具背斜构造之新褶曲山地，彰化断层便位于本山之西侧。本区地表主要由更新世晚期堆积之红土组成，属淋余土，由于含铁质受风化作用所形成之氧化铁，故呈红色；但八卦山的地质成分主要为下层的砾岩，成分多为坚硬的石英岩；而更底下则是更新世初期形成的头嵙山层，主要成分则为泥岩和砂岩，此岩层部分地区所夹之凸镜砾岩出露处有覆瓦构造（Im-bricate structure），岩石整齐排列如覆盖的屋瓦。目前部分人士认为八卦山丰富的地形景观极有潜力成为地质公园。
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