保护区所在的长兴县域内地层属江南地层区，下、中泥盆统、中、上三叠统、下侏罗统及第三系地层在本区没有出露或缺失。所出露地层中，最老地层为志留系碎屑岩建造；上泥盆统为一套滨海一海陆交互相的内陆碎屑建造；石炭系为滨海—滨海沼泽相碎屑岩和浅海陆棚碳酸盐建造；二叠系为浅海—三角洲相的碳酸盐和含煤碎屑岩建造；下三叠统为浅海相碳酸盐建造。

中生代始，本区处于陆缘活动阶段，断陷、断拗盆地相继形成，火山活动较强烈，河湖相沉积发育。本区所见中侏罗统为河湖相沉积，至上侏罗统广泛分布一套较厚的火山岩系；白垩系受北北东及近东西向断陷盆地控制，盆地内以红色碎屑岩为主，夹厚薄不一的火成岩。下白垩统下部主要为杂色沉积岩，富产鱼类化石；上白垩统区内红层少见，隐伏于泗安平原；第四系广布全区，分为山地丘陵和滨海平原二区：山地丘陵区以冲积、洪积物为主；滨海平原区为中更新世沉积；晚更新世之后出现海陆交互相沉积，主要分布在太湖沿岸、长兴、洪桥以西地区。

考察区主要出露二叠系龙潭组、长兴组、三叠系殷坑组、南陵湖组、和龙山组及第四系地层。