На территории Оренбургской области распространены большинство известных науке горных пород, минералов и полезных ископаемых магматического, осадочного и метаморфического происхождения. Древнейшие горные породы Оренбуржья - гнейсы с правобережья Кумака, по данным радиологического анализа цирконов имеют возраст около 1,5 - 1,7 млрд. лет. Начиная с этого временного рубежа геологическую историю земной коры Оренбуржья можно проследить по выходящим на поверхность горным породам.

В докембрии и особенно в палеозое геологическое развитие западной и восточной частей Оренбуржья шло разными путями. В палеозое запад был частью древней Русской платформы, где магматизм почти не проявлялся, а тектонические движения носили в основном медленный эпейрогенический характер.

Восток области, начиная с меридиана Кондуровки, в палеозое был частью Уральской палеогеосинклинами, где сначала (в конце ордовика-силура) в результате расколов земной коры образовались линейные желоба типа современных рифтов. Самой крупной среди этих структур был Магнитогорский прогиб.

В конце палеозоя геосиклинальный этап развития Урала закончился, Уральская геосинклиналь превратилась в молодую (эпигерцинскую) платформу, которая сомкнулась с Русской платформой. Поэтому в мезозое и кайнозое на протяжении почти двухсот миллионов лет тектонические движения на западе и востоке Оренбуржья носилимедленный платформенный характер, а магматизм совсем не проявлялся.

Стратиграфия. Большинство крупных подразделений стратиграфической шкалы представлены в памятниках природы. Это важнейшие геологические достопримечательности. Представление всех, в том числе и мелких, стратиграфических единиц в природных достопримечательностях – дело будущего.

Позднепротерозойские образования в области представлены в основном метаморфическими породами - гнейсами, кварцитами, кристаллическими сланцами, эклогитами, которые образовались в результате метаморфизма осадочных и эффуивных пород: песчаников, гравелитов, аргиллитов, кремнистых пород, вулканитов кислого и основного составов, интрузивных тел ультраосновного состава. В фундаменте Русской платформы преобладают гнейсы и гранито-гнейсы. В основании осадочного чехла этой платформы залегают частично метаморфизованные песчаники, гравелиты, конгломераты и аргиллиты. Мощность протерозойских отложений на платформе до 855 м, на складчатом Урале до 3000 м. Породы протерозоя выходят на Саринском плато, в меридиональной полосе, проходящей через Адамовку и широтный участок долины Кумака выше устья Джарлы, в верховьях р.Буруктала. Метаморфическими породами, особенно кварцитами и кварцево-слюдистыми сланцами сложены примечательные останцы выветривания в долинах Губерли и Кумака.

Палеозойская группа. Представлена всеми системами, выходы ее пород занимают около 70% территории области, лишь на юго-восточном обрамлении Волго-Уральской антеклизы и в Прикаспийской синтеклизе породы палеозоя погребены отложениями мезозоя и кайнозоя.

Кембрийская система представлена слюдисто-кварцевыми песчаниками,базальтоидами и их туфами, линзами археоциатовых известняков. Выходы кембрия выявлены только в Кувандыкском районе на водоразделе Катралы и Сакмары, на междуречье Блявы и Кураганки, в верховьях Мулдакая. Мощность отложений кембрия до 1000 м. Отдельные археоцитовые рифы являются памятниками природы федерального значения.

Ордовикская система представлена песчаниками, алевролитами, глинистыми и кремнисто-глинистыми сланцами и базальтоидами. Они выходят у д.Кидрясово, в верховьях Кураганки и Киндерли, возле пос.Блявтамак, в Кваркенском районе в бассейне Суундука, в Светлинском районе к востоку от оз.Шалкар-Ега-Кара и в верховьях Тобола. Мощность отложений ордовика до 2400 м. В Предуральском прогибе и на Соль-Илецком своде ордовикские отложения (песчаники, аргиллиты с тонкими прослоями известняков) вскрыты глубокими скважинами. Из ордовикских отложений в памятниках природы представлены стратотипы кидрясовской и баулуской свит.

Силурийскую систему образуют базальтоидами дергаишской свиты мощностью до 2600 м и кремнистые сланцы сакмарской свиты мощностью до 200 м. Эти породы выходят на хр.Шайтантау, возле д.Чураево, на территории г.Кувандыка, восточнее г.Медногорска, в бассейнах Губерли и Дергаиша; в Гайском районе по Сух.Губерле, у Орских ворот; в Адамовском и Светлинском районах. В Предуральском прогибе глубокими скважинами вскрыты силурийские известняки с прослоями аргиллитов и песчаников. Шире всего в памятниках природы представлены кремнистые породы сакмарской свиты, представлены также дергаишское базальтоиды.

Местами максимального накопления  девонских отложений были Магнитогорский и Восточно-Уральский прогибы. Преобладали эффузивы быстро меняющегося состава от базальтов до риолитов. Вместе с кислыми эффузивами сформировались залежи колчеданных руд. Максимум вулканизма связан с эйфельским веком. Вулканиты сопровождаются кремнистыми, в том числе яшмовыми, а также глинисто-кремнистыми породами, песчаниками и редкими линзами рифовых известняков. Общая мощность отложений девона в Магнитогорском прогибе достигает 8000 м. Магнитогорский прогиб вкрест его простирания пересекают реки Суундук и Кумак, по этим рекам и их притокам обнажаются лучшие выходы девонских вулканитов, большинство этих выходов являются геологическими памятниками природы. Медногорском районе вулканитыдевона образуют полосу от Медногорска до д.Утягулово. Вулканиты утягуловской свиты эйфельского яруса, а также несколько известняковых рифов девона представлены в геологических памятниках природы.

Значительные площади сложены девонскими вулканитами в Светлинском районе. На платформенном западе Оренбуржья в девоне отложились известняки с прослоями песчаников, в низах разреза преобладают песчаники. Мощность платформенных отложений до 600 м.

Каменноугольная система представлена в Магнитогорском прогибе породами турнейского и визейского ярусов. На значительных площадях распространены эффузивы от базальтоидов до риолитов. В Магнитогорском прогибе и в других тектонических зонах Урала в локальных грабен-синклиналях широко развиты осадочные породы: известняки, песчаники, глины, пропластки каменного угля. В зоне передовых складок Урала формируются толщи терригенно-карбонатного флиша и мощные пластыконгломератов.

Мощность отложений карбона на востоке области до 3500 м. На западе области сформировались толщи известняков с прослоями песчаников. Мощность платформенных отложений до 800 м. Лучшие выходы каменоугольных пород, часть из которых взяты под охрану как и природные памятники, можно наблюдать в бассейне Ириклинского водохранилища и в бассейнах Джусы и Алимбета.

Выходы пермских отложений установлены только к западу от Кувандыка, где ими сложены значительные пространства в долине Урала и на Общем Сырте. Среди отложений нижней перми (ассельский, сакмарский и артинский ярусы) преобладают известняки. С приближением к складчатому Уралу они замещаются песчаниками и глинами.Кунгурский ярус содержит достигающую километровой мощности толщу каменных и калийных солей, ангидритов и гипсов. Верхнепермские отложения состоят в основном из терригенных пород (песчаников, конгломератов, аргиллитов), среди которых на поверхность чаще всего выходят красноцветные песчаники татарского яруса. Лишь в казанском ярусе отмечаются слои морских отложений - известняков и доломитов, солей, ангидритов и гипсов. Мощность пермских отложений до 5800 м. Большинство типов пермских отложений демонстрируются в памятниках природы, среди которых давно известный стратотип сакмарского яруса.

Отложения мезозоя носят платформенный характер. Местом их максимального накопления были Прикаспийская синеклиза и мезозойские эрозионно-тектонические впадины в пределах молодой эпигерцинской платформы (Орская, Таналык-Баймакская и Аккерманоская депрессии).

Триасовые континентальные отложения – песчаники и конгломераты, алевроллиты и глины, широко распространены на западе Оренбуржья. Наиболее грубообломочный состав до валунных конгломератов и максимальную мощность (до 1500 м) они имеют в Предуральском прогибе (горы Накас, Кармен, Маячная и др.). Практически весь разрез триасовой системы демонстрируется в памятниках природы, в их числе стратотипы блюментальской, донгузской и букобайской свит.

Континентальные угленосные пески и глины  юрской системы (нижний и средний отдел) залегают в Прикаспийской синеклизе и на ее обрамлении, в Предуральском прогибе, в мульдах оседания над соляными диапирами, а также в Орской, Аккермановской и Танелык-Баймакской депрессиях. Морские отложения верхней юры - опоковидные породы, известняки, белемнитово-аммонитовые ракушечники, глины, горючие сланцы, прослои фосфоритов, залегают только в западных и юго-западных районах области. Местом их максимального распространения является Прикаспийская синеклиза и надсолянокупольные мульды. Мощность юрских отложений до 500 м. Юрские морские и континентальные отложения широко представлены в геологических памятниках природы, среди них давно известные Ветлянские яры, гора Ханская, разрезы по Большой Песчанке и др.

Поля распространения отложений меловой системы примерно те же, что и для отложений нижней-средней юры. Это глауконитово-кварцевые и кварцевые пески с фосфоритами, глины, песчаники, мергели, писчий мел, пласты и линзы бурых железняков. На востоке Оренбуржья максимум формирования кор выветривания приходится на меловой период. Мощность отложений до 400 м. Образования мелового периода, особенно коры выветривания, представлены в геологических памятниках природы.

Кайнозойская группа

Палеогеновая система.  На Саринском плато залегают опоки, трепелы, известковистые породы и глауконитово-кварцевые пески, галечники. Линзы "дырчатых кварцитов" образуют холмы (г.Медвежий Лоб и др.). В олигоцене в надсолянокупольных мульдах оседания в Предуральском прогибе началось формирование угленосной толщи песков и глин. На востоке области формировались аллювиальные галечники и пески, а также озерные каолиновые глины. Мощность отложений палеогена местами превышает 100 м. Угленосные отложения представлены в Тюльганском карьере и по рч.Букобаю, дырчатые кварциты на западе области образуют примечательные холмы-шиханы (Медвежий Лоб и др.).

Максимальные мощности (до 60-110 м)  неогеновых отложений представлены на западе области в погребенных долинах Урала, Сакмары, Самары и других рек. Эти отложения составляют пески, галечники и глины. Часть из них имеет морское (лагунно-эстуариевое) происхождение. На востоке, частично и на западе области в миоценесформировалась толща тяжелых красноцветно-сероцветных глин аральской свиты. Большинство неогеновых пород демонстрируются в памятниках природы.

Четвертичные отложения составляют галечники, пески и глины надпойменных и пойменных речных террас. В конце периода склоны и междуречья почти повсеместно покрылись тонким слоем (от 0,5 до 2-3 м) коричнево-бурых делювиальных суглинков и супесей, которые стали главной почвообразующей породой Оренбуржья. Некоторые разрезы четвертичных отложений, среди них разрезы конусов выноса логов, являются геологическими достопримечательностями.

Магматизм. Интрузивные породы выходят на поверхность только на востоке области, образуя различные по размерам массивы - батолиты, штоки, дайки и жилы. Среди них выделяются ультраосновные породы - дуниты, перидотиты, пироксентиы, серпентиниты рифейского, ордовикского, силурийского и каменноугольного возрастов;граниты, габбро, диориты, граносиениты и спениты, по составу и возрасту разделяющиеся на несколько комплексов. Главные из этих комплексов - девонский (Ащебутакский), каменноугольный (Магнитогорский) и позднепалеозойский (Адамовский). Все эти комплексы представлены в памятниках природы. Все эти комплексы представлены в памятниках природы.

Тектоника. Оренбургская область охватывает юго-восточную часть Восточно-Европейской Русской) платформы: северо-восточную часть Прикаспийской синеклизы, значительные части Волго-Уральской антеклизы и Предуральского краевого прогиба и все структурные элементы складчатой части Южного Урала. (рис.1)

В пределах Волго-Уральской антеклизы на северо-западе области выделяются - южное окончание Татарского свода, Восточно-Оренбургское сводовое поднятие, Бузулукская впадина и Соль-Илецкий свод. Поверхность платформенного фундамента расчленена на выступы, где фундамент залегает на глубине 2400-3600 м, и впадины, с залеганием фундамента на глубинах от 4000 м до 6000 м.

Северная граница Прикаспийской синеклизы проводится по правому склону долины Урала и Илека. На территорию области заходит лишь бортовая часть впадины, которая осложнена серией разломов широтного простирания. Эти разломы образуют блоки, по которым происходит ступенчатое погружение докембрийского фундамента в южном направлении.

Западная граница Предуральского прогиба, если ее проводить по кровле артинского яруса, проходит по меридиану Октябрьское-Акбулак, а восточная граница прогиба проходит субмеридионально через ст.Кондуровку. Поверхность докембрийского фундамента погружается в пределах прогиба до 16400 м. Наиболее резкие изменения глубин фундамента совпадают с долинами рек Сакмары, Урала и Илека. Это связано с разломами фундамента, имеющими субширотное направление.

В пределах прогиба выделяются три структурные меридиональные зоны: западная, центральная, восточная. Западная зона представляет из себя меридиональную флексуру шириной 6-10 км, к флексуре приурочена полоса погребенных ассельско-сакмарско-артинских рифов. Центральная зона характеризуется развитием глубоководных (депрессионных) фаций ассельского, сакмарского и артинского ярусов и максимальной мощностью солей и гипсов кунгурского яруса. В восточной зоне среди отложений ранней перми преобладают молассовые и флишевые накопления.

Тектоническое строение Уральской складчатой системы (Уральской палеогеосинклинали) отражает ярко выраженная меридиональная зональность, в соответствие с которой с запада на восток выделяется семь стуктурных мегазон.

В Западно-Уральской зоне внешней складчатости породы смяты в систему узких складок. Все они ориентированы с севера и северо-запада на юг и юго-восток и имеют более крутые западные и пологие восточные крылья. Особенность Западно-Уральской зоны – полное отсутствие проявлений магматизма в разрезах палеозоя. Эта зона по формационным признакам стоит ближе к Предуральскому прогибу, чем к Уральской палеогеосинклинали.

Во всех остальных тектонических мегазонах складчатого Урала палеозойский магматизм проявлен исключительно широко. В прогибах это в основном эффузивный магматизм, в поднятиях – гранитный-интрузивный. Главной промбовой мегазоной и местом максимального накопления продуктов вулканизма на Урале является Магнитогорский прогиб. Осевая, наиболее погруженная часть этого прогиба, с которой совпадает меридиональный отрезок Урала (Ириклинское водохранилище) с поверхности сложена в основном известняками и терригенными породами нижнего карбона. На остальной территории Магнитогорского прогиба из подчиненных ему структур ведущее место занимают антиклинории вулканического происхождения (Ирендыкский, Ащебутакский и др.).

Западнее Магнитогорского прогиба до последнего времени выделялось Центрально-Уральское поднятие, осью которого служил антиклинорий Урал-Тау, сложенный метаморфическими породами докембрия. Недавно ряд исследователей (Смирнова, Черкасов, Мещерякова, Тищенко, Ченцов, 1989; Видюков и др., 1997) оренбургскую часть Центрально-Уральского поднятия стали относить к Магнитогорскому прогибу, рассматривая Уралтауский антиклинорий как срединный массив в прогибе. Это вполне обоснованная точка зрения, т.к. вулканические формации и структуры Медногорского района, входившие в Центрально-Уральское поднятие, мало отличаются от таких же формаций и структур Гайского района Магнитогорского прогиба.

К востоку от Магнитогорского прогиба находится Восточно-Уральское поднятие. Это структура с максимальным распространением крупных гранитных интрузий (Суундукская, Канадинская, Адамовская, Карабутакская, Котансинская, Джабыгасайская и другие интрузии). Выделяемые восточнее – Восточно-Уральский прогиб, Зауральское поднятие и Кустанайский прогиб в геологических формациях выражены не так ярко, как Магнитогорский прогиб и Восточно-Уральское поднятие. Есть мнение о полной или частичной подчиненности этих структур Восточно-Уральскому поднятию.