以山体南侧的中坑规模最大，为穹丘地形，受岩脉侵入而拱起成为穹窿状倾斜，使中坑内部的观音坑溪形成环状水系。其他例子如中坑东北部的观音坑、位于五股坑溪流域的五股坑、牛港稜西南的荖阡坑、中直坑溪（观音坑溪支流）流域的直坑等。观音山地区地层基盘为观音山层（更新世砂岩、泥岩互层），属于陆相或滨海相知早期更新世沉积，现今于观音山东侧的石壁脚及南侧的中坑地区有出露。而山体中心、北侧的大堀湖、牛寮埔、羊花崙，以及西侧的牛港稜、荖阡坑等地均为更新是凝灰角砾岩、安山岩等火成岩类，其中安山岩地层依喷发时间顺序有些许差异，下层