Il  bacino imbrifero sotteso dallo sbarramento interessa terreni di natura prevalentemente argilloso-marnoso-arenacea. La serie stratigrafica si estende dall’Oligocene al Pliocene. Tra le formazioni più antiche, riferibili all’Oligo-Miocene, affiorano i complessi degli argilloscisti varicolori, delle calcareniti e calciruditi ed il complesso marnoso-arenaceo; seguono nella serie il complesso molassico-quarzoarenitico e la formazione marnoso-arenacea di Serra Palazzo.   Trasgressivo su dette formazioni è presente il Pliocene, generalmente in facies sabbioso-conglomeratica. Gli affioramenti Pliocenici si rinvengono, in genere, alla sommità dei rilievi, dove spesso formano pareti scoscese, generalmente stabili. I depositi recenti sono essenzialmente lacustri e alluvionali. I primi occupano plaghe pianeggianti, generalmente depresse, poste presso il limite occidentale del bacino, tra Sarnelli e Serra dell’Olmo, e sono praticamente costituiti da terreni fini e impermeabili. La maggior parte della superficie del bacino è, pertanto, impermeabile, o scarsamente permeabile.