自印支运动以来，长兴县境经受了多期构造运动和不同构造体系(方向)的联合、复合作用。境内断裂发育，并且纵横交错，正逆相伴；兼有水平错动，相互切割，其中逆断层以北北东向和近东西向两组为主，褶皱多较宽缓。

保护区位于安吉—长兴褶皱带（Ⅲ）东北段的泗安—长兴复向斜（Ⅳ）中，其构造特征是以宽缓正常褶皱为主。主要褶皱有北东向煤山复式向斜、北西向或近东西向的合溪向斜、和平三矿向斜、李家巷—吕山向斜；主要区域性断裂构造有：北东向的学川—湖州大断裂、北西向的长兴—奉化大断裂、东西向的湖州—嘉善大断裂。

保护区处于煤山复式向斜的东南翼，该复式向斜属印支期褶皱，其走向为北东50°，延长12公里。核部位于石臼村附近；北东端仰起，南西端被一断层所破坏；从两翼向核部由泥盆系至中、下侏罗世组成，南东翼出露五通组至青龙群地层，北西翼因受张公岭—仰丰岕断层的破坏，仅保存龙潭组至青龙群地层。