苗栗縣煤田區最重要的含煤地層為「南莊層」，又稱「上部含煤層」，南莊煤田內的南莊層的層序發展非常完善，層數也夠多，厚度達800公尺至900公尺，主要由砂岩、灰黑色頁岩、及砂岩與頁岩之薄互層所組成。學者何春蓀在民國43年（1954）與民國60年（1971）的調查與報告中，還將南庄煤田的「南莊層」分為柑園段、番婆石段與福南砂岩段等三個岩段。

柑園段為南莊層最底下的岩段，厚度介於200至250公尺之間，夾含1至2層的薄煤層，但大多缺乏連續性，其中一層厚約30公分左右的半焦性煤層，是獅頭山與八卦力煤田主要的可採煤層。番婆石段 厚約350至600公尺，含煤層2至4層，厚度變化大且缺乏延續性，多半不具開採價值。

福南砂岩段屬於「南莊層」的上段，以白砂岩為主，其中又以獅頭山發育最佳，一般厚度介於60至150公尺之間。在北埔至獅頭山煤田內，本砂岩段含有可採煤層共達7至8個煤層，其中有三、四層具開採價值，煤層厚度介於30至40公分之間，最厚的地方可達70至80公分。八卦力與出磺坑煤田的南莊層也有七至八層可採煤層，但缺乏連續性，只能開採最厚的部份，最小規模經營。