大同有煤炭、水泥石灰岩、石墨、熔剂白云岩、高岭岩、金云母、玄武岩、大理岩、耐火粘土等矿产资源。
煤炭资源：大同市坐落在大同煤田的东北部，其煤炭资源属于地质概念的“大同煤田”的一部分。大同市含煤地层为侏罗纪大同组，石炭系太原组、山西组。侏罗纪大同组含煤面积全市达540平方公里，保有储量58.7亿吨，累计探明储量65.5亿吨，现在大规模开采的产要是这一部分。对石炭系煤，大部分只作了普查工作，勘探程度不高，累计探明储量为117亿吨。该煤种灰分较高，质量远不如侏罗纪系煤，属气煤类。
石墨资源：该矿产埋藏于前古生代的集宁群地层中，属沉积变质型，全省唯此，分布在市区北部的宏赐堡、六亩地两处。它们属于同一成矿带，总探明储量石墨矿石5162.3万吨，内含石墨224.7万吨。其中，宏赐堡表内保有储量石墨矿石3913.3万吨，内含石墨163万吨，平均含碳量3%-4%，高则超过10%。六亩地表内保有储量石墨矿石1248.4万吨，内含石墨61.7万吨，平均含碳量4.9%。它们均为富矿型。
水泥石灰岩资源：主要产于上寒武系的海相地层中，总储量为21517.6万吨，主要分布于七峰山矿区与狼儿沟矿区，水文地质条件简单，现已大规模开采。
熔剂石灰岩资源：储存于中、上寒武统地层中，属层状海相沉积矿床，累计探明储量7019.2万吨，分布于口泉西部地区。
熔剂白云岩资源：主要产于下奥陶统地层中，层位稳定，规模大，质量好，多为二级品。埋藏浅，地质条件简单，极利于露天开采。累计探明储量5353万吨。
高岭岩资源：储存于石炭二迭纪的煤系地层之中，与煤共生。本市的高岭岩储量大、层位稳定、杂质少，是陶瓷生产的优质添加原料。目前，勘探程度很低，只作为煤矿的伴生矿来开采。
玄武岩产于晚第三系地层之中，探明储量为17424.35万立方米，其中孤山区有644.3万立方米，寺儿梁区有16780万立方米。
森林资源：到解放前，全市森林覆盖率仅有2.5%。解放后，经积极的人工营造，林业有了较大的发展。目前，大同市共有森林42万亩，主要集中在东北部的采凉山区，其它地区也有零散分布，均为人工森林，但大同市仍是一个少林地区。
草地资源：全市牧坡草地的面积共有480331亩，占全市土地总面积的15.3%，约为耕地面积的一半。其中，面积在300亩以上的大片牧坡草地约269875亩，占全市土地总面积的8.6%；面积在300亩以下的零星小块草地（指在农耕区村边、地边、水边、路边的四边草地）共有210456亩，占全市土地总面积的6.7%。大片草地主要分布在山区及部分河滩处，是发展畜牧业生产的重要基地。大同道士口的羊名气较大，因它所吃的草中含有许多药材，所以羊肉肥嫩且无膻味。
野生植物资源：大同市属于干草原的植被类型，因此植物种类比较少，但是野生植物还是大有潜力可挖的。大量的禾本科、豆科草类是发展畜牧业的优质牧草，麻黄、甘草等野生药材植物具有很大的经济价值。山区还生长着许多可供观赏的野生花卉植物，如石竹、山丹、飞燕草、野菊、紫菀、唐松草、黄刺玫等。大量分布着的胡颓子科野生灌木枣沙棘，不仅是沙荒造林的先锋灌木，而且在其桔黄色小珍珠似的果实中含有250种天然化合物。它的形态特征、生理活性和应用价值均与低海拔地区的植物有明显差异，且很少受环境污染。其维生素C的含量是素被称作“维生素C之王”的猕猴两至三倍，最高可达到1900毫克/100克。早在一千多年前，我国就把沙棘作为一种重要的藏药来治疗冠状动脉硬化性心脏病、皮炎、褥疮、角膜炎、妇科白斑病等。后来又发现沙棘中所含的各种活性成份能有效地防止失重对人体造成的危害；且是良好的皮肤营养品，具有明显的抗辐射作用，故从沙棘中提制的汁、油、精，已在国外掺入宇航员的食品中，还将它作为高级化妆品的营养添加剂。
除以上的野生植物资源外，大同还有一部分野生动物资源。由于城市发展、人口密集和生态环境的变化，导致野生动物或迁徙或减少，特别是珍稀动物越来越少了。据调查，大同市陆栖脊椎动物约有一百多种，其中鸟类约70种，兽类约24种。数量较多、经济价值较大的有黄鼬、草兔等；数量较少、经济价值较大的有石貂、狼、狐狸、狗獾等；数量较多但个体经济价值不大的有石鸡、野鸽、麻雀和各种野鼠；具有开发利用前途而尚未被重视的动物有鼢鼠及多种鸡禽、鸟类等。
水资源
大同市的本地水资源总量为1.42亿平方米，人均水资源量仅为111立方米，为全国人均占有量的9%左右，水资源十分贫乏。
市现在的用水状况是：工业与生活用水占80%，农业用水占20%。虽然水资源开发利用率已达67.5%，但年缺水量仍为2000多万立方米。为此，“七五”期间先后改造、新建节水工程135项，年节水能力达2900万吨。“七五”的5年，全市计划取水58740万吨，实际用水52682万吨，共节水6058万吨，相当于市自来水公司一年的供水量。万元产值取水量由1985年的297吨下降到1990年的210吨，下降29.3%。工业用水重复利用率已经由1985年的58.1%提高到1990年的71.3%。
大同市采取节流与开源并重的方针，在强化节水意识，采取多种措施提高重复利用率的基础上，进行了引册田水库和黄河水济市的工作，以最终解决“水荒”问题。
大同煤田地理位置为东经113゜7′左右，北纬约40゜4′，地跨大同、右玉、平鲁、左云、朔州等市县，大致为一长方形、走向东北至西南，长85公里、宽30公里，总面积为1827平方公里，煤炭总储量718亿吨。其中，大同市境内占有含煤面积632平方公里，累计探明储量376亿吨。
大同煤田有两个煤系：侏罗纪煤系与石炭二迭纪煤系。侏罗纪煤系，原形成于印支运动后期的坳陷盆地，以后由于燕山及喜马拉雅山运动的影响，被卷入新华夏系多字型构造中，为单一的弱粘结煤。侏罗纪煤系与石炭二迭纪煤系共有可采煤层18层，其中侏罗纪煤系有可采煤层15层、石炭二迭系有可采煤层3层，两者总厚度为26米，相当于一座七层大楼的高度。
大同煤田不仅储量大，而且煤质也好。正在开采的侏罗纪煤系，是最好的动力用煤，被称为“世界动力煤细粮”。它有五大特点：第一是火力强，一般的煤每公斤发热量只有5000~6000大卡，只能烧开9~10公斤水；大同侏罗纪煤每公斤发热量却达约8000大卡，能烧开11~12公斤水。第二是灰分低，一般的煤灰分都在10%~20%，即每百斤煤烧完后要留下10~20斤灰渣；大同侏罗纪的煤灰分只有5~8%，即每百斤烧完后只有5~8斤灰渣。第三是硫、磷等杂质少，大同侏罗纪煤含硫小于1%，含磷只有0.29%。第四是挥发分高，大同侏罗纪煤挥发分含量都在30%~34%间，用作燃料很容易点燃，宜于制煤气，并且是加工转化成煤化工产品的好原料。第五是硬度高。煤质坚硬开采起来费点事，但在运输上，特别是长途运输就很方便了。大同的优质煤很早就遐迩闻名，从前，北京、天津一带的煤商都用“口泉大块”作为招徕顾客的商标。现在大同煤更是国家建设不可缺少的工业原料。
此外，大同煤田还具有优越的开采条件。首先是它的煤层离地表很近，开凿井筒一般只要凿下去60~100米就能见煤，最深的部分也不超过400米，因此，建井快、投资少。第二，煤层倾斜度小，一般的斜度都在5%左右，便于机械开采。第三，顶板坚硬，顶板岩石多是坚硬的胶质岩石，有的地方采空了几十年，顶板岩石还掉不下来。第四，瓦斯量少。第五，地下水少。一般矿井涌水量都在每分钟6~7吨左右，甚至更多，大同煤矿还不超过1吨，排水设备可节省。
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