该隧道洞身经过的地层有第四系全新统坡积砂质黄土、碎石土；二叠系下统炭质板岩、板岩、砂岩，三叠系中统板岩、砂岩等。山坡表层覆盖有第四系全新统坡积黏质黄土，坡积、滑坡堆积粗角砾土、碎石土等。
隧道工程位于礼县－柞水冒地槽褶皱带及南秦岭冒地槽褶皱带分界处，两构造单元以合作－岷县断裂构造带F3为界。区域断裂F3长160km，宽20～40km，其西段为一系列走向北70°～80°东向北陡倾的叠瓦式构造，东段由数条长20～60km的断裂构成，断层面以北倾为主，倾角50°～70°，总体呈南西凸出的弧形。从断层面大量擦痕及派生褶皱组成的入字型构造表明北盘向南东斜冲，致使中石炭统推覆在下二叠统之上、下二叠统逆冲于下三叠统之上，破碎带宽达600m以上。
受合作－岷县断裂构造带F3影响，隧道工程范围内二叠系及三叠系砂岩、板岩地层褶曲构造及断层构造极其发育。F3断层及其次生断层f22、f23、f24通过隧道洞身，隧道工程地质条件差。