境内地质地层复杂，自古生界的寒武系到新生界的第四系，除新生界第三系外，均有出露。岩石以沉积岩为主，约占80％，出露于古生界至新生界的不同地质时期，火成岩分布较小，有数十个岩体出露，面积约428平方公里，以花岗岩为主，伴有中偏酸性的花岗闪长岩和少量基性煌斑岩，玄武质珍岩等。大地构造，属于华南加里东褶皱区，即华南褶皱系湘南耒（阳）——临（武）南北褶皱带的北端，衡阳断陷盆地的南缘，分为加里东构造层、海西一印支构造层、燕山构造层。

 境内地势南高北低，大致呈两级阶梯形分布，南部是南岭山簇余脉的塔山和大义山，分别呈北东、南北走向，两山之间夹有庙前——西湖的低平谷地，成为常（宁）、桂（阳）市县的交通孔道，海拔1000米以上的山峰有16座，１000米以下至100米的山峰63座，群峰巍峨，构成南部的天然屏障，为第一级阶梯。北部的平原，丘陵交错，海拔多在200米以下，地形起伏，为第二阶梯。境内地势类型分山地、丘陵、平原三种，其中山地面积、丘陵面积、平原面积分别占全市总面积的37.6％、26％和37.4％。气候，因地处南岭南北侧，属中亚热带季风湿润性气候，四季分明，雨量充沛。但因塔山、大义山绵亘南部，中部低盆，有利空气滞留，春秋天气多变。各年度降水量、气温、日照等气象要素变化无常。

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