「表里山河」一语出自《左传》：「战也。战而捷，必得诸侯。若其不捷，表里山河，必无害也。」意为晋国（今山西）内有黄河，外有太行山，地势险要，易守难攻。山西地质博物馆常设展以此为主题，共分4个主题陈列和2个专题陈列。
八面体黄铁矿
穿越时空厅：介绍不同地区、不同类型的陨石特征，并以山西汾河裂谷、大同火山群、永和黄河蛇曲、太行龙洞岩溶等为例，解释各种地质作用。
远古物种厅：以图片、文字、化石标本、复原模型等结合，展示生物的进化过程，重点对三叠纪北方陆生四足类脊椎动物与南方海生爬行动物进行对比。
鳞木，二叠纪
大地宝藏厅：山西省矿产资源十分丰富，为新中国工业发展做出重要贡献。展览利用多种手段展示山西的煤、铝、铁三大优势矿产和其他矿产。
物华天宝厅：展出馆藏的约140种宝石矿物，基本涵盖所有常见矿物的种类。
测天绘地厅：介绍中国数千年来测绘技术的历史与发展，重要展品包括战国时期的司南、唐代水准仪、清代地平经纬仪、国家大地原点的建筑模型等。
衣被天下厅：介绍土地的形成、土地分类、黄土类型、不同时期的地征制度等，展出黄土高原的五种黄土：保德黄土、静乐黄土、午城黄土、离石黄土、马兰黄土。
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