隧道除出口通过部分黄土及碎石土地层外，其余全部通过基岩。洞身所遇地层为三迭系陈家沟组、二迭系和尚沟组、刘家沟组及孙家沟组沉积岩地层。
隧道总体岩性较为单一，大部为长石石英砂岩、长石砂岩夹部分泥岩、页岩等泥质岩层，岩层呈砂、页、泥岩互层状态。岩层倾角一般5~20°。
三迭系陈家沟组主要以薄层长石砂岩构成，中夹薄层泥岩，交错节理发育，抗风化能力极差，主要分布于隧道中部及右侧；二迭系和尚沟组、孙家沟组以泥质岩为主或大部为泥质岩，表现为薄层泥、页岩互层状，岩层极软弱；二迭系刘家沟组以长石石英砂岩为主，呈薄层及中厚层状，层间夹薄层泥岩，节理发育，裂隙多以泥岩填充，岩体多被层面、裂隙切割成大块状或大块平板状。岩石呈整体破坏较常见，主要分布于断层构造附近及向斜轴附近。
隧道内围岩除刘家沟组地层有部分可达Ⅳ类以外，Ⅱ、Ⅲ类围岩占绝大部分，岩层软弱破碎。尤其和尚沟组、孙家沟组泥岩比重较大地段，围岩呈现微膨胀性，工程地质极差。