Fisiográficamente el área queda ubicada en el extremo noroeste de la provincia de la Sierra Madre Occidental dentro de la subprovincia de Sierras y Llanuras de Durango (INEGI, 1981).
La carta se ubica en el Terreno Tectonoestratigráfico Guerrero, dentro del subterreno Parral (Campa y Coney, 1987). Este subterreno presenta una cubierta mesozoica que es interpretada como la facies de transición entre una margen activa al occidente y un mar marginal al oriente, donde se desarrolló con más intensidad la facies de plataforma y se depositaron sedimentos tipo flysch, representados en la carta por rocas sedimentarias que consisten de una secuencia areno-pelítica de edad Neocomiano (Kn(?)Ar-Lu), con estratos plegados, con vetilleo de calcita y espesor de 685 m. Le sobreyacen por contacto tectónico (klipple), depósitos de calizas y lutitas del Aptiano (Kap(?)Cz-Lu) con estratificación delgada, el espesor de la unidad se estima en 60 m.
Cubriendo por discordancia a la secuencia areno-pelítica, aflora un conglomerado polimíctico (TeCgp), constituido por clastos arredondados y subarredondados de areniscas, lutitas y calizas, mal clasificados y cementados por material areno-tobáceo con carbonato de calcio. Su estratificación es paralela y cruzada, con espesor estimado de 50 m. Se asigna edad del Eoceno. Cubriendo a estas rocas se encuentran en contacto discordante la serie volcánica intermedia del Terciario, representada por una alternancia de andesitas-traquitas (Teo(?)A-Tq), con un espesor aproximado de 70 m que se localiza al sur del poblado Álvaro Obregón y se le asignó edad del Eoceno- Oligoceno.
Sobreyaciendo discordantemente a estas rocas, se deposita una unidad de tobas riolíticas con niveles de brecha compuesta de fragmentos de la misma composición (ToTR-BvR), con clastos angulosos a subangulosos cementados en una matriz silicificada. Se estima un espesor de 50 m. Paralelamente se depositaron, tobas riolíticas intercaladas con flujos piroclásticos (ToTR-Pc), cementados por ceniza. El espesor aproximado es de 350 m.
Las tobas antes descritas, son intrusionadas por plugs y sobreyacidas por derrames de composición andesítica (ToA), de textura porfídica constituida por plagioclasas y máficos, así como con vetillas rellenas por cuarzo. Afloran al norte del poblado Francisco Villa y en el Cerro El Cuervo, así como al oeste y noroeste del Cerro de Las Viborillas en la Sierra de Chapultepec; sobreyaciendo a estas unidades, aflora un paquete de ignimbritas (Tolg), de estructura compacta, textura piroclástica fluidal con fiames de pómez y granos de cuarzo. El espesor de la unidad es mayor a 150 m. Su edad es del Oligoceno.
Cubriendo a las unidades volcánicas antes descritas, se depositaron derrames de riolitas (ToR), de estructura compacta en porciones fluidal. El espesor aproximado es de 170 m; se le asignó edad del Oligoceno. En relación de intrusión se tiene un pórfido riodacítico (ToRd) muy fracturado, constituido por feldespatos, cuarzo, y fragmentos de roca que se localiza al norte de la ciudad de Sombrerete en el flanco suroeste del Cerro El Sombreretillo. La unidad de pórfido riolítico (ToPR) se presenta en forma de domo exógeno y presenta estructura compacta, textura porfídica constituida por cuarzo y feldespatos principalmente. Estos domos se localizan al sur del Cerro El Madroño, en los cerros San Nicolás y Pancho Malo. Se le asignó edad del Oligoceno superior.
La unidad ígnea más joven, la constituye un basalto (TmB) de estructura compacta, textura afanítica amigdaloide que tiene un espesor aproximado de 20 m. Se asignó edad del Mioceno. Esta roca aflora en la porción noreste de la carta, en las cercanías del poblado Ricardo Flores Magón.
En las partes bajas se depositó un conglomerado polimíctico con arenisca (TmCgp-Ar), constituidos por fragmentos de rocas volcánicas de composición riolítica principalmente y cuarzo, soportados en una matriz areno-tobácea. Se estima un espesor no mayor de 30 m. Su edad es del Mioceno. En los cauces de los arroyos se presentan depósitos aluviales (Qhoal) constituidos por gravas y arenas. Su edad es del Holoceno. En la parte norte de la carta y sobreyaciendo a los conglomerados, se tienen depósitos eólicos (Qhoeo). Su edad también es del Holoceno.
Las estructuras presentes en la carta son producto de los esfuerzos compresivos de la Orogenia Laramide. Posteriormente en el Eoceno-Oligoceno se manifiesta el retroceso del arco hacia el oeste, asociándose a este proceso la formación de un vulcanismo de naturaleza ignimbrítica. En el Mioceno la distensión provocó fallas normales asociadas a basaltos alcalinos fisurales. Para el Pleistoceno los procesos de erosión y denudación de las rocas preexistentes, formaron una cubierta sedimentaria.
Existen dos direcciones de fallas, la primera tiene una orientación NW 50° - 80° SE con echados de 40° a 70° al SW, que se observan en la Sierra de Miguel Chiquito en la porción noreste, Cordón del Artesano, Cerro Sombreretillo y Sierra de Chapultepec; la otra dirección de fallas tiene orientación NE 80° - 90° SW con echados de 40° a 60° al SE y se ubica en la Sierra de Miguel Chiquito, Cordón de Las Águilas, y provocaron un escalonamiento.
La carta tiene dos zonas mineralizadas de minerales metálicos que son Tocayos y Chacuaco, originadas por procesos hidrotermales (epitermal), así como una de no metálicos que es Estación Frío.
La zona mineralizada Tocayos se localiza en la porción poniente de la carta, en las inmediaciones del poblado de Sombrerete que se caracteriza por contener mineralización de Ag, Pb, Zn, Au y Hg. Las estructuras principales son las vetas-falla Pabellón, San Guillermo, Sacramento y Purísima, que presentan trabajos de explotación desde la época de la colonia. Existen otras estructuras que están vírgenes como son La Mariposa, María Isabel y La Ranita, así como La Huracán de la que se extrajo mercurio. La veta Pabellón es la más importante, presenta rumbo NW 25° - 40° SE, con echados de 51° a 68° al SW, espesor de 1 a 10 m, longitud de al menos 3 km. La veta San Guillermo es sensiblemente paralela a la veta Pabellón y presenta rumbo de NW 37° - 51° SE y echados de 62° a 83° al SW, el espesor promedio es de 0.75 m, 606 m de longitud; las vetas Sacramento y Purísima se consideran la continuación de la veta Pabellón hacia el sureste. La litología que encajona la mineralización son areniscas y lutitas (Kn(?)Ar-Lu). Las vetas La Mariposa, María Isabel y La Ranita son sensiblemente paralelas al sistema Pabellón, con rumbos que varían de NW 20° - 47° SE, echados de 60° - 68° al SW. Las unidades que encajonan estas vetas son ignimbritas, tobas riolíticas, andesitas, areniscas y lutitas. La veta Huracán tiene rumbo NW 45° SE, echado de 72° al SW, espesor de 0.4 m y longitud estimada de 150 m.
La zona mineralizada Chacuaco se ubica en la porción sur de la carta, y está constituida por mineralización de Ag, Au, y Sn. Las vetas presentan forma tabular y sigmoidal las principales son San Martín y Chacuaco; la veta San Martín tiene rumbo de NW 27° SE, echado de 73° al NE, espesores que varían de 0.2 a 2 m, longitud de 400 m. La veta Chacuaco presenta porciones sigmoidales y su rumbo varía de NW 30° SE a este-oeste, echado de 15° al sur, espesor no es mayor a 2 m, longitud de 700 m. La unidad que encajona a estas vetas es de areniscas y lutitas (Kn(?)Ar-Lu). Al sur de estas minas se manifiestan zonas de alteración con argilitización y silicificación que posiblemente estén relacionadas con estructuras mineralizadas a profundidad. Existen también manifestaciones de estaño de forma irregular y en vetillas que no presentan potencialmente atractivo minero.
La zona mineralizada de Estación Frío se localiza en la parte central de la carta y contiene mineralización de fluorita emplazada en una veta-falla denominada Frío, la cual presenta forma tabular y lentiforme, con rumbos que varía de NE 72° - 80° SW a NW 70° - 80° SE y echados de 65° - 79° al SE y 40° - 76° al SW, respectivamente. El espesor varía de 1 a 3 m y excepcionalmente llega a tener hasta 7 m, con longitud de 5 km. Prácticamente la mineralización de fluorita esta agotada y existen evidencias de que existen sulfuros a profundidad. La roca encajonante es la secuencia terrígena de areniscas y lutitas (Kn(?)Ar-Lu). La alteración en la zona es la silicificación.
En la porción oriente y sur de la carta, las manifestaciones de estaño fueron trabajadas a nivel gambusino y actualmente no tiene potencial económico. Es el mismo caso de los depósitos de caolín.
En el extremo noroeste de la carta, existe un prospecto de toba riolítica que se puede emplear para la fabricación de artesanías. Al sur de Sombrerete se explotó un banco de material del que se extrajo grava y arena para la construcción de caminos.
En la zona de Tocayos el área potencialmente atractiva se localiza en el Cordón del Artesano, donde existen las vetas La Mariposa, María Isabel y La Ranita, ya que presentan características semejantes al sistema de Pabellón. En la zona Chacuaco el área de interés se localiza en las alteraciones las cuales están relacionadas con estructuras mineralizadas a profundidad. En la zona Estación Frío se tiene la zona de sulfuros a 150 m que puede arrojar mineralización metálica importante.