隧道轴线横穿基岩山脊，隧道洞身表部为薄层黄土覆盖，进出口段基岩裸露，地形较平缓，洞身段主要为中三叠系铜川组砂岩及泥岩，隧道最大埋深210m，属于复式背斜北翼，主要出露次级褶皱宽缓，大部分地段地层近于水平，仅在发育次级褶皱地段地层发生倾斜，倾角介于10°～35°。区内断裂构造不发育，地壳运动相对比较微弱。
XX隧道围岩为强风化砂岩、泥岩及黄土。砂岩节理发育，岩体破碎，呈松散结构。现场勘察结果显示该区域内的砂、泥岩层理几近水平（与水平面夹角为5°～15°），层理厚度为10㎝～50㎝不等。