贺兰石学名粉砂质板岩，赋存于贺兰山中元古界长城系黄旗口群地层下部。黄旗口群为一套浅海—滨海相碎屑岩及少量碳酸盐岩沉积，沉积中心之一位于贺兰山中段黄旗口、拜寺口一带，沉积厚度达 339.4 米，向四周逐渐变薄。岩层中斜层理、交错层理、波痕和泥裂现象十分发育 , 产叠层石化石。

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　　地质学的历史比较法则(或称“将今论古”法则)告诉我们，利用现今地质作用的规律，通过地质历史事件遗留下来的地质现象与结果，反推地质历史时期地质事件发生的条件、过程及特点是可行的，用之解释贺兰石的成因非常适当。

　　根据上述法则，结合已有的地质资料综合分析推断，贺兰石的形成过程大致是：中元古代晚期，因构造运动，发生了全球性板块断裂，华北板块发生裂谷拉张，地壳大面积持续沉降，随着这个过程的持续，沿贺兰山一线也逐渐形成了裂谷凹陷，并淹没于海水下。从苏峪口、贺兰口向南，一直到滚钟口、大口子一带，沉降为一片温暖而清澈的海湾，海底从岸边向海中平缓延伸到二三百米甚至更深的地方。当时的地球上，除了蓝藻等低等微生物外，其他生物还没有诞生，因而环绕海湾的陆地上，除了裸露的岩石和碎屑，见不到任何动植物，没有丝毫生机，更见不到今天的旖旎风光;蔚蓝而平静的海湾中，见不到任何生物游弋，只有来自陆地上的河流携带着泥沙，年复一年日夜不停地缓缓流入这片平静的海湾，将泥沙逐渐沉积下来。日月荏苒，海底慢慢形成了厚厚的泥沙层。当然，这个沉积过程并不是均匀的，而是与地壳沉降速度、河流水动力强弱、携带泥沙的多少和粗细、海水深浅以及扰动的情况密切相关。因而一个时期沉积物比较细腻，另一个时期则比较粗大;越靠近沉积中心，海水越深、扰动越小，海底沉积物颗粒也就越细腻;越远离沉积中心，海水越浅、扰动越大，海底沉积物的颗粒也就越粗大。

　　这些泥沙层经过后期的成岩作用，砂粒与硅质物、碳酸钙、黏土、氧化铁、硫酸钙等胶结物在上覆地层长期巨大的压力下，逐渐压缩、脱水，粘结成了泥岩。在随后漫长的地质历史过程中，原来的泥岩在地下经温度和压力长期作用，进一步脱水、压实、变形变质成了板岩，贺兰石就这样诞生了。

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　　日月荏苒，沧海桑田，贺兰石形成后，贺兰山一带又经历了十几亿年反反复复的海陆变迁和造山运动。随着山体的隆起，原来位于海水下的岩层逐渐抬升到了山颠并遭受不断剥蚀，其中就有幸而残余的贺兰石。贺兰石的形成年代，通过地层时代对比和同位素方法测定，形成时间不少于13亿年。