Dal punto di vista geologico l’area è caratterizzata da due macroambiti. Il primo è formato dagli spessi depositi fluvio-lacustri depositatisi nel plio-pleistocene all’interno di ampie depressioni tettoniche e dai depositi alluvionali più recenti creati dall’Arno e dai suoi affluenti. Tali depositi sono costituiti prevalentemente da ciottoli, ghiaie e sabbie (più o meno coerenti), con scarse lenti di limo e risultano caratterizzati da una permeabilità medio alta. In particolare lungo l’Arno e i suoi principali affluenti prevalgono i depositi alluvionali in forma talvolta terrazzata, mentre nelle porzioni collinari a basse quote prevalgono i depositi lacustri (sabbie e ciottoli) che testimoniano l’intensa attività di deposito all’interno dei grandi laghi nel periodo plio-pleistocenico.
Il secondo macroambito è formato dalle rocce di origine marina (più antiche delle precedenti) che formavano i versanti ed i fondali rocciosi dei bacini lacustri plio-pleistocenici. Sono attualmente riconoscibili tre formazioni geologiche principali: Il Macigno (rocce stratificate con arenarie, prevalenti, siltiti e argille), Calcari e Brecciole di Monte Senario e la Formazione di Londa (Alternanza di siltiti, argille, marne e arenarie). La maggior parte dei queste formazioni costituisce la porzione più rilevata del territorio in questione.

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