גאולוגיה של הגרנד קניון
התגבשות המשקעים > תשתית סלעי היסוד והסלעים המותמרים

גנייס אלווס כּאזם (במקור Elves Chasm Gneiss) - גילו מוערך ב-1.84 מיליארד שנים, כ-90 מיליון שנים עתיק יותר מכל סלע אחר בגרנד קניון. סלע גנייס זה נתגלה אך ורק באזור קניון אלווס כּאזם (Elves Chasm - "נקיק האלפים"). אף שמקורו אינו ברור, יש המעריכים שהוא קטע מקרום קדום של כדור הארץ.
המערכת המותמרת של ערוץ הגרניט (במקור Granite Gorge Metamorphic Suite) - שם כולל לשלוש יחידות נבדלות של סלעים על-תשתיתיים מתור הפלאופרוטרוזואיקון בערוץ הגרניט העילי (Upper Granite Gorge): יחידות סלעים אלו מכונות על שמות אלים מהמיתולוגיה ההודית:
צפחת ברהמה (Brahma Schist) - סלע הצפחה נוצר בהתמרה של סלעים געשים מאפיים עד בינוניים וגילו מתוארך ל-1.75 מיליארד שנים. הרכב הסלע כולל צפחות של אמפיבוליט, הורנבלנדה-ביוטיט-פלגיוקלז ומשקעים סולפידיים מותמרים.
צפחת ראמה (Rama Schist) - התמרה של סלעים געשיים פלסיים המתוארכת לפני 1.742 מיליארד שנים. הרכב הסלע צפחות של קוורץ ופצלת השדה. על סמך עירוב השכבות בין יחידות הסלע והכמות הגדולה של הסלעים מיחידות אלו משערים כי מקורם בסלעי געש תת-מימיים הקשורים לקשת איים. יחידות אלו כוסו בצפחת וישנו.
צפחת וישנו (Vishnu Schist) - הרכב הסלע צפחות של קוורץ ונציצים. השכבה נוצרה בעידן הפרקמבריון כאשר כ-8,000 מטרים של אפר געשי, בוץ, חול, וטין הושקעו באגן גב הקשת הרדוד, בדומה לים יפן של ימינו. האגן היה בין לאורנטיה (יבשת שקדמה לאמריקה הצפונית) ובין הרצועה האורוגנית של הרים והרי געש בקשת איים דומה לאיי יפן של ימינו. מלפני 1.8 מיליארד שנים ועד לפני 1.6 מיליארד שנים התנגשו לפחות שתי קשתות איים עם היבשת הפרוטו אמריקה הצפונית. תהליך זה של טקטוניקת הלוחות דחס משקעים ימיים אלו, דחף אותם אל לאורנטיה וגרם להתרוממותם מעל פני הים. בשלב מאוחר יותר נקברו סלעים אלו בעומק של 19 קילומטרים מתחת לפני השטח ועברו התמרה בתנאי החום והלחץ בעומק זה. זהו כיום הסלע הקשה של צפחת וישנו שנחשף בערוץ הפנימי שבתחתית הקניון. לא נתגלו מאובנים במערכת המותמרת של ערוץ הגרניט, אך ייתכן שעדשות של שיש שנתגלו ביחידות סלעים אלו נוצרו ממושבות של אצות פרימיטיביות.
גרניט זורואסטר (Zoroaster Granite) - נוצר כאשר במקביל להתנגשות בין האיים הגעשיים והיבשת לפני כ-1.7 מיליארד שנים עלו גושים של מאגמה מאזור ההפחתה וחדרו לתוך המערכת המותמרת של ערוץ הגרניט. מחדרים פלוטונים אלו התקררו לאיטם תוך יצירת סלע הגרניט שבחלקו עבר מאוחר יותר התמרה והפך לגנייס. ניתן לראות יחידת סלע זו כרצועות בהירות בצפחת וישנו הכהה יותר והמשובצת בגארנט (מסומנת ב-1b בשרטוט 1). החוקרים מונים כ-20 מחדרים פלוטונים שהתרחשו בשלושה שלבים: שני שלבים במהלך תקופת ההתמרה הראשונית של צפחת וישנו, והשלישי לפני כ-1.4 מיליארד שנים. לשלב השלישי התלוו יצירת העתקים בקנה מידה נרחב, בייחוד לאורך העתקי צפון-דרום שגרמו לביקוע חלקי של היבשת. ההתנגשות הרחיבה את גבולות היבשת מגבול ויומינג-קולורדו עד מקסיקו וכמעט שהכפילה את עובי קרום כדור הארץ באזור הגרנד קניון. כחלק מעיבוי זה נוצר הרכס הקדום הגבוה (בין 8 ל-10 קילומטרים) של הרי מזאטזל (Mazatzal Mountains). בין המחדרים: פלוטון רובי (Ruby Pluton) הבנוי גרנודיוריט וגילו מוערך ב-1,717 מיליון שנים ועבר התמרה משמעותית, פלוטון פנטום (Phantom Pluton) שגילו מוערך ב-1,662 מיליון שנים ועבר התמרה בינונית ופלוטון קווטרמסטר (Quartermaster Pluton) שגילו מוערך ב-1,375 מיליון שנים או 1,350 מיליון שנים ולא עבר התמרה.
סחיפה שנמשכה כ-300 מיליון שנים סחפה את מרבית המשקעים החשופים ואת ההרים. תהליך זה הקטין את ההרים הגבוהים מאוד לכדי גבעות נמוכות שגובהן היה בין מטרים בודדים לכמה עשרות מטרים. הגאולוגים מכנים פער זמן משמעותי בין יחידות מסלע או הבדלים בגאומטריה ובהרכב שלהן בשם אי התאמה. בתחומי הפארק הלאומי גרנד קניון קיימות אי התאמות רבות, אולם אי התאמה זו שבין סלעי הגרניט שעברו התמרה לצפחה וגנייס בפרקמבריון לבין סלעי אבן חול מן הקמבריון שמעליהם מייצגת את פער הזמן הגדול ביותר, המגיע במקום אחד (Blacktail Canyon) ל-1.2 מיליארד שנה. הגאולוג ג'ון וסלי פאוול (John Wesley Powell‏; 1902-1834) כינה פער זמן זה בלוח הזמנים הגאולוגי, אותו ניתן לראות גם במקומות אחרים בעולם, אי ההתאמה הגדולה (Great Unconformity). ייתכן שהורבדו משקעים אחרים, אבל גם אם היו קיימים, הם הורחקו לחלוטין על ידי הסחיפה. אי ההתאמה הגדולה היא אחת הדוגמאות הטובות ביותר לאי התאמה סחיפתית, שבה מפריד מישור אי התאמה בין סלעי יסוד או סלעים מותמרים להרבדה חדשה.