1928年，李四光在镇江一带开展基础地质调查，发现宁镇山脉是一条大致为东西走向的弧形构造，弧形的顶端在镇江向北突出。李四光推断，在宁镇山脉的南方有南北走向的山脉存在。经过调查，李四光果然在宁镇山脉南方相当辽阔的平原中找到了南北走向的茅山山脉。虽然两组山脉方向不同，但在成因上关系密切。

1929年至1932年间，李四光多次带领工作小组到宁镇山脉开展地质调查，系统采集标本、化石进行精心研究鉴定，对宁镇山脉地层进行系统划分，为宁镇山脉地层作为我国地质工作标准地层打下了坚实基础。

1929年，李四光发表论文《东亚一些典型构造形式及其大陆运动问题的意义》，概括了宁镇山脉等地不同类型的构造特点，明确了构造体系的概念，推断了每一类构造体系在有关地区的构造运动方式和方向，对山字型构造体系进行初步理论分析。

1930年，李四光带领学生李毓尧、朱森、李捷等人在开展长江中下游基础地质调查时，对镇江船山一带的石灰岩进行详细的研究，根据其岩性及其所含蜓科化石，建立了船山地质剖面，划定了地层层序，将船山一带的石灰岩定名为黄龙石灰岩。对地质学家丁文江命名的“船山灰岩”重新厘定为黄龙灰岩之上地层，时代属早二叠世。

1932年，李四光、朱森等人通过几年来在宁镇山脉大量的野外地质调查研究，发表著作《龙潭地质指南》，被地质学界称为地质“构造体系”理论的奠基性著作。之后陆续发表了《栖霞山及龙潭地质考察纪略》《宁镇山脉地质》《南京镇江间之火成岩地质史》等论著，全面论述了宁镇山脉基础地质概况，各时代地层的层序以及区内的褶皱、构造等特征，尤其是划定的一些地层，如黄龙灰岩、栖霞灰岩的名称和时代，一直作为标准地层沿用至今。

李四光受到宁镇山脉等地“山”字形构造研究的启发，进一步发现了地壳上除“山”字形构造体系外，还存在其他不同形式的构造体系，例如“多”“歹”“入”字形构造、棋盘格式构造、旋转构造等。李四光对宁镇山脉等地构造体系开展调查后对大地构造的新认识、新观点，由此建立了“山”字形构造学说，创立了举世闻名的地质力学理论，为地质科学的发展作出了巨大贡献。1962年，《地质力学概论》正式出版，在矿产资源勘查、环境和自然灾害评估等领域发挥了重大作用。

李四光等地质专家早年在宁镇山脉所开展的基础地质调查研究，对宁镇山脉的进一步研究和探矿工作，具有重要的指导意义。宁镇山脉成为我国地质工作开展最早、研究程度最深、成果最丰富的地区之一，并成为我国地质教育实习基地，享有“地质摇篮”之称。