De acordo com o Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Norte, elaborado em 2006 pelo Serviço Geológico do Brasil, com pequenas modificações, a área do geoparque é formada por dois grandes grupos de unidades geológicas, a saber:

O primeiro grupo é composto por rochas de idades pré-cambrianas a cambrianas (2,25 bilhões de anos até 510 milhões de anos), conhecidas como embasamento cristalino. As rochas desse primeiro grupo são principalmente representadas pelo Complexo Caicó e pelo Grupo Seridó (formações Jucurutu, Equador e Seridó), seguidas de diversas suítes intrusivas ácidas a intermediárias e diques de pegmatitos (esses diques não representados em mapa devido a escala do mesmo).

• Complexo Caicó – representa por uma associação metaplutônica, composta por ortognaisses tonalíticos-granodioríticos-graníticos, com lentes de rochas anfibolíticas e migmatitos, além de augen gnaisses.
• Formação Jucurutu – é constituída principalmente por biotita ± epidoto ± anfibólio paragnaisses, com intercalações de mármores, rochas calcissilicáticas e skarns, micaxistos, quartzitos, formações ferríferas, metavulcânicas dominantemente básicas e intermediárias, anfibolitos e alguns metaconglomerados basais e possíveis níveis de metachertes.

• Formação Equador – é formada predominantemente por muscovita quartzitos (por vezes com feldspatos) contendo intercalações de metaconglomerados, rochas calcissilicáticas e micaxistos.
• Formação Seridó – sua litologia dominante consta de micaxistos feldspáticos ou aluminosos de médio a alto grau metamórfico, com locais restritos de baixo grau metamórfico. A fácies de médio a alto grau metamórfico é representada por biotita xistos granadíferos, podendo conter minerais como estaurolita ± cianita ± andalusita ± cordierita ± sillimanita. Na porção inferior da formação ocorrem intercalações de mármores, rochas calcissilicáticas, paragnaisses, rochas metavulcânicas, quartzitos e metaconglomerados. A fácies de baixo grau metamórfico é formada por sericita-clorita-biotita xistos, podendo conter sericita-clorita xistos, filitos e metassiltitos.

• Suíte intrusiva São João do Sabugi – representa rochas plutônicas básicas a intermediárias formadas por gabros, gabronoritos, dioritos, quartzo dioritos, quartzo monzonitos, de granulação fina a média, usualmente com biotita e/ou anfibólio e/ou piroxênio.
• Suíte Intrusiva Itaporanga – compreende rochas plutônicas de granulação grossa a média constituída por megacristais de feldspato potássico que podem atingir até cerca de 10 cm de comprimento. Petrograficamente é representada por anfibólio-biotita ou biotita monzogranitos, variando a quartzo monzonitos, sienogranitos ou granodioritos. São frequentes as associações dessas rochas com as rochas da Suíte São João do Sabugi
• Suíte Intrusiva Dona Inês – representa rochas plutônicas de granulação média a fina formadas por biotita (e/ou anfibólio) monzogranitos a tonalitos, além de variações microporfirítica de composição granítica. Fácies com muscovita primária e granada são relativamente raras.

• Diques de Pegmatito – dentro dos limites do geoparque os pegmatitos se concentram predominantemente na região centro-leste, encaixados preferencialmente nos micaxistos da Formação Seridó, onde ocorrem em forma de cristas que se destacam na topografia. Os pegmatitos são corpos alongados constituídos principalmente por megacristais de feldspato potássico, plagioclásio, quartzo e muscovita e, menos frequentemente, biotita, além de minerais como turmalina, granada, columbita-tantalita, berilo (esmeralda e água-marinha), espodumênio, entre outros. Em virtude da escala do mapa geológico, os diques de pegmatitos não estão representados/cartografados.

O outro grupo de unidades geológicas menos expressivo na área do geoparque é constituído por rochas sedimentares, vulcânicas e sedimentos, com idades variando do Cretáceo ao Quaternário (130 milhões de anos aos dias atuais):

• Vulcanismo Rio Ceará-Mirim – este magmatismo ocorre como diques descontínuos, ao longo da borda sul da Bacia Potiguar, intrudidos nas rochas do embasamento cristalino. São formados principalmente por diabásios e basaltos, além de microgabros.
• Formação Serra do Martins – representa as rochas que ocorrem em chapadas de relevo plano a levemente ondulado (em especial sobre a Serra de Santana), constituídos por arenitos médios a conglomeráticos, arenitos argilosos (por vezes cauliníticos), e crosta laterítica com seixos de quartzo.
• Vulcanismo Macau – este magmatismo ocorre como pequenos corpos (plugs e necks) e derrames não cartografáveis na escala do mapa, mas assinalados como asteriscos (*). São formados principalmente por olivina basaltos, por vezes com nódulos de peridotitos, tendo o Pico do Cabugi como principal exemplo de neck vulcânico (localizado fora da área proposta para o Geoparque Seridó).
• Depósitos colúvio-eluviais – são sedimentos arenosos e areno-argilosos esbranquiçados e avermelhados, por vezes constituindo depósitos conglomeráticos com seixos de quartzo predominantes, localmente de natureza polimítica.

 

Os 21 geossítios do Geoparque Seridó representam boa parte da geologia local do território, como vemos na coluna estratigráfica abaixo.