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La estructura geológica consiste, en líneas generales, en una serie de capas con direcciones N-S, buzando hacia el este. Esta disposición da al valle una forma asimétrica, con la ladera oriental mucho más abrupta que la occidental.

Presenta grandes fracturas con dirección E-O, y otras series de fracturas menores NE-SO y NO-SE (muy abundantes den la zona entre Liérganes y San Roque), además de gran número de pequeñas fallas lo que indica un comportamiento bastante frágil de los materiales. La deformación correspondiente al Ciclo Alpino, que presenta dos etapas fundamentales: una etapa distensiva de edad mesozoica y una etapa compresiva de edad Eoceno-Mioceno (fase pirenaica). No obstante, la existencia de fallas previas (Orogenia Hercínica) condicionó la orientación, situación y funcionamiento de las nuevas estructuras que se generaron.

Otro rasgo estructural es la presencia de diapiros que corresponden a los depósitos de facies Keuper (materiales plásticos, de baja densidad), y que al ser enterrados por otros de mayor densidad (series terrígenas y calcáreas) crearon situaciones de inestabilidad que dieron lugar al movimiento ascendente de arcillas, sales y yesos hacia lugares con menos presión litostática.

Entre Solares y Liérganes aparecen estructuras diapíricas de facies Keuper, formadas por "arcillas con yesos y sales del Triásico e intrusiones de Ofitas". El medio de depósito corresponde a lagunas saladas o albuferas en condiciones de clima árido. Las Ofitas son rocas subvolcánicas (hipoabisales) que corresponde a un magmatismo basaltico toleítico de intraplaca (época distensiva mesozoica) que se emplazaron como "sills" durante el Keuper superior (Lago y Pocovi, 1984).