Về mặt kiến tạo, vùng nghiên cứu là một bộ phận địa hào Hồng Gai phát sinh trên đới kiến tạo Caledoni Quảng Ninh vào Trias được giới hạn bởi đứt gãy đường 18B ở phía Bắc và đứt gãy phía nam có phương vĩ tuyến. Địa hào Hồng Gai bị các đứt gãy á kinh tuyến cắt ra nhiều khối cấu trúc mà vùng Hạ Long gồm ba khối đó là Cẩm Phả, Hồng Gai và Yên Lập. Theo các tài liệu đã được công bố, vùng nghiên cứu đã trải qua 3 giai đoạn kiến tạo: (1) giai đoạn hoạt động kiến tạo Caledoni là giai đoạn cơ sở tạo lập các phức hệ thành hệ kiến trúc móng của địa hào Hồng Gai (2) giai đoạn hoạt động kiến tạo Mesozoi tạo lập địa hào Hồng Gai trên nền vỏ lục địa Caledoni với các phức hệ thành hệ kiến trúc đá trầm tích gốc lục địa chứa than và (3) giai đoạn Tân kiến tạo hình thành trũng trầm tích Neogen. Tương ứng với các giai đoạn hoạt động kiến tạo đã hình thành nên các phức hệ thành hệ kiến trúc, đó là: (1) phức hệ thành hệ
kiến trúc Caledoni cấu thành bởi các tập đá phiến sericite, philit, cát bột kết, cát kết dạng quartzite và đá phiến thạch anh sericite phân bố ven đứt gãy đường 18B (2) Phức hệ thành hệ kiến trúc Epicaledoni có hai phụ phức hệ: phụ phức hệ dưới bao gồm các đá carbonate phân bố dọc phương vĩ tuyến hai phía bắc và nam của thành phố Hạ Long; và phụ phức hệ trên gồm các lớp đá trầm tích sét silic, silic, đá sét bột kết và thấu kính than và đá vôi xen kẹp phân bố không liên tục dọc đường 18B (3) Phức hệ thành hệ kiến trúc Trias giữa cấu tạo bởi các lớp đá phiến sét sericite, philit và cát kết xen bột kết, các lớp đá vôi hoặc dăm vôi – cuội vôi (4) Phức hệ thành hệ kiến trúc Trias trên chiếm khối lượng vật chất trọng tâm của địa hào Hồng Gai (5) Phức hệ thành hệ kiến trúc Jura gồm các trầm tích cuội kết, cát cuội kết, bột kết, sét bột kết nhiễm vôi kề phía tây đứt gãy Cửa Ông – Mông Dương (6) Phức hệ thành hệ kiến trúc Neogen cấu tạo từ các đá cuội kết, cát kết chuyển lên sét kết phân bố ôm vành B-TB và T-TN vịnh Cuốc Bê (7) Phức hệ thành hệ kiến trúc các trầm tích đệ tứ phân bố ở thành phố Hạ Long, quanh vịnh Cửa Lục, dải ven biển Cẩm Phả-Hồng Gai và các thung lũng Dương Huy, Trới hoặc theo các cửa sông suối.