3.1.2.1. Địa chất
Nền địa chất khu bảo tồn có lịch sử kiến tạo thuộc kỷ địa chất. Đệ Tam (Tortiazv), thời kỳ Ladini, cách ngày nay khoảng 220 triệu năm. Địa hình kiến tạo chịu nhiều ảnh hưởng của hoạt động tạo sơn Indexin kỷ Triat thuộc đại trung sinh. Núi đá vôi khu vực có tuổi địa chất trẻ (Kỷ đệ tam), nên các dãy núi ở đây được
xem như là núi trẻ có đỉnh núi nhọn nhưng trong quá trình bào mòn địa chất tự nhiên không mạnh mẽ.
+ Đá mẹ: Đá mẹ trong khu bảo tồn thuộc 3 nhóm chính:
- Đá Trầm tích mà Đá Vôi, Cuội Sỏi kết là đại diện cơ bản, rộng khắp.
- Đá Mác ma a xít với các loại đá phổ biến như Granit, Sa thạch khối, Phấn sa, Đá sét, ... có rải rác.
- Đá biến chất với nhiều loại khác nhau nhưng không nhiều.
Trừ hệ thống núi đá vôi phân bố theo dải, còn các loại đá mẹ khác Đá sét, Phiến thạch sét, Phấn sa, Sa thạch thô, Cuội kết thường không đại diện, chúng phân bố theo vệt, theo vùng nhỏ trên nền đá vôi cổ. Sự đa dạng về đá mẹ đã tạo ra các loại đất khác nhau, là điều kiện cho nhiều loài cây ưa thích đất đá khác nhau phân bố trong khu vực.
+ Các loại đất chính trong khu vực: Theo luận chứng kinh tế kỹ thuật, trong khu BTTN Hang Kia – Pà Cò có 5 nhóm đất chính như sau:
- Đất Feralit mùn trên núi đá vôi nằm trên đỉnh các núi đá vôi có diện tích nhỏ ( 25,5 ha).
- Đất dốc tụ chân núi đá vôi (460,4 ha). - Đất dốc tụ chân núi đá sét (2907 ha).
- Đất Feralit xám trên đá mẹ phiến sét (5578,3 ha). - Đất Feralit xám trên nền đá Sa thạch (457,5ha).
Nhìn chung đất trong khu vực là đất sét nhẹ tới đất thịt nhẹ, màu nâu vàng hay vàng nhạt, tầng đất dày, có thành phần cơ giới từ nhẹ đến trung bình. Đất tơi, xốp, có độ ẩm thấp tới trung bình; kết cấu viên nhỏ và có tầng mùn trung bình, dễ bị rửa trôi, dễ khô cứng. Đất ở nơi mất rừng rất dễ bị rửa trôi, thoái hóa nhanh đặc biệt trên núi đá vôi, rất khó cho quá trình và phục hồi phát triển rừng. Đất ở nơi còn rừng, hay nơi đất còn tính chất đất rừng rất thuận lợi cho quá trình phát triển và phục hồi rừng.
3.1.2.2. Địa hình
Khu bảo tồn thiên nhiên Hang Kia – Pà Cò có địa hình núi đất xen núi đá vôi ở phía Tây Bắc, thấp dần ở phía Đông Nam, có độ cao từ 800m đến 1500m, trung bình 1000m so với mặt biển. Vùng phía tây bắc khu bảo tồn có độ cao trung bình
trên 1100m, Đỉnh Pà Khốm 1.526m là đỉnh cao nhất của khu bảo tồn. Vùng giữa và phía đông khu bảo tồn có độ cao thấp hơn, trung bình 800 – 1000m. Địa hình khu bảo tồn phần lớn là sườn và dông núi của 4 hệ thống núi:
+ Hệ thống núi đá vôi ranh giới giữa xã Pà Cò và xã Hang Kia.
+ Hệ thống núi đá vôi xen núi đất chạy theo hướng Bản Căng tới Thung Ẩn, Thung Mặn. + Hệ thống núi đá vôi xen núi đất chạy theo hướng từ Xà Lĩnh tới Bò Báu của Xã Tân Sơn rồi tới Bao La, Piềng Vế.
Các hệ thống núi trên có hướng từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Xen kẽ các dông núi là các thung lũng hẹp và các dải đất dốc tụ chân núi đá, đây là phần đất canh tác quan trọng của đồng bào Mông, Thái, Mường của các xã vùng cao này. Địa hình trong khu bảo tồn không chỉ bị chia cắt do các dãy núi mà còn bị chịa cắt bởi nhiều dông núi phụ xuất phát từ các dãy núi trên rẽ về hai bên tạo ra các thung, áng, khe suối cạn và các lỗ hút nước (do hiện tượng cac – tơ) của vùng núi đá vôi tạo nên. Khu bảo tồn có độ dốc trung bình 20 – 25 độ, nhiều nơi có độ dốc >35 độ, rất khó đi lại. Nhìn chung địa hình khu bảo tồn thuộc loại trung và tiểu địa hình vùng núi. Càng vào sát các đỉnh núi đá vôi, núi càng cao và độ dốc càng lớn, có nhiều sườn núi đá, vách đá dựng đứng. Địa hình phức tạp và bị chia cắt nhiều là yếu tố quan trọng tạo nên sự đa dạng về thực vật và hoàn cảnh rừng.