Das Einzugsgebiet des Pegels Untersulzbach hat Anteile am Nordpfälzer Bergland, der Kaiserslauterer Senke (beide Saar-Nahe-Becken) und dem Pfälzer Wald. Geologisch ist es geprägt von den Gesteinen des Perm und des Buntsandstein.
Das Saar-Nahe-Becken ist das größte geschlossene Rotliegend-Gebiet Deutschlands. Über Schichten des Karbon, die vor allem im Saargebiet zu Tage treten, liegen mehr als 3000 m mächtige Rotliegend-Sedimente, in die teilweise sehr große Körper von Vulkaniten eingeschaltet sind.
Die Rotliegendsedimente im Einzugebiet bestehen im Wesentlichen aus Wechsellagerungen aus rotem Ton-, Silt- und Feinsanstein, gebietsweise äolischem Fein- bis Mittelsandstein der Kreuznach Fomation. Westlich des Pegels stehen im oberen Tei rote, konglomeratische Arkosen der Oberkirchen-Formation, darunter Wechsellagerungen aus grauem Ton-, Silt- und Sandstein, Konglomerat sowie Tuff und Kalkstein an. Dieser Bereich wird der Oberen Glan-Subgruppe (Unteres Rotliegendes) zugeordnet, während die sonstigen Rotliegendsedimente im Einzugsgebiet zur Nahe-Subgruppe (Oberes Rotliegendes) gestellt werden.
Die Vulkanite im Einzugsgebiet sind basische bis intermediären Effusiva: basaltische Andesite und Andesit mit subophilltischem bis intergranularem Gefüge. Sie spielen nur in einem kleinen Gebiet im Norden des Einzugsgebietes eine Rolle.
Den Übergang zu den Buntsandsteingebieten der Kaiserslauterer Senke und des Pfälzer Waldes bilden schluffige, oft geröllführende Sandsteine des Zechstein (Stauf-Schichten). Sie sind, wie z.T. auch die Buntsandsteinflächen häufig von pleistozänen, sandigen und z.T. umgelagerten Löss, Lösslehm, Schwemmlöss und Sandlöss bedeckt.
Die Sedimentgesteine des Pfälzer Waldes wurden in der Trias in der Pfälzer Mulde, Teil des sog. Germanischen Beckens, abgelagert. Heute wird der Pfälzerwald von verschieden wiederständigen Buntsandsteinformationen geprägt, die häufig ausgeprägte Schichtstufen bilden.
Im Otterberger Wald (nördlicher Sporn des Pfälzer Waldes) und in der Kaiserslauterer Senke steht Unterer Buntsandstein der Trifels-Schichten an: massiger Mittel- bis Grobsandstein, violett- bis hellrot, geröllführend, schräggeschichtet und kieselig gebunden. Durchbrochen wird dieses Gebiet von kleineren Flächen aus Unterem Buntsandstein der Rehberg- und Schlossberg-Schichten, die auch den westliche Pfälzer Wald im Süden des Einzugsgebietes aufbauen. Diese roten Grob- bis Feinsandsteine sind basal meist kieselig gebunden, geröllführend und zeigt schräggeschichtete Felszonen. Oben sind sie oft locker gebunden, eher feinkörnig und meist in dünn horizonaltgeschichtet. Ganz im Süden des Einzugsgebietes bilden Sandsteine des Mittleren und Oberen Buntsandstein die Wasserscheide. Diese glimmerführenden, meist mittel- bis grobkörnigen, z.T. konglomeratischen Gesteine zeigen eine sehr variable Kornbindung, die basal quarzitisch und im oberen Bereich tonig ist.
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).