Η Λαυρεωτική αποτελεί το Νοτιότερο άκρο της Αττικής, έχει έκταση 200 τ.χιλ. περίπου και σε ολόκληρη την έκτασή της υπάρχουν διάσπαρτοι πολλοί χαμηλοί λόφοι. Μια επιμήκης κοιλάδα, η κοιλάδα των Λεγραινών, τη χωρίζει σε δύο τμήματα, το Ανατολικό και το Δυτικό. Το λοφώδες ανάγλυφο παρουσιάζει μέγιστο υψόμετρο 258 στην θέση «Μεγάλη Βίγλα» ενώ οι κλίσεις δεν είναι πολύ έντονες: Στο Δήμο Λαυρεωτικής κλίσεις μεγαλύτερες του 40% παρατηρούνται μόνο στον ορεινό όγκο στο εσωτερικό του Δήμου, και σε κάποιες παραλιακές περιοχές (ιδιαίτερα στο Σούνιο και γύρω από αυτό). Μέσα στα όρια του Δήμου βρίσκεται όχι μόνον η κοιλάδα των Λεγραινών αλλά και τμήματα από τις δύο μεγάλες κοιλάδες της Λαυρεωτικής χερσονήσου, την κοιλάδα του Ποταμού ή των Μήλων, από την οποία διερχόταν η σιδηροδρομική γραμμή Αθηνών-Λαυρίου καθώς, επίσης, και η κοιλάδα Πλάκας-Αδάμι Θορικού. Το Ανατολικό τμήμα είναι η γνωστή μεταλλοφόρος περιοχή του Λαυρίου. Με τα φημισμένα μεταλλεία αποτελεί ιστορικό μνημείο της μεταλλευτικής τέχνης. Το όνομά του είναι συνδεδεμένο με τη φωτεινότερη εποχή του αρχαίου πολιτισμού, με την ακμή δηλαδή της αθηναϊκής πολιτείας.
Η κύρια γεωλογική δομή της Λαυρεωτικής αποτελείται από δύο κύριες τεκτονικές ενότητες την Ανώτερη Τεκτονική Ενότητα (UTU) από σχιστολίθους με παρεμβολές μαρμάρων και την Κατώτερη Τεκτονική Ενότητα (LTU), που συνίσταται από το Ανώτερο Μάρμαρο (UM), τους ενδιάμεσους μαρμαρυγιακούς σχιστολίθους (σχιστόλιθοι Καισαριανής ή Καμάριζας) (SCH) και το Κατώτερο Μάρμαρο (LM), σε επάλληλη διάταξη με σχεδόν οριζόντια ανάπτυξη.
Τρεις κύριες γεωλογικές επαφές αποτέλεσαν από την αρχαιότητα αλλά και από τους νεότερους μεταλλευτές, αντικείμενο έρευνας και εκμετάλλευσης αργυρομολυβδούχων κοιτασμάτων του Λαυρίου. Σε όλες τις επαφές αναπτύχθηκαν διαχρονικά διάφορες μεταλλευτικές εκμεταλλεύσεις
Χαρακτηριστικό της συγκεκριμένης περιοχής είναι η άνοδος γρανοδιοριτικού μάγματος που συνδέεται με μεταμόρφωση εξ επαφής και μεταλλοφορία μικτών θειούχων ορυκτών (όπως ο σιδηροπυρίτης, ο γαληνίτης, ο σφαλερίτης), με κύριο εξαγόμενο μετάλλευμα τον άργυρο. Η μεταλλοφορία αυτή οφείλει τη γένεσή της στη διείσδυση του γρανοδιορίτη της Πλάκας Λαυρίου ανάμεσα στα μεταμορφωμένα πετρώματα. Τα μεταμορφωμένα πετρώματα του Λαυρίου από πάνω προς τα κάτω με βαίνουσα αυξανόμενη τη γεωλογική τους ηλικία είναι: ο ανώτερος σχιστόλιθος, το ανώτερο μάρμαρο, ο κατώτερος σχιστόλιθος και το κατώτερο μάρμαρο. Και στις τρεις σχηματιζόμενες επαφές (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ) αυτών των πετρωμάτων συναντάται η μεταλλοφορία – οι μεταλλοφόροι ορίζοντες – πλούσια στην Ι και ΙΙΙ επαφή και λιγότερο στην ΙΙ.
Η άλλη κατηγορία των πετρωμάτων της περιοχής είναι τα μαγματικά, που απαρτίζουν κυρίως ο γρανοδιορίτης και οι ευρίτες (γρανοδιοριτικές πορφύρες). Οι τελευταίοι ήταν πρώτης τάξης οδηγός και για τους αρχαίους και τους νεότερους μεταλλευτές για την ανεύρεση μεταλλεύματος, επειδή, όπου απαντώνται, εκεί υπάρχουν και τα μεταλλεύματα και τούτο διότι κατά τη γένεσή τους αυτά ανέβηκαν από το βάθος της γης ακολουθώντας την πορεία των ευριτών. Στα ρήγματα του κατώτερου μαρμάρου ενυπήρχαν και έτυχαν εντατικής εκμετάλλευσης πολύ πλούσια, σε αργυρούχο μόλυβδο, μεταλλεύματα εν είδει αποφύσεων της ΙΙΙ επαφής, είναι τα griffons και croisseurs στην ορολογία των νεότερων Γάλλων μεταλλευτών. Τα άλλα σχήματα των κοιτασμάτων στις επαφές είναι σαν ταινίες ή φακοί, φλέβες και ποικίλες μορφές μικρού πάχους.
Η Λαυρεωτική διχοτομείται κατά μήκος από την τεκτονική ζώνη της κοιλάδας των Λεγραινών, με διεύθυνση από Βορρά προς Νότο. Το Ανατολικό ήμισυ παρουσιάζει έκδηλη κανονικότητα σε σχέση με το Δυτικό. Εφόσον το Ανατολικό τμήμα της Λαυρεωτικής παρουσιάζεται γεωλογικά ομαλότερο, σε αυτό πρέπει να αναζητηθεί και το κλειδί της λαυρεωτικής τεκτονικής. Διακρίνονται δύο συστήματα εντελώς διαφορετικής τεκτονικής μορφής το καθένα, το ένα πάνω στο άλλο.
Το υποκείμενο σύστημα, το αυτόχθον, και το υπερκείμενο, το οποίο συγκροτεί το επωθημένο κάλυμμα ή αλλόχθονη ενότητα. Η γεωτεκτονική ενότητα του Λαυρίου είναι η αλλόχθονη ενότητα που συναντάται στη χερσόνησο της Λαυρεωτικής και σταδιακά περνά στην ενότητα του λεκανοπεδίου της Αθήνας. Χαρακτηριστικά της πετρώματα είναι τα μεταμορφωσιγενή (σερικιτικοί – χλωριτικοί σχιστόλιθοι) που εμπεριέχουν μεταβασάλτες και μεταγάβρους. Η γεωτεκτονική ενότητα του Λαυρίου είναι μία από τις 3 βασικές γεωτεκτονικές ενότητες που απαντώνται στην Αττική συμβάλλοντας στη γεωλογική της διάρθρωση.
Το αυτόχθον (μάρμαρα και σχιστόλιθοι) είναι ο κύριος φορέας της θειούχου μεταλλοφορίας της Λαυρεωτικής. Σε αυτό τα στρώματα των δύο μαρμάρων μαζί με τους σχιστόλιθους (Καισαριανής) απλώνονται ομαλώς με ελαφριές κάμψεις και κλίσεις, έτσι ώστε στο σύνολο της Ανατολικής Λαυρεωτικής, το αυτόχθον αποτελεί την Ανατολική πτέρυγα μιας μεγάλης αντικλίνου πτυχής, της οποίας ο άξονας διέρχεται παραπλεύρως και Ανατολικώς της ανώμαλης τεκτονικά ζώνης Λεγραινών-Δυτικής Καμάριζας.
Παράλληλα με τη κύρια αντίκλιτο πτυχή του αυτόχθονος συστήματος, υπάρχουν χαμηλότερες δευτερεύουσες κυματώσεις, στην Ανατολική Λαυρεωτική, δηλαδή στην Ανατολική πτέρυγα της κύριας πτυχής. Αλλά και εγκάρσια προς τον άξονα της λαυρεωτικής πτυχής του αυτόχθονου συστήματος υπάρχουν μικρότερες πτυχώσεις.
Σε αντίθεση με το αυτόχθον σύστημα, το σύστημα των φυλλιτών εμφανίζει πολύ ισχυρές κάμψεις και κλίσεις των στρωμάτων του σε όλη την Λαυρεωτική, οι οποίες συνοδεύονται από πλήθος ολισθήσεων. Δημιουργούνται τεκτονικά λέπη από αγκεριτιωμένα μάρμαρα και πρασινιτικά πετρώματα. Εκεί που διακρίνεται η επαφή του αυτόχθονος και του καλύμματος υπάρχει κατά κανόνα επιφάνεια ή ζώνη έντονης μετακίνησης. Τέτοιες τυπικές τομές παρατηρούνται σε πολλά σημεία της Βορείου και Νοτίου Λαυρεωτικής ιδίως στην Ανατολική ακτή δίπλα στο Αυλάκι, στη Σπηλιαζέζα, Τραχυγκέρα, Διψέλιζα, Έλαφο, Άσπρο Λιθάρι Σουνίου.
Η Ανατολική και Δυτική Λαυρεωτική διαφέρουν ουσιωδώς μεταξύ τους από τεκτονική πλευρά, με διαχωριστική γραμμή την από Νότια προς Βόρεια ανώμαλη από τεκτονική άποψη ζώνη Λεγραινών-Βερζέκου-Δογάνι. Στην Ανατολική Λαυρεωτική, τη γνωστή ως κύρια μεταλλοφόρο, το αυτόχθον σύστημα δεν επηρεάστηκε ουσιαστικά από την προέλαση του καλύμματος των φυλλιτών σε αυτό (παραλείποντας βέβαια τις μυλονιτιώσεις, τις τοπικές αναδιπλώσεις και τις αποκολλήσεις των ανωτάτων στρωμάτων του αυτόχθονος, από μάρμαρο ή σχιστόλιθο, στη βάση του καλύμματος, λ.χ. στο Αυλάκι, Τουρκοελιές κ.ά.).
Στη Δυτική Λαυρεωτική η κατάσταση δεν είναι τόσο απλή γιατί το φυλλιτικό κάλυμμα επίκειται κατά το πλείστον κατευθείαν στο κατώτερο μάρμαρο. Σε όλη τη Δυτική Λαυρεωτική υψώνονται παράλληλοι λόφοι ή βουνά από μάρμαρο, επιμήκη, θολοεδή. Τα υψώματα αυτά είναι από κατώτερο μάρμαρο και αναδύονται από το φυλλιτικό κάλυμμα. Το κατώτερο μάρμαρο είναι, ως επί το πλείστον, στιφρό λατυποπαγοειδές και υπέρυθρο, ιδιαίτερα στα ανώτερα σημεία του, και γίνεται μάρμαρο στα βαθύτερα. Οι φυλλίτες του καλύμματος μοιάζουν σε πολλά σημεία με μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους αλλά πρόκειται για το επωθημένο κάλυμμα γιατί μέσα σε αυτό υπάρχουν οι χαρακτηριστικοί σερικιτικοί χαλαζίτες και οι πρασινίτες καθώς και η γράμμωση Α-Δ, στους φυλλίτες και σχιστόλιθους.
Η τεκτονική ανωμαλία κατά μήκος της κοιλάδας των Λεγραινών είναι σύνθετη ζώνη ανωμαλίας. Όπως συμπεραίνουμε από τις παρατηρήσεις, πρώτα υψώθηκε το Δυτικό τμήμα μέχρι να αποκαλυφθεί το κατώτερο μάρμαρο ενώ στο Ανατολικό τμήμα οι μαρμαρυγιακοί σχιστόλιθοι και το ανώτερο μάρμαρο διατηρήθηκαν. Αργότερα, έγινε η επώθηση και η τοποθέτηση του καλύμματος και στα δύο τμήματα. Στη συνέχεια, βυθίστηκε το Δυτικό τμήμα και ύστερα συνέβη κυματοειδής έντονη κάμψη στις θολοειδείς πτυχές, σε κατεύθυνση Α-Δ. Συνεπώς, το Δυτικό τμήμα της Λαυρεωτικής υπέστη ισχυρές κάμψεις και αναθολώσεις πριν την επώθηση το υ καλύμματο ς και μετά από αυτή, ενώ το Ανατολικό τμήμα υπέστη ασθενέστερες. Κατά μήκος της ζώνης της κοιλάδας των Λεγραινών-Δογάνι διαπιστώνεται συμπίεση, Α-Δ του καλύμματος, εν μέρει και ύστερα από το αυτόχθον. Διαμορφώνονται ισχυρές θυλακοειδείς κάμψεις των μαρμάρων (και ιδίως του κατώτερου) του αυτόχθονος, τα οποία περικλείουν τμήματα των κατώτερων σχιστόλιθων και των φυλλιτών του καλύμματος. Η εν λόγω ζώνη της τεκτονικής ανωμαλίας στα Λεγραινά διακόπτει την κανονική ανάπτυξη του μεταλλοφόρου ορίζοντα Δυτικά της Καμάριζας. Εδώ δεν συμβαίνει ισχυρή μετάπτωση κατά μήκος ζώνης ρήγματος Β-Ν, αλλά απότομη κάμψη και συμπίεση του κατώτερου ιδίως μαρμάρου, λεκανοειδείς κυρτώσεις με αναθολώσεις, ενώ συγχρόνως από τη ζώνη αυτή διέρχεται η βάση του φυλλιτικού καλύμματος, επικείμενη κατευθείαν στο μαρμαρυγιακό σχιστόλιθο Καμάριζας ή και στο κατώτερο μάρμαρο. Η κύρια κατεύθυνση της επωθήσεως του καλύμματος συνάγεται από Βόρεια προς Νότια.
Η καταγωγή του φυλλιτικού (φυλλονιτικού) επωθημένου καλύμματος, δηλαδή οι ρίζες του, δεν είναι γνωστή.Τα μεταλλεύματα του Λαυρίου είναι κατά κύριο λόγο τα μικτά θειούχα (P.B.G.) ή οξειδωμένα και ανθρακικά ορυκτά μολύβδου, ψευδαργύρου και σιδήρου με πολλά άλλα στοιχεία, μεταξύ των οποίων άργυρος και χρυσός, καθώς και σιδηρομαγγανιούχα μεταλλεύματα. Επίσης, στο Λαύριο υπάρχουν και σιδηρομεταλλεύματα που αποτελούνται από οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου και του μαγγανίου. Εμφανίζονται με τη μορφή λειμωνίτη, αιματίτη και, λιγότερο, πυρολουσίτη. Μαζί με τα μικτά θειούχα, σφαλερίτη, σιδηροπυρίτη και γαληνίτη, υπάρχει παραγένεση σε θειούχα, αρσενικούχα κ.λπ. ορυκτά άλλων μετάλλων. Εκτός από τα κύρια στοιχεία, περικλείονται στο μετάλλευμα και μικρά ποσά αργύρου, χρυσού, χαλκού, καδμίου, νικελίου, βισμουθίου, μαγγανίου, αρσενικού, αντιμονίου, κοβαλτίου, μολυβδαινίου, βαναδίου και σε ίχνη άλλα σπανιότερα στοιχεία. Η περιεκτικότητα σε χρυσό φθάνει τα 3 γραμ. στον τόνο μεταλλεύματος, ενώ σε άργυρο είναι εξαιρετικά μεγάλη. Αναφέρεται ότι η περιεκτικότητα σε άργυρο στις αρχαίες εξορύξεις έφθανε μέχρι 2.500 γραμ. στον τόνο, ενώ μετά το 1900 ήταν πάντα χαμηλότερη από 1.700 γραμ. στον τόνο.
Στα μεταλλεία ανευρίσκονται πάνω από 760 ορυκτά, εξ αυτών τα 29 αποτελούν χαρακτηριστικά για την περιοχή (type locality mineral, TL). Δείγματα αυτών των ορυκτών είναι, ακόμη και σήμερα, περιζήτητα από συλλέκτες, καθώς απαντούν σε μοναδικούς σχηματισμούς, όπως ο αγαρδίτης, ο σερπιερίτης, ο θορικοσίτης, ο λαυριονίτης , ο καμαριζαΐτης, ο γεωργιαδεσίτης κ. ά. Πολλά από τα ορυκτά αυτά εκτίθενται στο Ορυκτολογικό Μουσείο Λαυρίου και το Ορυκτολογικό-Μεταλλευτικό Μουσείο Καμάριζας Λαυρίου. Κάθε χρόνο ανακαλύπτονται και νέα ορυκτά από την περιοχή της Λαυρεωτικής που ταυτοποιούνται διεθνώς από την ΙΜΑ (International Mineralogical Association) ως παγκοσμίως πρωτότυπα ορυκτά
Γενική τεκτονική άποψη της περιοχής του Γεωπάρκου
