Önemli evaporitik yatakları bünyesinde barındıran Batı ve Orta Anadolu Neojen
havzalarında olduğu gibi, gölsel bir ortamı karakterize eden Gürün Havzası, genel olarak
Miyosen yaşlı volkanosedimanter bir istifle temsil edilir.
Gürün ve çevresinde yüzeyleyen Neojen öncesi yaşlı allokton ve otokton konumdaki
tüm kaya birimleri Gürün Havzası’nın temelini oluşturur. Temel kayalar üzerinde büyüme
fayları niteliğindeki blok faylanmaların kontrolünde açınmış kıta içi bir havzayı simgeleyen
Gürün Havzası’nın tabanında, kızılımsı renkli çamur akıntıları ile kanal dolgusu ara
düzeylerinden oluşan alüvyal yelpaze çökelleri (Kavak formasyonu) yer alır. Kavak
formasyonu üzerinde başlayan gölsel tortullaşma (Gürün formasyonu) büyüme faylarının
denetiminde gelişimini sürdürmüştür. Bu faylardan en belirgin olanı, desimetrik-metrik
boyutlardaki Jura-Kretase yaşlı (Yüceyurt formasyonu) kireçtaşı bloklarını gölsel havzaya
döken kuzeydeki Şuğul fayıdır. Havzanın ilk kurulum ve gelişim aşamasında çökelmiş olan
alt düzeylerinin izlenemediği Gürün formasyonu, alttan üste doğru giderek bazikleşen ortaç
nitelikli Karadağ volkanitlerinin dönem dönem ortama katılmasıyla volkanosedimanter bir
istif niteliği kazanmıştır. Çoğunlukla kireçtaşı (mikritik, dolomitik, killi, mikrosparitik
kireçtaşı ve kalkarenit) ve bitümlü şeyl düzeylerinden oluşan gölsel tortullaşma, kiltaşı, marn,
selenitik jips, dolomit ve volkanit arakatkıları içerir. Çoğunlukla bitümlü şeyl düzeyleri ile yer
yer kireçtaşı ara seviyelerinde; bazı öncel çalışmalarda trona olarak tanımlanmış olan beyaz
renkli pamukçuklar halinde ikincil oluşumlar gözlenir. Bu oluşumların X-Ray analizlerinde
birincil mineralin jips ya da kalsit, tali minerallerin ise heksahidrit, starkeyit ve blödit olduğu
görülmüştür. Güney kesimlerde geniş alanları etkileyen heyelanlar nedeniyle bölümsel
kesitlerle izlenebilen gölsel birim, havzanın kuzeyinde oldukça düzgün ve yanal devamlıdır.
Burada volkanosedimanter istifi yaklaşık olarak ikiye bölen sığlaşma zonu altında bitümlü
şeyl düzeyleri baskındır. Üst yarı bölümde ise karbonat çökelleri egemendir. Karadağ
volkanitleri tüm istifin üst kesimlerine kadar piroklastik düzeyler, istifin üst kesimlerinde ise
piroklastik ve lav düzeylerinin birlikteliğiyle temsil edilir. Yoğun karbonat içeriği yanında
killeşme gibi alterasyonlara maruz kalmış olan alt kesimlerdeki piroklastikler, kuvars,
plajiyoklas ve sanidin mineralleri içeren vitrik tüflerden oluşur. Üstte doğru bazikleşen
volkanik ürünler, istifin üst kesimlerinde bloklu kül akışı ve litik tüf düzeyleri ile olivin
bazaltlardan yapılıdır. En az dört evreli olarak gelişen olivin bazalt düzeylerinden ikincisi
gölsel tortullarda plastik deformasyona neden olmuştur.