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三明位於武夷山脈與戴雲山脈之間,地處閩中和閩西北結合部,地理座標為北緯25°30′~27°07′,東經116°22′~118°39′,全境總面積22965平方千米
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東與福州市的閩清、永泰毗連;東南鄰泉州的德化、永春;西南接龍巖地區的漳平、連城、長汀
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北靠南平地區的邵武、順昌、南平;西北與江西省的石城、廣昌、南豐、黎川交界
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三明市境域地層結構發育完整,自下元古界至新生界共有12個系,37個地層單元包括變質岩、侵入岩、火山岩、沉積岩四大巖類
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最古老的岩石層分佈於建寧一帶的晚太古代天井坪組,是華夏古陸核的組成部分,代表福建省最古老的岩石層
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由於三明地跨福建三大構造單元,地質結構上存在四條斷裂帶:沙縣—南日島北西向斷裂帶,途經泰寧、將樂、沙縣、尤溪等地
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永安—晉江北西向斷裂帶,途經明溪、永安、大田等地;邵武—河源北東向斷裂帶,途經泰寧、建寧、寧化等地
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政和—海豐北東向斷裂帶,貫穿尤溪、大田、永安、沙縣及三明城區