公园位于桂湘赣粤褶皱带与桂粤隆起交界地带，大地构造属华夏活化陆台的湘粤褶皱带，局部轮回造山，地质构造运动和岩浆活动强烈，各种构造体系错综复杂。印支运动的发生，使该区形成了强烈的褶皱，同时，也形成了大量的走向逆断层和横向正断层，构造形迹的方向有北东向，北北东向，北西向，东西向和近南北向等的构造体系。从公园所处的大地构造位置以及园区内发育的沉积岩、岩浆岩、褶皱与断裂构造、地貌形态等特征，可以追溯的地质发展史有三期：第一期是泥盆纪至三叠纪（距今4.1×108~2.05×108 a）华力西-印支构造期；第二期是侏罗纪至白垩纪（距今2.05×108~0.65×108 a）燕山构造期；第三期是新生代（距今0.65×108 a~至今）喜马拉雅构造期。
　　公园出露的地层主要以石炭系和侏罗系地层为主，仅地质广场景区雷公坑位置处上覆新生界第四系黄土，出露的岩性主要分为两种，一类是沉积岩层，以上古生界的石炭系为主，多集中在公园南部园区；一类是岩浆岩层，主要为燕山期黑云母花岗岩，分布在第一峰园区。
　　公园地势北高南低，广东第一峰（猛坑石）处海拔为1902m，南部为碳酸盐岩形成的岩溶地貌，海拔高度多在250m以下。南北两个园区海拔高度落差较大，按地貌形态可划分为中高山地（猛坑石）、丘陵、溶蚀洼地（谷地）等。
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