本園區內的岩層主要由火山岩與沉積岩所組成。
火山岩主要包括更新世火山活動形成的安山岩，其產狀包括熔岩流、集塊岩與凝灰岩，也含有少部分玄武岩質的熔岩，以及廣泛分布的火山泥流沉積物。安山岩是一種中性火山岩，主要含角閃石、輝石、斜長石、橄欖石等礦物，一般用所含有的主要礦物來細分這些安山岩，例如角閃石−輝石安山岩、兩輝石安山岩、橄欖石−輝石安山岩等。玄武岩是一種基性火山岩，所含礦物以輝石、斜長石與少部分橄欖石為主。
沉積岩約是由漸新世晚期至上新世位在亞洲大陸邊緣的淺海環境所沉積，主要的地層包括五指山層、木山層、大寮層、石底層、南莊層與桂竹林層。火山岩以不整合（時間上不連續）的方式覆蓋在沉積岩之上。
馬槽溪中因受氧化的3價鐵沉澱而染紅的安山岩塊（黃德雄攝）