Vùng nghiên cứu có đặc điểm kéo dài theo kinh tuyến nên chịu ảnh hưởng của nhiều cấu trúc địa chất khác nhau [14]. Dựa vào chế độ kiến tạo và thành phần thạch học, lãnh thổ nghiên cứu chịu ảnh hưởng của các phân vùng kiến tạo sau:
- Đới khâu Quảng Nam - Đà Nẵng có đặc điểm là các hoạt động macma xâm nhập tuổi Paleogen - Mezozoi sớm phát triển mạnh.
- Đới Bình Trị Thiên có chế độ đại động lực yếu, các thành tạo xâm nhập kém phát triển tuổi Paleozoi sớm - giữa.
Về cấu trúc địa chất, thành phần thạch học các lưu vực sông cụ thể như sau:
- Lưu vực sông Tả Trạch đến trạm Thượng Nhật. Các chi lưu của sông Tả Trạch chảy qua các vùng đá gốc khác nhau. Thượng nguồn sông Tả Trạch chảy qua các đá mắc ma của phức hệ Hải Vân, Quế Sơn, Hải Lộc và chảy qua các đá trầm tích - biến chất thuộc hệ tầng A Vương, hệ tầng Tân Lâm. Trên lưu vực sông Tả Trạch có móng đá gốc cấu tạo bởi các đá thuộc hệ tầng Cô Bai hệ tầng Long Đại và hệ tầng Tân Lâm. Khu vực này có các móng đá gốc bồn trũng nằm ở độ sâu khoảng 50 – 70 m. Bề mặt móng đá gốc ở trên lưu vực có hướng nghiêng từ Tây sang Đông, độ dốc khoảng 50. ở lưu vực sông Tả Trạch Mioxen có các lớp cơ bản sau: (1) lớp cuội, sỏi, lẫn ít tảng màu vàng xám đến màu xám trắng; (2) lớp cát kết chứa trên cuội sỏi màu xám tro, xám trắng, có chứa nhiều vật chất hữu cơ và ngậm ít ô xít sắt màu nâu vàng và (3) lớp cát thạch anh xen kẽ những lớp sét chứa nhiều vật chất hữu cơ. Hạ - Trung Pleixtonxen trong lưu vực gồm có các lớp: (1) lớp cuội - sỏi hỗn tạp (đá khoáng), lớp cát màu xám vàng xen lẫn các lớp mỏng hoặc các thấu kính cát pha. Lớp này có diện phân bố hẹp, ít phổ biến; (2) lớp sét pha màu xám tro, phân lớp
rõ ràng chiều dày ổn định; (3) lớp cát pha màu xám tro lẫn khoảng 5% - 10% sạn sỏi có độ mài mòn kém và (4) lớp sét có chứa nhiều vật chất hữu cơ tích tụ lại thành từng lớp và bị nén chặt lại. Tầng này có nguồn gốc sông - biển, phân bố rộng rãi trong khu vực. Chiều dày của chúng ổn định dao động từ 45 - 50 m. Trầm tích Pleixtonxen thượng khu vực sông Tả Trạch gặp ở nhiều nơi, vừa lộ ra trên mặt vừa gặp trong các hố khoan sâu trong lưu vực, thành phần chủ yếu gồm có: tầng sét, sét pha, cát và cát pha. Phần trên của những lớp này thường bị laterit hoá nên xuất hiện màu loang lổ. Tầng cát, cát pha màu vàng rất đặc trưng, phân bố thành từng dải. Thành phần chính là cát thạch anh hạt mịn đều trung bình.
Các thành phần trầm tích trong thời kỳ Holoxen là hệ tầng quan trọng tạo nên diện mạo hiện tại của vùng đồng bằng khu vực sông Tả Trạch có các lớp: cát màu xám vàng hạt thô đến trung bình; sét, cát chứa bùn hữu cơ màu xám xanh chiều dày khoảng từ 10 - 20 m. Tầng trầm tích tuổi (Q2
IV) cũng khá phổ biến, thành phần chính là sét, sét pha, một vài khu vực xuất hiện các lớp bùn mỏng. Trong tầng này có chứa nhiều vật chất hữu cơ nên có màu đen rất đặc trưng. Các loại đất trên lưu vực sông Tả Trạch bao gồm: đất phù sa chua có diện tích 8.17 km2 chiếm 3.92%; đất xám feralit có diện tích 167.2 km2 chiếm 80.27%; đất xám mùn trên núi có diện tích 32.91 km2 chiếm 15.81%. Sông Tả Trạch chảy qua nhiều vùng đá gốc, đất ít thấm nước với lượng mưa nhiều, khả năng sinh dòng chảy mặt lớn, thuận lợi cho việc tạo dòng chảy mặt và hình thành lũtrên sông.
- Lưu vực sông Thu Bồn đến trạm Nông Sơn: Thành phần đá gốc của lưu
vực khá đa dạng. ở phần đầu nguồn là các thành tạo macma như: granit biotit, granit haimica cùng cát kết, andezit, đá phiến sét, cuội kết hệ tầng Long Đại và Tân Lâm. ở phần phía Nam lưu vực là phylit, quazit, cuội kết, đá hoa, đá phiến mica, porphyolit, đá phiến lục của hệ tầng A Vương. Phần thấp của lưu vực phổ biến các thành tạo sông như cuội, sỏi, mảnh vụn, cát, bột, sét. Sát gần biển chủ yếu là cát có nguồn gốc gió biển và thành tạo cuội cát, bột có nguồn gốc sông – biển. Dọc theo sông là các thành tạo: cuội, cát, bột, sét có nguồn gốc sông tuổi Đệ tứ. Phần thượng nguồn là đất mùn vàng đỏ trên núi, dọc hai bờ sông là đất đỏ vàng trên phiến sét và đất sói mòn trơ sỏi đá. Đất núi dốc phần lớn trên 200, tầng đất mỏng có nhiều đá lộ.
-Lưu vực sông Trà Khúc đến trạm Sơn Giang: Đặc điểm thạch học của lưu vực gồm các thành tạo sau: Hệ tầng sông Tranh: đá gơnai, đá phiến amphibol, biolit, amphibolit, migmatit. ở khu vực Kon Plông: Hệ tầng Đắcmia: gơnai, đá phiến kết tinh, đá hoa migmatit. ở khu vực Mang xim: Hệ tầng A Vương: phylit, đá phiến lục, quarzit. ở khu vực Sơn Tịnh: Phức hệ sông Re: plagiogranit, granodiorit, granitmigmatit. ở khu vực Đá Vách: Phức hệ Núi Chúa: granit, granodiorit, migmatit, cuội, sỏi, cát, bột, sét. ở khu vực Nghĩa Hành, Sơn Hà: Thành tạo bazantoleit. ở khu vực Phú Nhiêu là các vật liệu cuội, sỏi, cát, bột, sét có nguồn gốc sông, sông- biển và cát có nguồn gốc gió biển. ở vùng đồng bằng gồm các loại đất như: cát, đất phù sa, đất xám và đất đỏ vàng. Đất xám và đất xám bạc màu nằm ở vùng cao, đất đỏ vàng phân bố rộng rãi ở miền núi, thành phần cơ giới nhẹ, thích hợp để trồng các loại cây công nghiệp. Phần trung du và thượng nguồn chủ yếu là đất đỏ vàng trên đá biến chất, đá sét tầng dày khoảng 30 cm. Các thung lũng và đồng bằng được cấu tạo bởi phù sa cổ, phù sa mới còn có loại đất xám và các bồi tích của sông, tầng dày 0,7 - 1,2 m (Hình 2.4). Các loại đất đá trên lưu vực làm quá trình thấm trên lưu vực kém, tạo thuận lợi cho quá trình lũ hình thành nhanh.
- Lưu vực sông Vệ đến trạm An Chỉ: Địa chất vùng nghiên cứu bao gồm nhiều cấu trúc địa chất với chế độ kiến tạo, thành phần thạch học khác nhau. Nhưng một nét chung nhất là gradien địa hình theo mặt cắt từ lục địa ra biển lớn, do đó các sông trong vùng phần lớn có độ dài nhỏ và chủ yếu phát triển quá trình xâm thực sâu, quá trình bồi tụ và xâm thực bờ chủ yếu xảy ra ở khu vực đồng bằng ven biển khi mực cơ sở xâm thực hạ thấp.
Thành phần đất đá nền ở đây bao gồm các thành tạo: granulit mafic, gơnai granat, cordierit, hypersten, đá gơnai, đá phiến amphibol, biotit, amphibotit, migmatit (phức hệ sông Tranh) ở vùng làng Triết, đá xâm nhập granit, granodiorit, migmatit (phức hệ Chu Lai- Ba Tơ) ở khu vực núi 524, Bắc Nước Dàng và rải rác trên bề mặt đồng bằng, đáng kể nhất là Mộ Đức. Thành tạo Đệ tứ ở lưu vực gồm: cuội, cát, bột phân bố dọc thung lũng sông ở vùng Ba Tơ, Đông Nghĩa Minh và hỗn hợp cuội, sỏi dăm cát, bột ở Tây Nam Đức Phổ. Phần còn lại của lưu vực gần sát biển là các thành tạo cát, bột có nguồn gốc biển và gió biển.
Hình 2.4. Sử dụng đất lưu vực sông Trà Khúc
Đất trên lưu vực rất đa dạng, gồm 6 nhóm đất. ở vùng đồi núi có các loại đất như đất đỏ vàng trên đá biến chất và đất sét, chiếm phần lớn diện tích. ở vùng đồng bằng có các loại đất như: cát, đất phù sa, đất xám và đất đỏ vàng. Đất xám và đất xám bạc màu nằm ở vùng cao, đất đen, đất đỏ vàng là loại đất phân bố rộng rãi ở miền núi, thành phần cơ giới nhẹ.