La sequenza miocenica occupa la parte montana e inferiore del bacino. Le unit� pi� antiche di tale sequenza, la Scaglia Cinerea ed il Bisciaro, si rilevano solo alla testata del bacino in affioramenti arealmente limitati. Il contatto fra queste due unit� � sia stratigrafico che tettonico. Lo Schlier si rileva sempre in contatto tettonico con le sovrastanti formazioni messiniane, mentre con il sottostante Bisciaro il limite � sia stratigrafico che tettonico. Nelle Formazioni della Scaglia Cinerea, del Bisciaro e dello Schlier la tettonizzazione e fratturazione sono talmente intense da rendere talora maldefinibile la stratificazione.
Il passaggio stratigrafico dal Bisciaro allo Schlier corrisponde ad una progressiva riduzione in spessore e frequenza delle litofacies calcareo-marnose ed a un aumento degli strati marnoso-argillosi. Quest'estrema gradualit� rende sempre problematica la definizione del limite tra le due formazioni. L'estrema variabilit� verticale e laterale dello Schlier, legata alla migrazione del sistema catena-avanfossa dell'Appennino settentrionale durante il Miocene, corrisponde ad un'altrettanto ampia variabilit� di facies e d'et�. Gli spessori di tale formazione risultano compresi da alcune decine di metri fino a circa 400 metri.

Scaglia Cinerea (Priaboniano-Aquitaniano)
Marne e calcari marnosi a frattura scheggiosa, grigio-verdognoli e bruni. Alla base s'intercalano marne rosso-vinate, verso il tetto le marne sono fogliettate. Sono presenti limitatissimi affioramenti nella parte sommitale del bacino in prossimit� di M. Albullo.

Bisciaro (Aquitaniano p.p.- Burdigalliano inf.)
Alternanze di strati calcarei ben stratificati con litotipi marnoso-argillosi grigi. Gli strati calcarei hanno spessore attorno a 30-40 cm. Essi, talora silicitizzati o contenenti noduli di selce, s'intercalano all'interno di marne e marne argillose grigiastre o grigio-verdi. Inoltre si rinvengono materiali vulcanoclastici.
Data la loro competenza, tali terreni danno luogo ad una morfologia molto aspra.
Gli affioramenti di Bisciaro appaiono interessati da una diffusa fratturazione e ridotti in minute scagliette. Essi sono localizzati nei pressi di Fontecorniale fra M. Albullo e M. della Croce. Lo spessore della formazione � difficilmente valutabile a causa dei contatti tettonici. Tuttavia nell'area di studio lo spessore non dovrebbe essere inferiore ai 50 m.

Schlier (Burdigalliano p.p.- Tortoniano)
Alternanze di marne, marne argillose, subordinatamente marne calcaree e calcari marnosi biancastri finemente detritici; le marne calcaree sono grigio-azzurrognole, ricche di microfossili e con lamine di materiale organico.
Si tratta di marne a varia consistenza e con contenuto argilloso progressivamente maggiore verso la parte alta della formazione. Il colore � biancastro nella parte inferiore e media, prevalentemente grigiastro in quella superiore.
Nella parte medio alta affiorano sottili strati calcareo-marnosi biancastri. La frattura � di norma concoide; l'intensa tettonizzazione produce sistemi di fratture talmente fitti da ridurre le marne in minuti prismi, che degradano rapidamente e danno origine a spesse coltri di detrito al piede degli affioramenti. La stratificazione, assai poco netta, spesso � resa evidente solo dal diverso contenuto calcareo che determina una differente resistenza degli strati all'erosione superficiale. Anche in tal caso si pu� fornire solo un'indicazione approssimativa sullo spessore della formazione; sulla base di osservazioni in localit� di Fontecorniale sembra non essere inferiore a 90 m.

Gessoso-Solfifera (Messiniano)
Questi terreni, presenti nel settore montano del bacino (anticlinale Montecchio-Mombaroccio-Montemaggiore), sono piuttosto tettonizzati.
Si tratta di litofacies arenacee e pelitiche. Essendo depositi di ambienti a circolazione ristretta in parte evaporitici, si rilevano veli bianchi tripolacei.
Entro il Tripoli rinvengono, oltre ai frustoli di diatomee di cui sono costituiti, radiolari, spicole di spugne, foraminiferi planctonici oligotipici, resti di pesci e rari vegetali. La mancanza di bioturbazione, probabilmente connessa con la scarsa ossigenazione del fondo marino, ha consentito la perfetta conservazione sia della delicata laminazione piano-parallela, sia dei numerosi pesci. La stessa conservazione delle diatomee � messa in relazione con una deposizione sotto condizioni anaerobiche. La presenza di echini di (organismi stenoalini) entro le marne siltose in alternanza con le diatomiti, indica che la salinit� non doveva differire da quella di un ambiente marino normale. Nel bacino del torrente Arzilla sono presenti le litofacies prevalentemente arenacea e pelitico-arenacea.
La facies pelitico-arenacea � caratterizzata dall'alternanza in pari percentuale di marne argillose grigio-plumbeo e arenarie siltose nocciola od ocra. Spesso nelle peliti, caratterizzate da stratificazione sottile (spessore 0.10-0.30 m) e fogliettata, s'intercalano livelli bituminosi e veli tripolacei.
La facies arenacea sabbiosa � caratterizzata dalla prevalenza di arenarie sabbiose in strati fogliettati o a banchi color tabacco, entro cui si intercalano strati marnoso- argillosi color grigio.
Anche nel litotipo arenaceo sabbioso si rilevano spesso veli bianchi tripolacei come negli affioramenti del versante sud di M. Gaudio.

S. Donato/ Colombacci (Messiniano)
Nella zona in esame si rilevano due sequenze sedimentarie, ciascuna indicativa di un diverso regime tettonico. Esse occupano l'intervallo stratigrafico che va dal tetto della Gessoso-Solfifera alla base dei terreni pliocenici. La sequenza sedimentaria pi� antica, attribuita al Messiniano inferiore, � la Formazione flyschoide di S. Donato (Savelli & Wezel, 1978). Si tratta di un'alternanza di marne siltose grigie e arenarie a grana fine. Nelle zona di studio la Formazione di S. Donato occupa una ristretta area limitrofa al centro abitato di Mombaroccio e nella zona di Candelara. In localit� S. Daniele gli affioramenti costituiscono alte pareti verticali di arenarie torbiditiche in grossi banchi di colore nocciola particolarmente cementate.
La sequenza sedimentaria sovrastante � la Formazione a Colombacci (Messiniano sup.) che affiora estesamente nell'area di studio. Si tratta di alternanze di arenarie variamente cementate e argille marnose-marne argillose. I rapporti arenaria/pelite variano da zona a zona, affiorano perci� facies pelitiche, pelitico-arenacee e arenacee. Quest'ultima facies si presenta in banchi di arenarie gradate, di color ocra all'alterazione, talora debolmente cementati con sottili intercalazioni marnoso-argillose, come negli affioramenti in localit� Belfiore. La facies arenacea talora presenta cavit� antropiche sia nel settore montano che in quello inferiore. Nella parte alta si intercalano orizzonti evaporitici di ambiente lagunare (tipicamente cinque, denominati Colombacci). I livelli calcarei presentano laminazione piano-parallela e si sarebbero depositati in vaste aree a fondale piatto, ricoperte da lame d'acqua stagnante (Savelli & Wezel, 1978).
Nella zona studiata affiorano fino a quattro livelli di calcarei, a volte marnosi con notevole continuit� laterale. Gli spessori totali di ogni livello calcareo vanno da 70-80 cm a 120-130 cm circa. Ogni livello � costituito da un'alternanza di strati calcarei di spessore variabile tra 1 e 15 cm. I calcari sono per lo pi� di colore biancastro o bianco grigiastro e mostrano una laminazione piano-parallela pi� o meno evidente. Un'altra particolarit� di questa formazione sono i cosiddetti "cogoli", con forma arrotondata e aspetto massiccio.