Κατά μήκος της κοιλάδας του ποταμού Άρδα εμφανίζονται τεταρτογενείς αποθέσεις μικτών φάσεων (αργιλοιλύες, άμμοι και ψηφίδες). Βορειότερα, από το ύψος των χωριών Ελαίας και Σπηλαίου, έως και την περιοχή Ορμενίου - Πετρωτών, η περιοχή δομείται γεωλογικά κατά θέσεις από τεταρτογενείς αποθέσεις και μολασσικά ιζήματα Θράκης μικτών φάσεων (άργιλοι, άμμοι, μάργες, ψαμμίτες, κροκαλοπαγή και μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι σε ενστρώσεις μικρού πάχους). Οι ίδιες αποθέσεις εμφανίζονται και νότια της κοιλάδας του ποταμού Άρδα, γύρω από τα χωριά Αμμόβουνο, Στέρνα, Καβύλη, Βάλτος κλπ.

Διαφοροποιήσεις υπάρχουν Βόρεια του Πενταλόφου με παρεμβολές βραχομαζών ασβεστολίθων οι οποίοι εμφανίζονται κατά θέσεις αποκαρστωμένοι. Πλησίον των ΕλληνοΒουλγαρικών συνόρων παρουσιάζεται μια εκτεταμένη ζώνη από ημιμεταμορφωμένα πετρώματα φυλλιτών και σχιστολίθων χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης. Τα πετρώματα αυτά είναι ευαποσάθρωτοι σχηματισμοί, με αποτέλεσμα να καλύπτονται συχνά από χαλαρό εδαφικό μανδύα, με σημαντικό, κατά θέσεις, πάχος. Η γεωλογική και η τεκτονική τους δομή είναι υπεύθυνες για την εκδήλωση σημαντικών, κατά περίπτωση, κατολισθητικών φαινομένων.