坝址区出露地层有太古界登封群、中元古界汝阳群、古生界寒武系及第四系。
1.太古界登封群（Ard）
出露在坝址区河床部位，以五庙坡断层为界，断层以南顶面高程160.00～170.00m；断层以北顶面高程180.00～265.00m，顺河展布长度约3km。岩性以花岗片麻岩为主。岩体较完整，力学性质指标较高，透水性微弱，出露在坝基、隧洞部位。
2.中元古界汝阳群（Pt2r）
分布在坝址区两岸，总厚2～48.2m，岩性坚硬，隐裂隙发育，可划分三个岩组。
（1）云梦山组（Pt2y）。为底砾岩，厚0～14m，一般厚2～7m，岩性为厚层石英砾岩。
（2）白草坪组（Pt2b）。一般厚7～15m，金滩沟口、龟头山顶此层缺失。下部为粗砂岩，上部为砂质页岩。
（3）北大尖组（Pt2bd）。岩组出露厚度一般厚5～7m，金滩沟口该层缺失。岩性为中厚层细粒石英岩状砂岩，层面间夹紫红色页岩。
3.寒武系（
）
从下至上，可划分为下统：馒头组、毛庄组；中统：徐庄组、张夏组。
（1）馒头组（
1m）。总厚94～105.6m，根据工程地质与水文地质特征，可划分为六个岩段。
1）
1m1：白云岩、角砾状白云岩。一般厚3～5m，金滩沟口此层缺失。(www.xing528.com)
2）
1m2：灰色厚层白云岩，含少量燧石结核。厚4.5～7.36m。
3）
1m3：厚11.9～13m。下部为浅灰黄色含燧石结核泥灰岩，厚4.4m；中部为灰色中厚层灰质白云岩，厚2.6～3.0m，因层间滑动挤压，沿褶皱轴部及小断层发育溶洞；上部为浅灰黄色泥灰岩，含夹泥，厚4.0m；顶部为浅灰色灰质白云岩，厚0.9m。
4）
1m4：灰绿色板状白云岩夹紫红色页岩，下部含泥化夹层，厚39～40m。
5）
1m5：泥质条带灰岩、白云岩夹页岩，灰岩中有不贯通的溶蚀小孔，厚20～21m。
6）
1m6：紫红色页岩、粉砂岩夹浅色灰岩、白云岩，厚18～20m。
（2）毛庄组（
1mz）。出露在两岸岸坡，总厚33～40.5m。岩性下部为暗紫红色含白云母铁质粉砂岩与浅灰色鲕状灰岩互层，厚10～12m。中部为灰色厚层鲕状灰岩，厚11～15.5m。上部为灰色结晶灰岩、团块灰岩夹钙质页岩，厚12～13m。
（3）徐庄组（
2 x）。出露在两岸，厚约105m。底部为紫灰色钙质页岩夹薄层灰岩与粉砂岩，厚28m；下部为钙质石英砂岩、砂质灰岩、钙质页岩、粉砂岩，厚27m。中部为灰绿色页岩与深灰色鲕状灰岩互层，厚35m。上部为深灰色板状泥质灰岩，具溶蚀裂隙及波痕厚15m。
（4）张夏组（
2z）。为一套灰色巨厚层鲕状灰岩、白云质灰岩，分布在沁河两岸上部，地貌上呈悬崖峭壁，由于出露较高，与水库工程无关。
4.第四系（Q）
（1）上更新统（Q3）。龟头山古滑坡堆积物（delQ3），局部钙质胶结，厚10～40m，分布高程260.00～300.00m。古崩塌堆积物（colQ3），分布在左岸高程220.00m以上，岩性为破碎松动岩体、岩块及碎石，局部钙质胶结。沁河余铁沟古河道、Ⅲ级阶地堆积物（al+dl Q3），底部为卵石及粉砂，上部为坡积岩块、碎石及壤土，厚约30m，古河道分布高程245.00m以上。
（2）全新统（Q4）。河床及Ⅰ、Ⅱ级阶地堆积物（alQ4），岩性为含漂石的砂卵石层夹黏性土及砂层透镜体，阶地表部为壤土，河床堆积物最大厚度47.97m。
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