Das Einzugsgebiet des Pegels Heddesheim liegt überwiegend im Hunsrück. Der Süden des Einzugsgebietes liegt im Saar-Nahe Bergland und,  zum größeren Teil, im Unteren Nahehügelland, das zum Nördlichen Oberrheintiefland gehört.

Der Hunsrück ist der südwestliche Teil des Rheinischen Scheifergebirges. Er wird aus diagenetisch verfestigten, devonischen Sedimentgesteinen, im Wesentlichen Tonschiefer und Quarzite, aufgebaut. Die Flachwasserablagerungen wurden zu mächtigen Schichtfolgen anghäuft und durch die variskische Gebirgsbildung verfaltete, verschiefert und herausgehoben. Durch die damit verbundene starke Verdichtung der Gesteine ist eine Wasserzirkulation nur in Klüften und Spalten möglich. Besonders die Quarzitzüge sind regional bedeutende Kuftwasserleiter, an deren Hängen häufig Quellaustritte zu finden sind.

Der Guldenbach entspringt auf der  Hunsrückhochfläche. Dort steht Hunsrückschiefer i.e.S. an, überwiegend Ton- und Siltstein mit Einschaltungen von Sandstein. Anschließend durchfließt der Guldenbach den Soonwald, ein Höhenzug  aus Quarzsandstein und quarzitischem Sandstein mit Einschaltungen von Ton- und Siltstein (Taunusquarzit) mit großen Hangschuttflächen am Fuß der Quarzithärtlinge. Die Tonschiefer in diesem Bereich zeigen z.T. Einschaltungen von Kalk. Bei Stromberg findet sich devonischer Riffkalk: dichte und sehr feinkörnige Kalksteine (Massenkalke) aus dem Mittel- bis Oberdevon (Stromberg-Kalk).

Die südliche Grenze des Hunsrück bildet ein Streifen metamorpher Gersteine: Grünschiefer (Medadiabas), phyllitische Schiefer mit Quarzitlagen, Kalkschiefer und kalklinsen des ?Ordovizium am Hunsrücksüdrand.

Die Rotliegendsedimente im unteren Nahehügelland bestehen aus Wechsellagerungen von roten Ton-, Silt und Feinsandsteinen, gebietsweise äolischem Fein- bis Mittelsandstein (Kreuznach-Formation) der Nahe-Subgruppe. Ein großer Teil der Fläche ist von pleistozänen Lössen, Lösslehm, Schwemm- und Sandlöss bedeckt, die z.T. umgelagert sind.

Im gesamten südlichen Einzugsgebiet finden sich tertiäre Sedimente der Rupeltransgression im Unteroligozän. Diese überwiegend kiesig-sandigen Ablagerungen sind lokal mit Bänken von Süßwasserquarzit und Fe-Mn-Krusten druchsetzt. Südwestlich des Pegels sind diese Ablagerungen als Tonmergel und Ton mit feinsandigen Einschaltungen ausgeprägt.

Die geologische Karte basiert auf einem Auszug der Geologische Übersichtskarte von Rheinland Pfalz 1:300.000 (GÜK  300).  Für die Darstellung wurden ähnliche geologische Einheiten unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit der Gesteine vereinfachend zusammengefasst.

Quellen: GÜK 300 Stand 3/3003; Kneidl (1984), Henningsen/Katzung (1998), Steingötter (2005).