（一）地层岩性
隧址区内广泛出露上太古界五台群会岗库组和店房台片麻岩组以图2-1隧道出口地形现状图
及下古生界地层，五台期中酸性侵入岩余岗脑片麻岩组及吕梁期变质辉绿岩，辉绿岩墙分布其中。新尘界上更新统和全新统沿山前及沟谷零星分布。
太古界五台群金岗库组岩性主要为斜长角闪岩、含榴斜长角闪岩夹含榴角闪黑云变粒岩及两层磁铁石英岩和一层较稳定的含榴蓝晶二云斜长片麻岩。店房台片麻岩组为一套中细粒黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩夹黑云变粒岩及斜长角闪岩。为隧道穿越的主要地层。
下古生界寒武~奥陶系馒头组~三山子组地层岩性依次为白云质泥岩、粉砂质泥岩、页岩、鲕粒灰岩夹生物碎屑灰岩及薄层状灰岩、泥晶灰岩、砾屑灰岩、含燧石结核细晶灰岩夹白云质泥灰岩。馒头组地层为隧道穿越的主要地层。
新生界地层零星分布于山前及沟谷地带，出露地层有上更新统亚砂土~亚黏土和全新统冲、洪积砂、砾、卵石地层。
隧址区内的岩浆岩主要为侵入岩，岩性为五台中期中酸性侵入岩金岗脑黑云角闪斜长片麻岩和变质伟晶岩脉，吕梁早期变质花岗岩和变质辉绿岩脉、吕梁晚期辉绿岩墙和伟晶岩脉。
（二）地质构造
隧址区主要经历了五台期、吕梁期和燕山期构造的影响。五台期和吕梁期构造在变质岩系中主要表现为大型复式平卧褶皱的形成、叠加和改造。燕山期构造主要表现为寒武~奥陶系及五台群地层的脆性断裂。
褶皱发育于九层崖南部寒武系馒头组与五台群店房台片麻岩的接触地带。轴向呈北东向，南翼陡，北翼缓，是区内山南向北强烈挤压所致。
隧址区内共有断层27条，其中切穿洞轴线的13条（F5.F8.F9.F10.F11.F12.F14.F16.F18.F19.F20、F22.F23），表现为高角度的正断层和逆断层，按走向分为北东东向和北西西向，主要为北东东向断层。其中F5.F12.F16.F18.F19.F20和F22断层均发育宽度不等的破碎带，带内岩体破碎，节理与构造裂隙密集发育，稳定性差，隧道穿越时容易发生掉块或大的坍塌现象。
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