Desde el punto de vista geológico el Geoparque de Salamanca se enmarca dentro del Macizo Ibérico, aunque también está presente la parte más suroccidental de la Cuenca Terciaria del Duero.
Es un área muy rica en geodiversidad, que ha sido objeto desde hace más de 50 años de estudios geológicos (Tesinas, Tesis Doctorales, TFGs, TFMs), así como de numerosas publicaciones nacionales e internacionales, muchas de ellas dirigidas desde el Dpto. de Geología de la USAL. Ello ha permitido conocer, valorar y proteger como Patrimonio Geológico decenas de geositios.
Dentro del territorio se han identificado tres tipos de rocas principales:
Los metasedimentos están constituidos por materiales depositados durante el Neoproterozoico y el Paleozoico Inferior que han sido plegados y metamorfizados durante la Orogenia Varisca (Devónico-Pérmico Inferior). El Complejo Esquisto-Grauváquico (CEG) es una sucesión pelítico-arenosa muy monótona de edad Precámbrico-Cámbrico formada por depósitos siliciclásticos y carbonatados, en ocasiones con niveles caóticos y capas vulcanoclásticas intercaladas (Carrington da Costa, 1950). Este complejo se ha dividido de manera genérica en dos unidades (Inferior y Superior) y se ha interpretado como el resultado de una sedimentación marina en ambientes diversos depositada durante un contexto de inestabilidad tectónica (Moreno, 1977). Sobre el CEG se encuentran los materiales del Cámbrico, en muchas ocasiones en continuidad con los depósitos anteriores (Díez Balda, 1986; Valladares, 2000), y sobre estos, de manera discordante, las formaciones del Ordovícico, de entre las que destacan la cuarcita armoricana y otros cuerpos ortocuarcíticos del Orodvícico-Silúrico. Todos estos metasedimentos están deformados y metamorfizados en distinto grado, con los de mayor grado llegando incluso a la fase de fusión parcial (desarrollo de migmatitas), mientras que en los de menor grado todavía se pueden apreciar características originales, tales como estructuras sedimentarias inorgánicas y decenas de miles de icnofósiles del Ordovícico Inferior.
Las rocas ígneas plutónicas muestran una gran variedad textural y composicional, con términos básicos (dioritas y gabros) y ácidos (granodioritas, granitos biotíticos y leucogranitos). Muchos de estos granitoides son sincinemáticos y forman bandas plutonometamórficas, mientras que otros son granitoides tardíos epizonales que muestran aureolas de metamorfismo de contacto. En la parte más septentrional del territorio las rocas plutónicas constituyen un conjunto plutono-metamórfico de alto grado de gran interés petrológico, el Domo del Tormes. Este conjunto está formado principalmente por gneises grandulares, leucogneises ortoderivados, metapelitas migmatizadas, mármoles y gneises calco-silicatados que en conjunto están delimitados por dos zonas de cizalla conjugadas (López-Plaza, 1982; Martínez et al., 1988). En él aparecen dos tipos de rocas principales más un tercero de menor entidad (Gonzalo et al., 1994, López-Plaza y López Moro, 2003: leucogranitos peralumínicos, granitos biotíticos de moderada a débilmente peralumínicos y pequeños cuerpos de rocas intermedias que definen asociaciones monzoníticas, granodioríticas y diorítico-tonalíticas (López-Plaza et al., 1999; López Moro, 2000).
En algunas partes del geoparque, en especial en el sector más suroccidental, afloran depósitos continentales finicretácicos, paleógenos y neógenos que corresponden con la Fosa de Ciudad Rodrigo. Se trata de materiales detríticos, en especial areniscas y conglomerados, que tienen en ocasiones un cemento silíceo o compuesto por óxidos e hidróxidos de hierro (Corrochano, 1977; Alonso-Gavilán, 1981; Blanco y Cantano, 1983; Alonso-Gavilán, 1989; García Talegón, 1995; Molina et al., 1997). En estos depósitos continentales se han encontrado restos fósiles de vertebrados que no han sido estudiados a fondo.
Las principales deformaciones presentes en el geoparque de las Tres Sierras y los Tres Ríos de Salamanca corresponden con la Orogenia Varisca, aunque también hay estructuras posteriores asociadas con la reactivación alpina e incluso algunas deformaciones prevariscas que generan tres discordancias en los materiales preordovícicos.
Dentro de la Orogenia Varisca, en el territorio del geoparque se han identificado un total de 4 fases deformativas (D1, D2, D3 y D4), de las cuáles la última (D4) es tardivarisca. Es en esta última fase en la que se genera el Domo del Tormes, una de las estructuras tectono-metamórficas más importantes del geoparque.
Las estructuras tectónicas principales tienen una dirección dominante NO-SE y se pueden agrupar en dos grandes tipos:
Pliegues de distinta escala asociados a diferentes fases de deformación que van desde los niveles más superficiales (pliegues verticales sin esquistosidad) a los más profundos (deformación intensa y esquistosidad suhorizontal).
Fallas y fracturas tardivariscas con un importante componente de desgarre que se organizan en varias familias de direcciones conjugadas NO-SE y SO-NE. La más destacada de es la Zona de Cizalla de Juzbado-Penalva do Castelo (García de Figuerola y Parga, 1968; Jiménez Ontiveros y Hernández Enrile, 1983; Villar Alonso et al., 1992; Gutiérrez-Alonso et al., 2015), que se adentra en Portugal atravesando el territorio del geoparque de NE a SO.
La actuación durante la Orogenia Alpina está marcada por la reactivación de algunas estructuras tardivariscas y por el desarrollo de una tectónica en horsts y grabens, que permite la formación de fosas tectónicas que se alternan con las elevaciones de los bloques que constituyen las sierras.
Uno de los aspectos más destacados del geoparque es la amplia variedad de modelos geomorfológicos que hay por todo el territorio, que le confieren un gran valor.
En líneas generales el relieve es un relieve arrasado y maduro, suave y alomado, típico de la penillanura salmantino-zamorana, en el que destacan algunos elementos de rejuvenecimiento. Ese es el caso del complejo de profundos encajonamientos fluviales que constituyen Arribes del Duero, reconocido por el IGME como geosite de interés internacional (García-Cortés, 2009) y del que el geoparque engloba toda su parte salmantina. Al sur del territorio se encuentran además los importantes relieves serranos relacionados del sector más occidental del Sistema Central (sierras de Gata, Francia y Béjar), causados por el levantamiento tectónico durante la Orogenia Alpina.
Los principales elementos geomorfológicos presentes en el geoparque son:
El patrimonio minero y metalogénico del geoparque es otro aspecto de gran interés, en especial en su sector occidental, donde existen yacimientos reconocidos de gran valor en varios metales, así como pequeñas labores para obtener otros metales y/o minerales de interés.
Destacan las mineralizaciones de wolframio de Barruecopardo, explotadas de manera intermitente durante el s. XX y que en la actualidad están en activo, y los antiguos yacimientos de litio y estaño de La Fregenada o los de uranio de la comarca de Argañán.
También hay indicios de antiguas labores para beneficio de oro durante época romana por prácticamente todo el territorio, destacando en este aspecto las del entorno de Las Cavenes.
Los geosites reconocidos por el Instituto Geológico y Minero de España (IGME) se pueden consultar en su visor: Inventario Español de Lugares de Interés Geológico.
Listado de Lugares de Interés Geológico del geoparque: