Opisywany obszar leży na południowym skraju epiwaryscyjskiej platformy, określanej jako platforma Polski południowo-zachodniej (Bukowy, 1974), a ściślej na obszarze zapadliska górnośląskiego, w jego części zaangażowanej w budowę przedgórza Karpat. Występują tu utwory mezozoiczne i kenozoiczne zalegające na górno-karbońskim podłożu (Żero, 1956; Szuwarzyńska i in., 2001).
Najstarszą formacją, odsłoniętą na powierzchni, jest tzw. arkoza kwaczalska reprezentująca karbon górny (Rutkowski, 1972), której wychodnie znajdują się w paśmie wzniesień w okolicy Libiąża i Żarek (tabl. 1). W tym rejonie, pod niezbyt grubą pokrywą utworów kenozoicznych, występują utwory najwyższego westfalu – krakowska seria piaskowcowa z pokładami węgla kamiennego (Dembowski, 1972), odgrywające istotną rolę w budowie geologicznej całego obszaru arkusza. Całkowita miąższość utworów karbonu górnego przekracza 1000 m. Podczas ruchów waryscyjskich osady te zostały szerokopromiennie sfałdowane. Główną strukturą tego wieku w obrębie arkusza jest niecka chrzanowska (Bukowy, 1974). W okresie późnego paleozoiku i mezozoiku aż po neogen utwory karbońskie były uskokowane, tworząc skomplikowany system bloków tektonicznych (Buła, Kotas, red., 1994).
Mezozoiczna część profilu składa się głównie z utworów triasu. Osady jury występują jako niewielkie, odosobnione płaty wyłącznie we wschodniej części arkusza. Trias reprezentowany jest przez formację węglanową, obejmującą pstry piaskowiec i wapień muszlowy (Szuwarzyński, 1984). Formacja ta ma miąższość ok. 160 m i składa się głównie z utworów dolomitowych, oprócz których występują także margle i wapienie, a w najniższej i najwyższej części wkładki terygeniczne. Na znacznej powierzchni dolomity (zwłaszcza kruszconośne i diploporowe) tworzą podłoże utworów kenozoicznych lub rozległe wychodnie, które są skałami macierzystymi gleb.
Kenozoiczna część profilu obejmuje utwory neogenu (iły i margle charakterystyczne dla miocenu zapadliska przedkarpackiego) oraz szeroką gamę osadów czwartorzędowych. Utwory miocenu, osiągające ponad 40 m grubości, rzadko tworzą odsłonięcia naturalne, mimo szerokiego rozprzestrzenienia w dolinie Kanału Matylda. Pojawiają się natomiast bardzo często w wykopach. Wychodnie morskich iłów miocenu występują tylko w obniżeniu, na południe od Chełmka.
Utwory czwartorzędowe pokrywają przeważającą część powierzchni arkusza, tworząc niekiedy wielowarstwowe sekwencje o profilach zróżnicowanych litologicznie. Ich miąższości wahają się od kilkudziesięciu centymetrów przy kulminacjach wzniesień do kilkudziesięciu metrów w pogrzebanych dolinach erozyjnych. Są to plejstoceńskie utwory lodowcowe i wodnolodowcowe (piaski i żwiry fluwioglacjalne, gliny zwałowe, iły zastoiskowe), a także peryglacjalne (różnorodne zwietrzeliny). Piaski wydmowe, mady, namuły, iły, piaski, martwice wapienne i torfy to osady akumulacji holoceńskiej.
Złoża kopalin. Od XIII w. do początku I wojny światowej na terenie arkusza wydobywane były rudy cynku i ołowiu, występujące w triasowych dolomitach kruszconośnych. Przedmiotem eksploatacji były niewielkie, płytowe ciała rudne, zalegające zgodnie z warstwowaniem skał, oraz towarzyszące im gniazda rudne lub strefy mineralizacji żyłowej (Sass-Gustkiewicz, 1985, 2001; Dżułyński, Sas-Gustkiewicz, 1993; Górecka, 1993, 1996; Szuwarzyński, 1993). Wydobycie prowadzono w północno-wschodniej części arkusza, w pasie wychodni dolomitów, w rejonie Kąty–Cezarówka oraz w okolicy Libiąża. Wydobywaną rudę w większości przypadków można określić mianem galmanu. Głównymi minerałami rudnymi były smitsonit i galena, akcesorycznie towarzyszyły im cerusyt, hemimorfit, hydrocynkit, anglezyt oraz minerały żyłowe -dolomit, kalcyt, chalcedon i baryt (Górecka 1996; Szuwarzyński, 1996). W rejonie Libiąża wraz z galmanem eksploatowano limonitowe rudy żelaza. Wszystkie wymienione minerały tworzyły wystąpienia dwojakiego rodzaju: skupienia warstwowe i rudy ziemiste zastępujące skały węglanowe lub wypełnienia pustych przestrzeni w skałach (żyły i żyłki różnego rodzaju, naskorupienia i spoiwa w brekcjach). Skałą otaczającą kruszce w obrębie ciał rudnych, a także główną skałą boczną dla nich był dolomit.
Eksploatację rud Zn-Pb prowadzono powyżej poziomu wód gruntowych, stosując lokalnie odwodnienie krótkimi sztolniami. W XIX w. wykorzystywano także drenaż pobliskich kopalń węgla (Szuwarzyński, 2003). Do początku XIX w. wydobywano galenę, prowadząc wytop ołowiu w pobliżu miejsc jej eksploatacji. Wydobycie galmanu zapoczątkowano w XVI w., kierując go początkowo do produkcji mosiądzu (eksport do Szwecji). W końcu XVIII w. podjęto eksploatację rud żelaza, która trwała do połowy XIX w. Wzbogaconą rudę wywożono do Chrzanowa, Suchej Beskidzkiej, a nawet na Morawy. Po rozpoczęciu produkcji cynku metalicznego (na początku XIX w.) intensywnie eksploatowano galmany, które transportowano w większości do hut śląskich.
Wydobycie rud Zn-Pb prowadzono do wyczerpania zasobów w polach górniczych eksploatowanych od średniowiecza. Prace rozpoznawcze w latach 50. i 60. XX w. nie ujawniły możliwości ich rozszerzenia w utworach triasu znajdujących się w zapadliskach (Kurek i in., 1977).
Eksploatację złóż węgla kamiennego rozpoczęto w okolicach Libiąża w II połowie XIX w., (Szuwarzyński, 2008a). Jest ona ciągle kontynuowana i wydaje się mieć wieloletnie perspektywy.
W granicach złóż udokumentowanych na opisywanym obszarze działają obecnie dwa ośrodki wydobywcze tworzące Południowy Koncern Węglowy: ZGE Janina w Libiążu i ZGE Sobieski w Jaworznie. Pierwszy z wymienionych zakładów dysponuje obiektami powierzchniowymi na terenie arkusza, zaś drugi sięga od północy na teren arkusza jedynie fragmentem obszaru górniczego. Przedmiotem eksploatacji w obydwu zakładach są pokłady występujące w krakowskiej serii piaskowcowej (w ZGE Janina pokłady 113–119, a w ZGE Sobieski pokłady 207, 209 i 302). W granicach arkusza znajdują się też części pięciu udokumentowanych, a niezagospodarowanych złóż węgla: Byczyna, Libiąż-Dąb, Libiąż-Janina, Libiąż III i Wisła I–Wisła II.
Eksploatacja dolomitów triasowych, wykorzystywanych jako kamień budowlany, prowadzona była na ich wychodniach od co najmniej 100 lat. Obecnie wydobycie prowadzone jest ze złoża w Libiążu.
Do połowy lat 70. ubiegłego wieku, na potrzeby lokalne, prowadzono eksploatację wapieni triasowych jako kamienia budowlanego i surowca do wypału wapna. Iły mioceńskie i gliny czwartorzędowe stosowano jako surowce ceramiczne, a piasek wydobywano dla potrzeb budowlanych.