砂岩是陆源碎屑的主要岩石类型，其碎屑物质主要来源于母岩机械破碎的产物，是反映物质来源的重要标志。通过对研究区48口取心井的岩心观察和256块薄片的鉴定，按刘宝珺（1978）砂岩成分-成因分类，该区主要有岩屑长石砂岩、长石砂岩、长石岩屑砂岩及极少量岩屑砂岩。不同地区碎屑成分及含量有所变化，总体特征表现为：研究区北部石英含量低（21.6%～36.8%）、长石含量高（45.7%～66.5%）；研究区南部石英含量高（47.9%～58.6%）、长石含量低（24%～30.2%）。在平面上，由北向南石英含量呈递增趋势，长石含量依次减小。
在碎屑物长距离搬运过程中，沿着物源延伸方向，砂岩中不稳定组分会遭受磨蚀破裂和化学溶解逐渐减少，而碎屑石英组分抗蚀能力较强，随着搬运距离的增加会相对集中，呈逐渐增高的趋势。根据盆地中轻矿物特征，结合对盆地周边野外剖面砂岩薄片轻矿物组分的定量统计结果，可将其划分为东北物源区、西北物源区、西部物源区、西南物源区以及南部物源区（表2-3，图2-27）。
表2-3 鄂尔多斯盆地延长组砂岩轻矿物含量（%）对比表
图2-27 鄂尔多斯盆地晚三叠世中期轻矿组分区图
东北部大理河、靖边、安塞、吴旗地区以高长石为特征，岩石类型为长石砂岩、岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩。砂岩以粒度细、分选好、杂基少、颗粒支撑为特征。
西北部汝箕沟、石沟驿及盐定地区岩石类型相似，为粗—中粒长石砂岩、长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩，石英含量低，不稳定碎屑组分含量相对较高，为盆地边缘近距离搬运，水动力较强条件下快速沉积的产物。
西部走廊地区及六盘山盆地三叠系的露头样品，常规薄片分析表明，宝积山、莫奕山和炭山闵家沟砂岩样品的石英含量为50%～70%，而油井山砂岩样品中石英含量高达75.5%，各剖面中长石含量多在20%左右，这个数值与走廊远端环县地区长石及石英的含量相似，表明盆地西部中段环县地区与走廊及六盘山地区在延长期可能来自同一陆源区，母岩富含石英。但走廊的轻矿物组分和环县周边的盆地内部钻井碎屑组分相对比，石英碎屑含量（50%～70%）明显高于盆内周边地区（20%～40%），这说明盆地虽然向西开口，但是走廊地区碎屑沉积物却未能大量进入盆地。
西南部汭水河剖面石英含量较低，为35.2%；沿东北泾川、镇原、西峰地区，石英含量逐渐增高，达50%，以上。岩石类型主要为岩屑长石砂岩。其中演武、镇原、长武地区沉积物粒度普遍较粗，不稳定的长石、岩屑含量相对较高，砂岩成分成熟度低，而相邻北侧的西峰地区砂岩成分成熟度较高，石英含量达60%，左右。
南部及东南部岩石类型主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩及少量岩屑砂岩，自盆地南缘旬邑山水河、铜川金锁关、韩城薛峰川剖面向盆地内部岩屑、长石含量逐渐减小、石英含量逐渐增加。
岩屑是母岩风化后直接带入盆内的碎屑物，稳定的母岩岩屑是判断物源方向、母岩性质最直接的证据。在岩屑成分上，盆地北部岩屑成分以变质岩和沉积岩为主，火成岩岩屑较少，变质岩屑既包括板岩、千枚岩、片岩和变质粉砂岩等中—低级变质岩屑，也包括石英岩、长英岩为主的高级变质岩屑；火成岩屑以酸性喷出岩屑多见；在吴旗、白豹见有白云岩屑，这一特征明显不同于研究区北部其他地区，说明该区长6油层组沉积时有少量西南方向的物源介入，而主体物源仍为来自鄂尔多斯盆地北部的阴山古陆老地层区的低—中级变质岩。盆地西部环县以西地区，沉积岩屑为1～1.25，几乎不含白云岩屑。在盆地南部，岩屑成分主要由变质岩屑、火成岩屑和沉积岩屑组成，其中变质岩屑包括千枚岩、片岩及变石英岩，火成岩多为酸性喷出岩、隐晶岩和少量花岗岩，沉积岩屑主要为白云岩和少量粉砂岩。和研究区北部相比，碳酸盐岩岩屑普遍增多，而变质岩岩屑有所减少，说明南部物源和北部不同，结合周缘古陆的认识，推测研究区南部物源主要来自盆地南部及西南缘古隆起的变质岩系及晚古生代碳酸盐岩地层。