万件展品，美轮美奂
　　“表里山河”是山西地质博物馆的陈列主题，它不仅形象地概括了山西的山川特征，而且也突出了地质科学的研究基础和对象。
　　山西地质博物馆展馆内部陈列着近万件陈列品，陈列体系可概括为“一线二点”。“一线”即基本陈列由“穿越时空”、“远古物种”、“大地宝藏”和“物华天宝”四部分组成，分别向观众展示山西地质历史、生物演化、矿产资源和矿物岩石；“二点”即“测天绘地”和“衣被天下”，专题陈列山西省测绘知识和土地资源两部分内容。
　　穿越时空地球厅从宇宙大爆炸讲到星系的形成、地球的结构，重点展示了陨石的类型、结构、构造等。远古物种古生物厅，是山西地质博物馆的一个亮点展厅。该厅展示的山西特色古生物化石均为近两年建馆期间新发掘的古生物化石。因其品种多、数量多、层次高，在发掘期间就引起国内外专家学者的关注。大地宝藏矿产厅重点展示了山西的三大优势矿种——煤、铝、铁，以突出介绍各种矿产的成分、分布、利用为主要内容。物华天宝矿物厅采用了无展板、无图片、无多余说明文字的精品展柜加矿物标本陈列方式，呈现出一个美轮美奂、晶莹剔透、高级别致的矿物世界、晶石天堂。此外还有测天绘地山西测绘科技厅和衣被天下山西土地资源厅两个专题陈列厅。
　　山西地质博物馆陈列品多数为山西省本土发现、整理，如在左云县发现的剑龙、云冈龙化石，在天镇县发现的特暴龙上颌骨、齿骨化石和在兴县发现的大唇犀化石。特别是发现于吉县的山西山西鳄化石，目前全球仅此一具，为开展三叠纪中期中国肯氏兽动物群研究提供了重要依据。
　　“山西山西鳄”化石陈列在“远古物种”展区内，发掘于吉县，是目前全世界保存最为完整的一具骨架，是展馆的镇馆之宝。从某种意义上讲，“山西山西鳄”是恐龙的“祖先”。作为肯氏兽动物群中的顶级掠食者，这是一种体型较大的假鳄类，其身长超过2米，具有非常锋利的牙齿。这具骨架是2010年在黄河边三叠系地层中新发现的，它不仅提供了头骨和脊椎的解剖学信息，而且扩展了该类群的古地理分布区域，修正了“山西山西鳄”的鉴定特征，也进一步分析了它的系统发生关系。
　　“狗头金为山西地质博物馆第二件镇馆之宝，是山西省有史料记载以来发现并保存下来的最大的一块，被专家称为‘华北第一金’。”山西地质博物馆馆长王润福介绍说，狗头金是一种含杂质的自然金块，通常由自然金、石英和其他矿物集合体组成，因最初发现时外形酷似狗头，故名“狗头金”。狗头金是岩石中的金在长期风化、剥蚀等地质作用下被剥蚀、搬运，最终沉积在金矿下游河滩沙砾石层中并逐渐聚集而成的。这块狗头金产于山西省大同市灵丘县的料眼金矿。料眼金矿是山西省最著名的砂金矿床。该展品重达388克，因其形似蟾蜍，又名“华北金蟾”，质地较为纯净，纯度达90%以上。
　　展厅中不仅有人们熟知的霸王龙化石，还有一些在山西省发现的恐龙化石。其中，在山西省左云县发现的大同云冈龙化石，其原型是一种中大型草食性恐龙，身长超过7米。发现于山西省天镇县的华北龙化石体长近20米，是我国迄今发现的晚白垩世最大的蜥脚类恐龙化石。

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