Theo nghiên cứu cho thấy, các thành tạo địa chất khu vực Huế trước Kainozoi có bề dày đạt tới 5.000 đến 7.300 mét lộ ra ở phía tây, tây nam gồm có đá filit, quaczit, cuội kết, đá hoa, đá phiến sét, đá phiến mica, đá phiến lục thuộc hệ tầng A Vương (-O1 av), đá phiến sét, cát kết, cuội kết và andezit thuộc hệ tầng Long Đại (O-S lđ), đá phiến sét, đá vôi, bột kết và cát kết thuộc hệ tầng Tân Lâm (D1-2 tl) và đá vôi thuộc hệ tầng Cô Bai (D2-3 cb).
Các thành tạo địa chất Kainozoi phủ lên bề mặt xâm thực – bóc mòn các thành tạo cổ thuộc hệ tầng Tân Lâm hoặc Cô Bai. Tầng đáy của trầm tích Kainozoi là các trầm tích vụn thô, xen các tập cát bột, bột kết, sét kết nguồn gốc sông – biển có chứa di tích thực vật hóa than và phấn hoa hạt kín của đước (Rhizophora), bần (Sonneratia) thuộc hệ tầng Đồng Hới (Nđh). Phần trên là trầm tích Pliocen – Pleistocen (N2-Q1) gồm cuội, sạn, sỏi, sét, cát bột lẫn sét. Trên cùng là các trầm tích Holocen đa nguồn gốc (a, am, ab, mv, m), trong đó có trầm tích của hệ đầm phá.
Các đá magma xâm nhập lộ ra khá đa dạng, có từ axit tới kiềm, tuổi từ Paleozoi giữa đến Kainozoi sớm, bao gồm: granit dạng gnai và granodiorit thuộc phức hệ Đại Lộc (γ23 đl), tuổi Đevon sớm, chỉ lộ ra ở phía Tây Huế; gabro – olivin và gabronorit thuộc phức hệ Núi Chúa (v34 nc), tuổi Triat muộn, lộ ra thành những dải đồi nhỏ phía tây đầm Cầu Hai; granit biotit hai nica thuộc phức hệ Hải Vân (γ34hv), tuổi Triat muộn tạo nên dải núi Bạch Mã cao đồ sộ ở phía nam đầm Cầu Hai; gabro – điorit và grano – điorit thuộc phức hệ Bến Giằng – Quế Sơn (δ14- γ14bq), tuổi Pecmi muộn, lộ hạn chế ở phía tây; granit- granosienit và sienit thuộc phức hệ Bản Chiêng (γε35 bc), tuổi Paleogen, lộ ra ở ngã ba sông Tả Trạch và Hữu Trạch.
Hệ đầm phá này được hình thành và phát triển trên vùng hạ lún tương đối trong Đệ tứ – Hiện đại. Phía tây của hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai phân bố khối cấu trúc nâng A Lưới – Nam Đông. Hệ thống các đứt gãy phương á vỹ tuyến, á kinh tuyến, ĐB-TN và TB-ĐN hoạt động đã góp phần quan trọng vào việc hình thành hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai. Trong đó phải kể đến các đứt gãy Đakrông – Huế, sông Tả Trạch, Bắc Hải Vân. Chuyển động kiến tạo hiện đại đã hình thành bình đồ kiến trúc khu vực bao gồm: nâng khối tảng Tây Huế, vòm nâng Phú Vang, Thủy Thanh, An Hòa và Hải Thanh, trũng cửa sông Hương và Cầu Hai.
Trong quá trình phát triển, hệ đầm phá bị ảnh hưởng sâu sắc bởi chế độ kiến tạo khu vực. Vận động nâng, hạ và hoạt động đứt gãy hiện đại đã làm xuất hiện các vòm nâng cục bộ gây biến dạng cấu trúc mạng lưới dòng chảy đổ vào đầm phá và làm thay đổi những hoạt động của dòng chảy sông, biển và động thái cửa đầm phá. Sông Phú Cam là một chi lưu lớn của sông Hương từ Huế đổ về đầm Cầu Hai qua sông Đại Giang. Sông này đóng vai trò vừa là nguồn cung cấp bồi tích cho khu vực Thủy Châu, Thủy Lương, Lộc Bổn, Lộc An, vừa là nguồn cung cấp gián tiếp cho cửa Tư Hiền. Hoạt động nâng cục bộ dạng vòm Thủy Thanh đã cắt đứt và làm gián đoạn các hợp lưu của sông Đại Giang, kể cả sông Phú Cam. Vì vậy, người ta phải đào kênh Phú Cam vào đầu thế kỷ 20 nhằm chia lũ từ sông Hương. Ở hạ lưu sông Hương, các vòm nâng cục bộ, đặc biệt là vòm Phú Vang đã tác động trực tiếp vào cơ chế uốn khúc của sông, gây gián đoạn các chi lưu, như chi lưu Phú Vang.
TS. Bùi Thắng
