工程区位于青藏高原东部，主要涉及清水河北、主峰、桑日麻和甘德南4条活动断裂，其中桑日麻断裂具有较宽的破碎带，控制河谷的展布和第三系（古、新近系）发育。该区属于巴颜喀拉褶皱带，班玛县哇尔依乡—白玉乡以北为阿尼玛卿断裂带的南亚带，哇尔依乡—白玉乡以南到杜柯河东北为巴颜喀拉北复向斜带，杜柯河西南—达曲东北为巴颜喀拉中断裂褶皱带，达曲西南为巴颜喀拉南复向斜带，主要断层有阿坝断层和阿柯河断层等。在几个拟建坝址附近可见多处褶皱断层现象，还可观察到地堑地垒的存在。
工程区位于印度板块与欧亚板块碰撞挤压作用的接触地带，随着青藏高原的隆起，形成了一系列新的活动构造，以及重新活动的老构造带。上升运动引起剥蚀作用加剧，沟谷下切，从而造成地表被切割，山高谷深，15个候选坝址处的河谷比较狭窄，谷岭相差200m以上。强烈的新构造运动使基岩部分变质、破碎，使得河流阶地上的第四系松散物质成为泥石流固体物质的补给源地。据调查，工程区大部分泥石流沟均分布在新构造运动抬升或垂直差异性抬升的地段。
工程区位于可可西里—金沙江地震带的东南部，其南部为鲜水河-炉霍地震区，西北部为达日地震区。据地震观测资料，达曲—贾曲引水线路沿途未见有5级以上地震记录，引水线路经过的大部分地区地震烈度为Ⅶ度区。据区域地壳稳定性评价资料，工程区大部分为基本稳定区和稳定区。
根据中国强地震震中、地震带分布和震害分区图，工程区位于山区岩体崩滑与地震断层发育区。从地震带来看，大渡河与雅砻江中游之间的地区属于青藏高原地震带中的康定—甘孜地震带，玉树—甘孜—炉霍为高地应力区，在玉树附近曾有过7.5级的地震（1937年1月7日）。规划中的引水枢纽包括亚尔堂和克柯，这两个地区位于阿坝附近，而阿坝附近曾发生过7.8级的地震（1947年3月17日）。
部分引水枢纽建坝工程地质条件见表1-3。
表1-3 部分引水枢纽建坝工程地质条件
工程区内除太古宇和寒武系之外各时代地层均有出露。三叠系是工程区出露的主要地层，其次为第三系（古、新近系）、第四系，侏罗系、白垩系呈零星分布。地层分布和岩性特征如下：
元古宙地层零星分布于秦祁昆褶皱带和唐古拉准地台带内。阿尼玛卿山及玛沁、苦海、赛什塘等，以片麻岩、片岩为主，偶夹灰、灰白色大理岩及混合岩，与古生界和中生界呈断层接触。在准地台地区玉树县，岩性为片麻岩和大理岩，与上覆三叠系呈不整合接触。
古生界奥陶系—志留系以浅变质石英砂岩、粉砂岩、板岩为主，间夹薄层灰岩、黑色燧石层或硅质层，厚达数千米。志留系以千枚岩、片岩夹大理岩、硅质岩、灰岩为主，上部夹有蚀变玄武岩，中部为深灰色大理岩、结晶灰岩与千枚岩、片岩互层，总厚度大于1175m。泥盆系在玉树和巴塘西南地区出露有中、上泥盆统，岩性为砂砾岩、火山岩及浅海相碳酸盐沉积岩，觉拥和康巴地区为黑色灰岩、泥灰岩、砂岩夹板岩。石炭系主要分布于西倾山、唐古拉山及阿尼玛卿山，阿尼玛卿山一带有上石炭统出露，厚792m，岩性为杂色变质砾岩、砂砾岩、砂岩、板岩夹煤线，玛积雪山—喀儿科一带，岩性为灰白色中厚层块状灰岩，厚367～896m。二叠系在玉树上拉秀一带出露上二叠统，岩性为砂岩、粉砂岩夹页岩和煤线，在玉树—马尼干戈一带为下二叠统，岩性上下部差异较大，下部以含火山岩为特征，上部以石英砂岩为主。在巴颜喀拉山，下二叠统布青山群下岩组下部为千枚岩、板岩、片岩夹凝灰岩和多层灰岩透镜体，上部为中基性火山岩夹大理岩化灰岩；上岩组为中厚层灰岩夹千枚岩、板岩和砂岩。
中生界三叠系在工程区内主要分布在巴颜喀拉地层区，这是一套普遍受浅变质含火山岩屑类复理石建造，层序完整连续，岩层褶皱和韵律发育，厚度巨大，化石稀少。下三叠统昌马河组为浅变质凝灰质长石石英细砂岩、岩屑长石砂岩、粉砂质板岩韵律互层，局部夹中基性火山岩及灰岩透镜体，厚度差异较大，砂板岩比例不一。中三叠统甘德组为一套产状稳定的浅变质长石砂岩夹少量板岩，局部夹灰岩和火山岩。上三叠统巴颜喀拉山群下岩组分布较广，主要岩性为板岩、砂质板岩夹砂岩、少量不纯灰岩；上岩组为长石岩屑砂岩、石英砂岩、粉砂质板岩，局部夹中基性火山岩透镜体，分布范围相对较小。中生界陆相侏罗系和白垩系分布零星，侏罗系岩性以火山岩和粗碎屑岩为主，白垩系岩性差异较大。
新生界也是工程区主要地层之一。第三系（古、新近系）遍布各大山系和山间盆地，为内陆型河湖相建造，少数为火山碎屑岩建造。古近系下部为棕红色块状细砾岩、泥岩、砂岩，厚117.6m；中部为棕红色块状泥岩夹薄—中厚层状砂岩及少量灰绿色中厚层灰岩和石膏岩，厚763.8m；上部由紫红色块状砾岩、砂岩组成，厚度大于617m。新近系以中新统分布最广，其下部为厚层岩屑长石砂岩、含砾岩屑长石砂岩夹粉砂质泥岩，局部夹薄层石膏；上部为巨厚层成分复杂的砾岩、厚层含砾砂岩。上新统岩性与中新统岩性差别不大。新生界第四系下更新统主要分布于黄河源区两湖南北两侧，巴颜喀拉山主脊带、阿坝盆地和若尔盖盆地，下部为冰碛层；上部为河湖相沉积物。中更新统散布于巴颜喀拉山及周边山地，主要由冰碛泥砾和冰川漂石组成，以成分复杂的漂砾为显著标志。上更新统分布较广，与全新统相伴。全新统分布于盆地中，厚度5～40cm，以沼泽、湖泊相沉积最广，其次是洪积、冲积和风积物。
工程区内岩浆岩活动起始于元古宙，终止于第三纪（古、新近纪），主要有基性、超基性侵入岩，集中分布在阿尼玛卿山、通天河沿岸，以及巴颜喀拉山地区。