侏罗系中～下统延安组是东胜煤田主要含煤地层，为一套大型内陆盆地含煤建造。鄂尔多斯盆地形成初期，在晚三叠世至早侏罗世，东胜地区处于相对隆起区，是被剥蚀、冲刷的盆缘高地。一般没有沉积富县组。随着盆地主体的沉降和扩张，沉积了延安组含煤地层。延安组主要覆盖在三叠系上统延长组之上，在煤田东北部直接超覆在二马营组上。煤田东南角虽有小片富县组沉积，但总体而言，可视为三叠系为本区含煤岩系基底。

延安组地层厚度130-280m，煤田浅部由于受成煤后期的风化剥蚀变薄，北部的乌兰格尔隆起为聚煤盆地的北缘，煤田浅部塔拉沟一带缺失煤系中下部的沉积。煤田深部该组地层发育最厚。按煤系地层岩性组合特征和含煤性的差异将延安组划分为三个岩段。煤组、煤层的发育规律，聚煤环境可分三个岩段、五个成因单元：

一岩段（J1-2Y1）：位于延安组下部，岩段界线从煤系底界至5煤组顶板。岩性底部以灰白色含砾石英砂岩为主，局部为砾岩，砾石成份单一，主要为石英岩。填隙物为高岭土或泥质。此层位岩性特征明显，在延安组地层中石英含量最高达90%以上，且分布范围很广，可做为地层划分的区域性对比标志，一般称其为“延安砂岩”。“延安砂岩”以上是一套粗细相间的碎屑岩，为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和板状细砂岩及煤层呈不等厚互层出现。局部可见河道透镜状砂体。

一岩段含5、6、7三个煤组。以含多层薄煤为其特点。薄煤层多数不稳定，沿走向倾向变化很大，层位难以对比，层数最多可达20层，多数在10层以上。一岩段含可采煤层11层，其中主要可采煤层3层：5-1、6-1中、6-2中。岩段厚度0～132.20m，一般60～80m。本岩段自下而上包括两个成因单元，第一成因单元由延安组底界至6-2中煤层顶板，第二成因单元下界与第一单元相接，上界至5煤组顶板。

第一成因单元：早侏罗世，东胜地区遭受冲刷、剥蚀，在本区形成起伏不平的丘陵地貌。随着鄂尔多斯聚煤盆地的主体沉降，在地形低洼处率先沉积。由于古气候条件的适宜，植物生长茂盛，为泥炭堆积提供了丰富的物质来源。在这种条件下，发育了6-2下、7号煤层。

这时期，在东胜地区南部新庙一带存在着一块古高地，这块古高地与陕西省北部的活鸡兔-柠条塔古高地连为一体，总面积不小于4000km2，在内蒙古境内1000 km2多，这块古高地曾控制了富县组的沉积，以南有富县组的发育，至煤系地层沉积阶段，古高地已比较低平。在东胜煤田北部由于受乌兰格尔隆起的影响，为沉积盆地的边缘，与盆地内的地形有着较大的高差。第一成因单元的沉积物，主要受古地形的控制，充填在盆地北缘与南部古高地之间的洼地上。

古地貌决定了第一成因单元含煤岩系的分布范围和聚煤环境。位于本单元下部的7煤组零星发育在古积水洼地的边缘和复水较浅部位。煤层厚度变化大，分布范围小。在聚煤期间接近陆缘剥蚀区，带入的碎屑物质多，灰分含量也较其它煤层高。

7煤组沉积后，在6-2中煤层聚煤期间，南部高地范围减小，煤系地区向盆地北缘超覆，古洼地逐渐“填平补齐”，形成了较为宽广的冲积平原沼泽地，聚积了分布广泛的煤层，第一成因单元的聚煤环境是以河流作用为主的冲积平原环境，在靠近盆地北缘地区的岩性、岩相，显示了辫状河沉积物特点。

第二成因单元：在第一成因单元沉积物的充填下，虽然南部的新庙-活鸡兔高地在缩小，但它仍对鄂尔多斯聚煤盆地的东胜地区和神府地区起分隔作用。高地以北的沉积物在岩性、岩相上变化不大，主要为一套灰～深灰色的粉砂岩、砂质泥岩，中夹多层薄煤和决口扇板状砂体、透镜状的河道砂体。层理类型以中小型交错层理和攀升层理为主。河道砂体为大型的板状、槽状交错层理。因此本单元中下部的薄煤层均为泛滥平原聚煤环境。

在5-1煤层聚煤期间，新庙-活鸡兔古高地淤平消失，从此以高地相隔的东胜 ～神府连为一片，一起接受沉积。这时的古地形高差变小，河流冲积平原地形低平。河流作用的能量减弱。形成了面积巨大的冲积平原沼泽地。沉积了层位稳定，厚度较大的泥炭层。5-1煤层为东胜煤田的主要可采煤层之一。其厚度变化主要受亚环境的控制，富煤带一般分布在东胜煤田中部。在原古地淤平地段，煤层发育较差，在地势低洼复水较深地段，泥炭也难以形成。

二岩段（J1-2Y2）：位于延安组中部，岩段界线从5煤组顶板砂岩至3煤组顶板砂岩底界。本岩段底部岩性不稳定。

在岩性上本岩段南北差异较大，北部以浅灰色砂岩中夹砂泥岩、粉砂岩为主；南部以细碎屑岩为主，中夹不稳定的砂体和透镜状泥灰岩。二岩段含3、4两个煤组，7层可采煤层。其中主要可采煤层3层：3-1、4-1、4-2中。岩段厚度0～110.02 m，一般60～80 m 。该岩段在煤田中部发育较厚。本岩段自下而上包括第三、第四两个成因单元。第三成因单元从5煤组顶板砂岩至4煤组顶界，第四成因单元底部与其相接，向上至3煤组顶界。

第三成因单元：随着盆地的不断沉降，煤田南部新庙-活鸡兔古高地消失，湖水在本单元形成初期开始由南向北侵入本区。在煤田北部边缘，乌兰格尔隆起仍与盆地内部存在着较大的高差，北高南低的地势形成。受其影响4、5煤组之间的岩性、岩相有较大差异，煤田北部的岩性、岩相与第二成因单元变化不大，仍以冲积平原环境为主的粗、细相间沉积物。在煤田南部发育了一套以细碎屑岩为主的浅湖沉积物。由于古气候、古地理适宜，泥炭沼泽继续发育，没有间断。大量的碎屑物质由北至南带入浅湖，湖水退出演化为泥炭沼泽，沉积了4-2中煤层，而在煤田北部的4-2中煤层，仍为泛滥平原为主的聚煤环境。

4-2中煤层形成以后，在地壳持续下沉的条件下，湖水再次进入本区且范围比第一次更为广泛，以北仍为冲积平原环境，由于河流的作用，湖泊三角州朵体废弃，在煤田北部至中部形成宽广的冲积平原-三角州平原泥炭沼泽，沉积了4-1煤层。4-1煤层的富煤带主要发育在煤田中部的上三角州平原上，三角州前缘煤层发育较差，至煤田南部的深水地带，煤层尖灭。

第四成因单元：本单元是含煤岩系形成时期湖盆最大扩展时期，湖水已侵入到聚煤盆地的北部边缘剥蚀区附近，故三角州的建设速度很快。当湖水退出本区后形成大面积的三角州平原；沉积物的特点一般为下细上粗的逆粒序。底部常为黄绿色的泥岩，具水平层理和微波状层理，含淡水瓣鳃类化石；向上过渡为砂泥岩互层直至砂岩。

广阔的三角州平原为大面积的聚煤提供了有利的场所，东胜煤田的3-1煤层主要发育在三角州平原上。在煤田北部的局部地区，仍为冲积平原环境。3-1煤层的富煤带的分布，与三角州体系的亚环境有关。在分流河道厚砂体分布范围内，煤层相对较薄，在分流间湾环境，煤层发育较好。

三岩段（J1-2Y3）：位于延安组上部，岩段界线从3煤组顶板砂岩至延安组顶界。岩性以灰白色～浅灰色各种粒级的砂岩和粉砂岩为主，其次为泥岩以及煤层。该岩段顶部发育的白色砂岩可做为延安组与上覆地层区分的标志层。

三岩段含2煤组，以含煤层数多，厚度变化大，合并分叉频繁为其特点。煤层层位难以对比。三岩段含可采煤层5层，其中主要可采煤层2层：2-1下、2-2中，次要煤层1层：2-2上，局部可采煤层2层：2-1中、2-2下。岩段厚度16.23～118.53 m，一般40～60 m 。煤田北部发育较厚。本岩段划分为一个成因单元-第五成因单元。

本单元形成初期，湖水只在煤田南部的补连一带有过短暂的停留，继而被湖泊三角州所代替。煤田从南到北为广阔的冲积平原这时期的河流活动比较强烈，煤田北部的乌兰格尔隆起在本单元后期终于退出煤田北部边界以外。泛滥平原上的废弃河道、牛轭湖、泛滥湖、河流两侧平坦，宽展的漫滩，均为泥炭沼泽发育的地区。煤田北部塔拉沟一带厚煤区，可能为山前洼地聚煤。在煤田南部补连一带，废弃的三角州朵体上也发育了很厚的泥炭层，而河道主要活动地带，煤层分叉、变薄甚至尖灭。

随着地壳上升，鄂尔多斯盆地主体上升，环境发生了重大变化，从而结束了延安组的沉积聚煤历史，虽然在直罗组沉积期间仍发生过短暂的聚煤作用，但已是主要聚煤期过后的尾声了。

综观本区早～中侏罗世的沉积历史，大约可以划分为三个阶段，每个时期的沉积物，基本与三个岩段相当。第一阶段为成煤初期的“填平补齐”时期，煤田南部的新庙-活鸡兔古高地消失，使东胜地区与神府地区连为一体，结束了南北“割据”的局面。第二阶段为聚煤盆地的超覆扩张的强盛时期，湖水由南向北侵入，是湖三角州高建设时期。第三阶段为聚煤盆地的衰退时期，随着基底上升，湖水退出本区，河流活动加强，聚煤作用逐渐减弱直至衰亡。