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宜昌市地理環(huán)境復雜多樣，地質(zhì)構(gòu)造較為復雜，距今18億年前的元古界到距今百萬年前的新生界之間的各個地質(zhì)時代的地層均有分布，且發(fā)育完整，出露齊全。世界著名地質(zhì)學家李四光在考察了三峽地區(qū)地質(zhì)地貌后，完成《李四光地質(zhì)力學構(gòu)造形跡》而成為一代宗師，引起世界地質(zhì)學界深厚興趣的保持最古老而原始的帶殼動物化石，即發(fā)現(xiàn)于市內(nèi)的西陵峽。地層是中國南方標準地層區(qū)之一，出露的許多典型地質(zhì)剖面在中外地質(zhì)領(lǐng)域享有盛名。李四光教授1924年建立的三峽震旦系剖面，創(chuàng)立了震旦系這一地層單位，為國際地質(zhì)界所認同；黃花場奧陶系剖面地層發(fā)育完整，化石豐富齊全，被認為是中國奧陶系的典型剖面；王家灣奧陶系與志留系界線剖面，是國際上已知的3個最好的這種剖面之一。宜昌市城區(qū)無大斷層通過，地殼相對穩(wěn)定，無孕震構(gòu)造。據(jù)1600多年的記載，城區(qū)地震烈度未超過5度。宜昌市位于揚子江淮地臺的西部，地質(zhì)構(gòu)造總的輪廓是，地域內(nèi)中、北部為黃陵背斜，東邊有當陽盆地，西邊為秭歸盆地，南邊為長陽背斜、仁和坪向斜，西南邊為五峰向斜，西北邊為神農(nóng)架背斜，北側(cè)為臺緣褶皺帶。從地質(zhì)力學角度看，為新華夏系一級構(gòu)造第三隆起帶南段與淮陽山字型構(gòu)造體系的復合部位。

宜昌市地形比較復雜，高低相差懸殊。西部山地占全市總面積的69%，主要分布在興山、秭歸、長陽、五峰縣和夷陵區(qū)的西部，大部分山脈在海拔千米左右。不少山脈海拔高度在2000米以上。興山縣仙女山海拔2427米，為全市最高峰。山區(qū)有許多峽谷，有的雄奇險峻，懸崖峭壁，高聳入云；有的幽深秀麗，曲折迂回。長江、清江、香溪河、黃柏河流域都有這種峽谷，舉世聞名的長江三峽之一的西陵峽就是其中之一。中部丘陵處于山地與平原的過渡地帶，由低山或坡度較緩、連綿不斷的高階地經(jīng)長期風化、剝蝕和切割而成，海拔100米～500米，坡度5度～25度，占總面積的21%，分布在遠安、宜都、夷陵的東部和當陽北部。東部平原位于江漢平原西緣，海拔在100米以下，枝江的楊林湖海拔35米，為全市的最低點。占總面積的10%，分布在枝江、當陽東南部、城區(qū)東南部和宜都、遠安沿長江、清江下游兩岸、沮漳河流域谷地兩側(cè)。此外，全市巖溶地形較多，主要分布在五峰、長陽、興山秭歸、宜都等山地、丘陵。巖溶地形多種多樣，有不少地方山奇、石美、洞異、水秀，是旅游的好地方。