西安市位于渭河流域中部关中盆地，东经107.40度～109.49度和北纬33.42度～34.45度之间，北临渭河和黄土高原，南邻秦岭。东以零河和灞源山地为界，与华县、渭南市、商州市、洛南县相接。
西以太白山地及青化黄土台塬为界，与眉县、太白县接壤南至北秦岭主脊，与佛坪县、宁陕县、柞水县分界。辖境东西长约204公里，南北宽约116公里。截至2016年，西安面积9983平方公里，其中市区面积1066平方公里。
西安市的地质构造兼跨秦岭地槽褶皱带和华北地台两大单元。距今约1.3亿年前燕山运动时期产生横跨境内的秦岭北麓大断裂，自距今约300万年前第三纪晚期以来。
大断裂以南秦岭地槽褶皱带新构造运动极为活跃，山体北仰南俯剧烈降升，造就秦岭山脉。与此同时，大断裂以北属于华北地台的渭河断陷继续沉降，在风积黄土覆盖和渭河冲积的共同作用下形成渭河平原。
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