下马基隧道地质为泥岩夹砂岩、泥灰岩及煤层。地层倾角较大，在65°~68°之间，倾角较陡，走向与洞轴线近平行，岩层受挤压后破碎，节理发育。隧址区地层主要为第四系松散层（Q4dl+dl）含粘性土碎石、上二叠系煤系地层（P2l-c-d）、下三叠系飞仙关组（T1f1+2）砂岩。二叠系龙潭组、长兴组、大隆组灰色泥岩夹砂岩及煤层，是隧道主要围岩。
上马基隧道地层主要为第四系松散层（Q4dl+dl）碎石土、上二叠系煤系地层（P2l-c-d）、下三叠系飞仙关组（T1f1+2）沉积岩，岩性为泥质粉砂岩、粉砂岩夹薄层泥岩。
