Se localiza dentro de la Provincia Fisiográfica de la Mesa Central (Raisz, 1964), que se caracteriza por presentar sistemas intermontanos de variadas alturas, con valles de amplios desarrollos entre dichos sistemas.
Dentro de la carta la unidad más antigua es del Cretácico y está constituido por una secuencia turbidítica tipo flysh que inicialmente se había considerado como Formación Caracol, de edad Cretácico superior (Campaniano-Maastrichtiano), pero por determinaciones micropaleontológicas se determinó una edad en base a los fósiles siguientes: Calpionellopsis simplex, Tintinnopsella carpathica, Calpionella alpina. Estas especies indican una edad Berriasiano medio a tardío. En los niveles de caliza se identificó la microfauna: Calpionella elliptica, Calpionella alpina y Tintinnopsella carpathica. La asociación de estas especies indica una edad del Berriasiano temprano. Los estratos presentan un espesor en las areniscas de 15 a 20 cm, y en las lutitas se llegan a observar de 7 a 12 cm. Por el tamaño de su afloramiento no se pudo definir su espesor.
Sobreyaciendo discordantemente se observan sedimentos clásticos continentales del Terciario, constituidos por conglomerado, arenisca poco consolidada, limo y arcilla, con un espesor de 160 m, como se observa en el arroyo de Cenicera al SE del poblado de Villa de Reyes.
Le sobreyacen discordantemente una serie de rocas volcánicas que constituyen parte del Campo Volcánico de San Luis Potosí (CVSLP) de edad Oligoceno, constituidas de la base a la cima por derrames andesíticos (ToA), de color café grisáceo, gris rojizo o gris oscuro verdoso, de textura porfirítica y pilotaxítica, los principales afloramientos se localizan al norte del poblado de Agua Fría, discordantemente se sobreyace una ignimbrita (ToIg). Su localidad tipo es el poblado de Santa María del Río; es una roca de color gris rosáceo, de textura porfirítica y eutaxítica. Subyace a traquita y brechas volcánicas traquíticas (ToTq-BvTq) conocidas como traquita Ojo Caliente, que consiste de derrames y brechas de color gris claro a café rojizo, de textura holocristalina, inequigranular, microporfídica, con sus principales afloramientos en los poblados Paso Blanco y El Tepozán. Discordantemente se observan andesita-basalto (ToA-B), de color verdoso a gris oscuro, afanítica con muy escasos fenocristales de biotita que pasa a la cima a un basalto vesicular, le sobreyace discordantemente una traquita (ToTq). En el área se presenta aflorando en la porción nororiental de la carta y en las inmediaciones de Villa de Reyes, su estructura es por lo general masiva hacia su cima donde tiene un pobre diaclasamiento y hacia el extremo de sus coladas se aprecia un aumento en el número de diaclasas dando un aspecto lajeado. Su espesor en las partes mas elevadas es de 500 m, aunque como se trata de domos exógenos este es variable adelgazándose en sus lóbulos. Su edad fue obtenida por medio del K-Ar, en roca entera, dando una edad de 30.6 ± 1.5 Ma (Labarthe-Hernández et alt., 1982), lo que la ubica en el Oligoceno medio.
La unidad volcánica con mayor expresión cartográfica en la sierra de San Miguelito esta constituida por derrames de lava de composición riolítica (ToR). Conocida como la Riolita San Miguelito. Esta unidad, forma grandes domos en el (CVSLP). Esta unidad se puede considerar como un enjambre de domos riolíticos (domos aglutinados). Esta unidad ha sido fechada por el método K-Ar en roca entera de 30.0 ± 1.5 Ma (Labarthe-Hernández et alt., 1982) y de 29.2 ± 0.8 Ma, en biotita (Aguillón-Robles et alt., 1994). Sobreyaciendole se observan ignimbritas y tobas riolíticas (ToIg-TR) la cual se conoce como Ignimbrita Cantera; dentro de la carta esta unidad aflora en la sierra de San Miguelito, en los arroyos de Las Contadoras y El Zapote se pudo definir dos unidades de enfriamiento en esta ignimbrita y sin duda se tiene ahí los mayores espesores. Esta unidad fue datada por el método de K-Ar en roca entera en 29.0 ± 1.5 Ma (Labarthe-Hernández et alt., 1982).
En el poblado de Bledos se describió un flujo de lava y brechas de composición riolítica (ToR-BvR), las cuales fueron datadas por el método K-Ar en roca entera de 27.0 ± 0.7 Ma (Nieto-Samaniego et alt., 1996). Esta unidad se observa dentro de la carta en la Sierra de San Miguelito, una parte de esta unidad es conocida como Riolita El Zapote. Como último evento del Oligoceno se observa una ignimbrita que hacia la base tiene un vitrófido (ToIg-Vi), en la carta consiste de una serie de flujos piroclásticos principalmente de caída, que rellenan pequeñas fosas tectónicas, esta unidad fue datada en el poblado El Panalillo en 26.8 ± 1.3 Ma, Labarthe-Hernández et alt., (1982).
En el Mioceno se depositó el Basalto Cabras (TmB), (Labarthe-Hernández et alt., 1982). Es una roca de color negro, de textura holocristalina, inequigranular, microporfídica y pilotaxítica bien desarrollada en la matriz. Estos derrames se observan dentro del poblado San Francisco S.L.P. hasta las inmediaciones de Santa María del Río y están representadas como coladas de lavas que forman mesetas alargadas.
Cubriendo discordantemente a las rocas antes mencionadas y como relleno de depresiones se tiene sedimentos continentales del Plioceno con un alcance hasta el Holoceno constituido por un conglomerado polimictico, arenas y limos, así como materiales de talud, coluviones y aluviones del Holoceno.
La secuencia sedimentaria antes mencionada, está cortada por un dique de composición pórfido riolítico (ToPR). Estos cuerpos intrusivos durante su enfriamiento generaron hidrotermalismo, lo cual ocasionó ligera silicificación y la formación de delgadas vetillas con mineralización de sulfuros.
La carta se ubica dentro de la Provincia de Cuencas y Sierras de la República Mexicana, la cual consiste de una serie de pilares y fosas tectónicas con orientaciones principales NW-SE (Stewart, 1978). La estructura extensional de este tipo, más importante dentro de la carta, corresponde a la fosa conocida como Graben Villa de Reyes (Tristán-González, 1986) el cual tiene una longitud aproximada de 200 km por 30 km de ancho. Dentro de la carta, esta estructura presenta una orientación general NE-SW en su parte sur, donde tiene una anchura de aproximadamente 15 km, cambiando su orientación hacia el norte al llegar al Valle de San Luis Potosí donde esté se amplía hasta 20 km. Esta fosa ésta limitada por el hombro poniente de la Sierra de San Miguelito y hacia la porción oriental por el Campo Volcánico Santa María del Río (Labarthe-Hernández et alt., 1984). Así como un sistema de fallas de orientación NW-SE, algunas de las más importantes que se encuentran en la porción noroeste de la carta son las fallas la Cruz Colorada, La Contadora, La Laja 1 y 2 y Arroyo Grande, hacia el noreste y centro-sur se tienen las fallas Las abejas, El Puerto, Cañadita, Paso Blanco, La Capilla, Tortugas y La Barranca que forman pequeñas fosas como Enrramadas que se encuentran en la parte central de la carta.
El área cartografiada contiene esencialmente tres elementos geológicos importantes: Primero, existe un afloramiento pequeño de rocas del basamento sedimentario marino del Cretácico. Segundo; existen dos campos volcánicos con secuencias y características particulares en cada uno de ellos, aunque hay traslape de tres unidades volcánicas (Ignimbrita Santa María, Latita Portezuelo e Ignimbrita Panalillo). Tercero; existe un patrón complejo de fallas de orientación NW-SE, formando fosas y semifosas tectónicas, las cuales son cortadas por una mega estructura extensional conocida como Graben de Villa de Reyes y cuya orientación general es NE-SW.
El significado de cada uno de estos elementos en la conformación tectónica de la región es como sigue: la orientación de las estructuras de las rocas del basamento (N75°W) indican esfuerzos compresivos en dirección N 15° E. No existen evidencias en los estratos de más de una deformación, por lo que se considera que los esfuerzos tectónicos que ocasionaron que la secuencia marina Berriasiano tipo flysh se levantara, plegara y fuera ensamblada hasta su posición actual, correspondieron a la Orogenia Laramide de fines del Cretácico a principios del Terciario.
Al cesar los esfuerzos compresivos, siguió una época de relajamiento y erosión de las montañas generadas durante la orogenia. Esto permitió que se depositara discordantemente, una secuencia continental tipo "molasa" con algunas intercalaciones de derrames volcánicos. En el Oligoceno medio (32 millones de años), se inició una intensa actividad volcánica, que se observa en la parte oriental de la carta donde se muestra el inicio del desarrollo del Campo Volcánico Santa María del Río.
En la carta Santa María del Río se definió una zona mineralizada denominada Pedernalillo-Bernalejo y dos áreas mineralizadas denominadas Socavón (Zeolitas) y El Salado-Minas Blancas (Estaño), Así como pequeñas manifestaciones aisladas con mineralización de estaño (El Llano, El Tejocote y El Tepozán) y prospectos de rocas dimensionables. Así como un gran número de bancos de materiales pétreos (arena y grava), la mayoría para el uso de revestimiento de carreteras y caminos.
La zona mineralizada Pedernalillo-Bernalejo se localiza en la porción oeste de la carta Santa María del Río, esta zona tuvo gran auge en la época de la colonia, de donde se extrajeron grandes cantidades de mineral de plata y oro. Dentro de esta zona mineralizada existen una gran cantidad de obras mineras consistentes en tiros, pozos y cartas que actualmente se encuentran inaccesibles.
Las estructuras mineralizadas presentan un rumbo NW-SE y en menor grado N-S. Asociado al Graben Villa de Reyes, de dirección NW-SE, en esta zona se determinaron una serie de estructuras (vetas), que se presentan generalmente paralelas o semiparalelas entre sí. Se observan en ocasiones con desprendimientos al bajo y al alto de la estructura principal.
Dentro de las estructuras principales se tiene la veta La Purísima, La Blanca, Los Cerritos y San José. Sobre las cuales se encuentran las obras mineras La Purísima I y II, La Purísima III y IV y el Tiro Bernalejo, La Blanca I, II, III y IV; Cerritos I y II, El Calero, San José I y II.
Estas estructuras presentan una orientación predominantemente N 65° W e inclinación de 68° SW, espesor de 0.50 a 0.90 m, de espesor, afloran en una longitud de 50 a 800 m. Constituidas por cuarzo de color blanco lechoso de estructura masiva, donde se observan drusas y bandeamientos.
Los valores que se obtuvieron son del orden de 50 ppb a 1,083 ppb de Au y 41 a 324 g/t de Ag.
El área mineralizada El Salado-Minas Blancas se ubica en la porción Noroeste de la carta, donde se observan obras de escaso desarrollo labradas sobre vetillas y fracturas de espesores del orden de 0.20 m a 0.80 m con mineralización errática de estaño.
En lo que respecta a mineralizacion de no metálicos se tiene el área mineralizada Socavón, la cual se localiza en la porción centro-sur de la carta a 9 km al N 78° E, del poblado Villa de Reyes y a 3 km al sureste de la ranchería denominada El Socavón, donde se observa mineralización de zeolitas, en las manifestaciones Cantera I y II, La Esperanza y El Cerro Colorado. Donde se determinó la existencia de clinoptinolita y heulandita. Sus principales aplicaciones están relacionadas con la industria cerámica.
Fuera de esta área mineralizada se tiene la presencia de bancos de arena sílica denominados El Verde, El Sitio I y II, los cuales fueron trabajados por Fundiciones Pizutto, que actualmente se encuentran inactivos, los resultados que se obtuvieron con el muestreo realizado son del orden de 74 % SiO .
En lo que respecta a rocas dimensionables y materiales pétreos se tiene el prospecto Rancho Viejo y La Tinaja que consiste de un miembro de la ignimbrita (ToIg-TR), de color rosado y en lo referente a banco de materiales se tiene una gran cantidad de estos los cuales son usados para revestimiento de carreteras y caminos siendo los más importantes El Chuiquihuitilo I y II, La Providencia I y II, El Meco I, II y III, El Gato, El Cambalache y El 20 (Puente Grande).