岩屑晶屑凝灰岩灰绿色，凝灰质结构，层状构造。岩石中岩屑含量为20%～30%，主要为安山岩岩屑(25%～28%)，少量二长岩岩屑(2%～5%)。晶屑含量为30%～40%，主要为斜长石晶屑(30%～35%)，钾长石(3%～5%)和石英(2%～4%)少量。其余为细火山灰(30%～50%)。局部岩石中有少量火山角砾，成分主要为安山岩，安山岩结构保留完好，并且有大量磁铁矿分布于基质中。岩石中的安山岩岩屑为斑状结构，基质具交织结构或玻基交织结构，其特征和前述磁铁矿化安山岩特征一致，即斜长石微晶和磁铁矿构成交织结构，微晶斜长石呈定向-半定向排列，斑晶则主要为板柱状的斜长石。岩石继承了前述安山岩的特征，空间上也和磁铁矿化安山岩紧密共生(图版4-1)。
英安岩淡红色，斑状结构，块状构造。岩石由斑晶和基质组成。其中石英斑晶含量为7%～10%，斜长石斑晶含量为6%～9%，钾长石斑晶含量为4%～6%。蚀变暗色矿物含量为1%～3%。石英斑晶有熔蚀结构，斜长石斑晶全自形且聚片双晶发育，钾长石斑晶大部分被绿帘石和白云母交代。暗色矿物多被绿泥石和绿帘石交代。基质以隐晶质为主，部分被高岭土交代(图版4-2)。
流纹质(角砾)熔岩灰色，斑状结构，球粒结构，块状构造。斑晶含量为30%～35%，其中包括石英斑晶(15%～20%)和斜长石斑晶(10%～15%)。其余为基质。岩石中局部有少量角砾(2%～10%)，主要为流纹岩，粒度为5mm～2cm，具有明显的流纹构造。石英斑晶熔蚀结构明显，斜长石双晶可见。基质中的球粒直径一般在0.25mm左右，由玻璃质脱玻化组成(图版4-3)。
流纹质熔结凝灰岩灰绿色，凝灰质结构，层状构造。晶屑含量10%～20%，由石英晶屑(10%～15%)和钾长石晶屑(5%～10%)组成，其余为凝灰质组分。凝灰质组分有明显的流动构造，主要由暗色矿物阴影和玻璃质组成。玻璃质局部脱玻化，但是流动构造保留完好。岩石蚀变较强，钾长石晶屑多被绢云母透闪石和绿帘石集合体取代(图版4-4)。
(二)上石炭统伊什基里克组(C2y)
该组仅出露于查岗诺尔矿区，并且以伊什基里克组第一亚组第二段的地层(C2ya-2)为主，主要分布于F2断裂以北和F10断裂以东，与研究区内下石炭统大多为断裂接触。
1.主要特征
该组上部主要以紫红色、灰绿色安山质凝灰角砾岩、含角砾晶屑岩屑凝灰岩及火山角砾岩为主。
下部以安山质晶屑岩屑凝灰岩、安山质晶屑凝灰岩为主，夹火山碎屑岩。绿泥石化、绿帘石化发育。
在火山碎屑岩内夹少量正常沉积岩或火山碎屑-沉积岩过渡型岩石。火山碎屑岩内常见安山质、粗安质、流纹质熔结凝灰岩断续分布。
上石炭统伊什基里克组内虽见有矿化，尚未构成工业矿体。
2.主要岩石类型及特征
安山质熔结岩屑凝灰岩灰绿色，弱熔结凝灰结构，层状构造。岩屑含量为30%～35%，主要成分为安山岩岩屑。晶屑含量为10%～15%，其中包括石英晶屑(2%～3%)、钾长石晶屑(3%～5%)和斜长石晶屑(5%～10%)。玻屑含量为10%～15%，熔结凝灰质含量为15%～20%，其余为玻璃质。岩屑按其结构可分为刚性安山岩岩屑和塑性安山岩岩屑，其中塑性岩屑强烈氧化，出现赤铁矿集合体。斜长石钾长石晶屑结构保留完好，有轻微的绿帘石化。玻屑全部脱玻化，有拉长变形特征，一部分细火山灰也具流动构造，但基本保留了原始结构特征(图版4-5)。
含火山角砾晶屑岩屑凝灰岩浅灰色，晶屑岩屑凝灰质结构，层状构造。火山角砾含量为4%～8%，以安山岩角砾为主，角砾粒径为5mm～4cm。晶屑含量为25%～30%，其中包括斜长石晶屑(20%～25%)和钾长石晶屑(3%～5%)。岩屑含量为30%～35%，其中包括安山岩岩屑(10%～15%)、二长岩岩屑(3%～5%)和塑性岩屑(25%～30%)。其余为玻璃质。岩石中安山岩岩屑有两种:一种为以赤铁矿为基质的赤铁安山岩，斑晶为斜长石;另一种为无斑晶、具交织结构的安山岩。斜长石和钾长石晶屑自形程度高。凝灰质组分多数以塑性状态为主，具有轻微流动构造，部分薄片中可见粉尘状金属矿物析出。岩石有轻微的透辉石化和绿泥石化(图版4-6)。
流纹质熔结凝灰岩浅肉红色，熔结凝灰质结构，块状构造。岩屑含量为10%～15%，成分为安山岩岩屑。晶屑含量为15%～20%，其中包括石英晶屑(5%～8%)、斜长石晶屑(6%～9%)和钾长石晶屑(4%～6%)。其余为熔结凝灰质。岩屑可分为刚性安山岩岩屑和塑性安山岩岩屑。斜长石钾长石晶屑结构保留完好，其中斜长石部分绢云母化。部分薄片中石英晶屑集中成条带。熔结凝灰质以玻屑定向排列为特征，而且局部脱玻化和轻微绢云母化(图版4-7)。
安山质熔结火山角砾岩灰色，熔结火山角砾结构，块状构造。火山角砾含量为30%～35%，主要为安山质火山角砾，角砾粒径为5mm～3cm。岩屑含量为5%～10%，主要为安山质岩屑。晶屑含量为10%～15%，其中包括斜长石晶屑(4%～6%)和钾长石晶屑(5%～9%)。其余为熔结凝灰质。安山岩角砾和安山岩岩屑主要为两种类型:一种为玻基斑状安山岩，基质全部赤铁矿化;另一种为玻基安山岩，基质以玻璃质为主。钾长石晶屑轻微绢云母化，斜长石晶屑无蚀变。熔结凝灰质主要由玻屑组成，且玻屑流动构造发育，流动方向基本一致。岩石局部可有黄钾铁钒和绢云母团块(图版4-8)。
流纹质晶屑岩屑凝灰岩浅灰色，凝灰质结构，层状构造。晶屑含量为20%～25%，其中包括石英晶屑(10%～15%)、钾长石晶屑(3%～6%)和斜长石晶屑(3%～5%)。岩屑含量为25%～30%，其中包括安山质岩屑(10%～15%)、塑性岩屑(10%～15%)和花岗岩岩屑(1%～3%)。其余为玻璃质。石英晶屑熔蚀结构发育。钾长石斜长石晶屑形态保留完好，其中钾长石晶屑比较破碎，而斜长石晶屑大部分绢云母化，并呈绢云母集合体。安山岩和花岗岩岩屑结构保留清晰，其花岗岩岩屑中可见钾长石石英和电气石组合，且未蚀变。塑性岩屑虽全部绢云母化，但保留了其塑性结构特征。玻璃质轻微绿泥石化，以长英质为主(图版5-1)。
(三)第四系
矿区第四系均为未固结的松散堆积。按堆积物的成因类型划分为以下三个基本单元:
1.上更新统―全新统(Qp3-Qh)冲积洪积
分布于查汗乌苏河床及其两侧新老河漫滩及阶地上，主要由次棱角状-次浑圆状的花岗质砾石、各类火山岩砾石、砂及部分河漫滩相亚粘土组成。
2.上更新统―全新统(Qp3-Qh)坡积残积
分布于矿区基岩露头区陡坎下方，或平缓低凹处，主要由尖棱角状火山岩碎石及冰水沉积的泥、砂等组成。
3.中更新统―全新统(Qp2-Qh)冰碛
分布于矿区18-28线碎石坡一带，海拔约2900～3300m，多见由巨大花岗岩漂砾等组成的古冰川堆积，应属查汗乌苏古冰川槽谷之侧碛。
由于本区大部处于海拔3000～4000m，上更新世―全新世冰川活动十分频繁，于矿区东北部可见3～4级终碛垅重叠出现，沿一些陡峻的沟谷亦多见近代冰积泥砾分布。其特点为砾石大小不一，尖棱角状，泥砾相混，压实程度较高。
除以上三个基本单元外，亦可见少量冰碛、坡积之混合型，不再赘述。