La Vena del Gesso, toponimo locale adottato dai cartografi dell'Istituto Geografico Militare, costituisce uno degli elementi geografici e geologici più caratteristici dell'Appennino romagnolo. Come affioramento continuo ha uno sviluppo lineare di circa 25 km, da Gesso nella valle del Sillaro a Brisighella nella valle del Lamone, che le conferisce un carattere unico e inconfondibile; infatti è il rilievo gessoso più lungo ed imponente dell'Italia peninsulare, mentre altrove il gesso o non ha forma e struttura di montagna o costituisce corpi geologici più piccoli e meno spettacolari. Affiora in una stretta fascia, larga non più di 1,5 km diretta WNW-ESE, lungo il bordo orientale dell'Appennino, con uno spessore massimo di 170 m; è compresa, come età relativa, nel piano Messiniano (Miocene terminale), corrispondente ad una età radiometrica che va dai 6,5-7 ai 5,5 milioni di anni fa.

Il gesso è un minerale evaporitico che si origina per precipitazione di solfato idrato di calcio da una soluzione satura; le evaporiti di età messiniana sono diffuse in gran parte del bacino dei Mediterraneo sia in ambiente continentale che sotto il fondo del mare, come hanno dimostrato le perforazioni profonde eseguite nell'ambito del Deep Sea Drilling Project (1970). Circa la loro genesi esistono diverse teorie, una delle quali è che esse si siano deposte a causa di ripetute interruzioni del rifornimento idrico da parte dell'Oceano Atlantico a causa della chiusura della soglia di Gibilterra per innalzamento della stessa e/o per variazioni dei livello marino; ogni banco di gesso rappresenterebbe pertanto il risultato di un disseccamento più o meno parziale dei Mediterraneo, tra l'altro in un tempo geologicamente breve, dell'ordine del migliaio o poche migliaia di anni. Infatti l'intensa evaporazione faceva sempre più concentrare i sali sciolti nelle acque e tra questi il gesso, che ad un certo punto cominciava a separarsi in cristalli i quali crescevano gli uni sugli altri sul fondo della "salina" naturale. Nella Vena dei Gesso non si trova il cloruro di sodio, cioè il comune sale da cucina, assieme al gesso, perché il deposito dei primo richiede una concentrazione ed una perdita d'acqua molto più forti, fino quasi al disseccamento, mentre nel nostro caso una lama d'acqua molto salata sarebbe restata a coprire il gesso. Anzi periodicamente dalle terre emerse le acque meteoriche trasportavano fango che interrompeva la formazione dei cristalli di gesso ponendo fine ad un ciclo; sopra il fango incominciava poi a precipitare nuovamente il gesso. Di tale processo fornirebbe indizi quanto osservato in ambienti sovrasalati attuali, ove la selenite è stata trovata sul fondo di lagune soggette periodicamente a disseccamento e in piane costiere incrostate di sale (sebkhas del Golfo Persico); nel Messiniano il processo evaporitico sarebbe stato non tanto diverso, ma più efficiente, forse per una miglior combinazione di fattori climatici, idrologici e geologici.

I gessi poggiano sulle facies marnose o sabbiose terminali (Marne di letto) della Formazione Marnoso-arenacea romagnoloumbra, il cui potentissimo pacco di sedimenti di fossa torbidica aveva cominciato a depositarsi circa 23 milioni di anni fa.

Il bacino evaporitico dei Gessi emiliano romagnoli era un residuo di tale fossa subsidente che nel Miocene si allungava dal Bolognese fino alle Marche: Gessi bolognesi, Gessi romagnoli e una miriade di lembi sparsi un po' ovunque fanno parte tutti della medesima formazione. In questo contesto la "Vena del Gesso" globalmente intesa era senz'altro il maggior bacino evaporitico messiniano dell'Appennino settentrionale, estendendosi per un centinaio di chilometri al suo margine, all'incirca dalla valle dei T. Samoggia nel Bolognese a quella dei F. Lamone ed oltre. Successivamente la formazione è stata interessata da una tettonica dislocativa piuttosto intensa e nel Bolognese.e Riminese anche traslativa, con conseguenti smembramenti; inoltre attualmente gran parte di essa risulta sepolta da potenti accumuli di sedimenti plio-pleistocenici sotto la Pianura Padana: ad es. i pozzi di perforazione dell'AGIP l'hanno incontrata alla profondità di oltre 4.000 m nell'area di Fusignano.

Il tratto più subsidente dell'antico bacino di sedimentazione della Vena del Gesso s.s. (Gessi romagnoli) era compreso tra Tossignano e Monte Mauro, come si ricava dalla completezza della successione e dalle massime dimensioni verticali e laterali. Il fondo concavo risaliva sia verso il Sillaro sia a E di Brisighella; infatti il bacino era limitato ai suoi bordi occidentale e orientale da due strutture trasversali dell'Appennino che rimasero attive anche successivamente; in particolare un alto strutturale (linea di Forlì) separava il bacino della Vena del Gesso dai bacini evaporitici della Romagna e Marche verso E.

L'orizzonte delle Marne di letto, sulle quali, come si è detto in precedenza, poggia la formazione gessosa, è localmente disturbato da antichi scivolamenti sottomarini che, secondo vari Autori, hanno coinvolto anche il calcare a Lucina, cosi denominato dal mollusco costiero del quale contiene modelli interni e talora valve. Questo calcare fossilifero si presenta sotto forma di massi, blocchi e frammenti di svariatissime dimensioni e non forma mai strati regolari. Blocchi sparsi sono presenti a Monte Spugi e nei pressi di Rontana, lungo una faglia che con direzione NW-SE separa le marne dai gessi, ma gli affioramenti più consistenti si trovano a SE di Monte Mauro nei pressi dei T. Sintria, ove fino ad una trentina d'anni fa operava una cava a N della località Pietralunga.

A causa dei lavori di tale cava vennero in luce interessanti esemplari di foglie e frammenti di rami e tronchi d'albero silicizzati o sostituiti da calcite ed in alcuni livelli ove il calcare si presentava intensamente cariato, cristallizzazioni di celestina (solfato di stronzio - SrS04) tappezzante geodi, limpidissima e brillante, raramente anche di colore azzurrognolo.

A contatto coi primo banco di gesso e ad esso sottostante, si trova un livello di calcare ("Calcare di base"), localmente anch'esso coinvolto in paleofrane, per cui spesso manca, di spessore fino a 1,5 m, suddiviso in sottilissime lamine formate da "tubuli", cioè resti fossili di guaine che rivestivano filamenti algali (stromatolite algale).

Nella Vena del Gesso la successione stratigrafica completa è di 15-16 banchi di gesso prevalentemente selenitico di spessore variabile, in genere decrescente dal basso verso l'alto, separati da intercalazioni di argille scure e fetide che rivestono notevole interesse scientifico e specificamente paleontologico poiché vi si rinvengono numerosi fossili: resti di piante fluitate, terrestri ed acquatiche, tronchi di alberi gessificati e pesci, insetti e loro larve. Carogne e sostanze organiche si sono conservate perché sul fondo non v'era ossigeno per decomporle aerobicamente né organismi "becchini" per nutrirsene.

I due banchi basali della successione ("sottobanchi"), di modesto spessore, sono per lo più coperti dal detrito a blocchi che si accumula al piede della falesia gessosa a S. 1 tre successivi, che con i sottobanchi vengono designati banchi inferiori, sono i più potenti dell'intera serie (complessivamente circa 80 m, con leggere variazioni locali che fanno si che ora prevalga il 3°, ora il 4° ed ora il 5° come spessore) e sono formati per lo più da gesso estremamente puro che si presenta coi caratteristico abito cristallino "a ferro di lancia" o "a coda di rondine" con la punta volta in basso, cioè verso la base dello strato ("regola di Mottura"). A questi segue un pacco di 8-11 banchi meno spessi (da 4 a 10 m, tranne il 6° in genere più potente) chiamati banchi superiori: in essi la tessitura sopra descritta si trova nelle parti basali o manca del tutto: predomina sempre la selenite, ma i cristalli hanno orientamenti casuali, sono frammentati o usurati (il che indica un trasporto meccanico) e spesso avvolti da matrice calcareo-marnosa.

A tetto della Vena (lato N) in giacitura a franapoggio, i gessi vengono a contatto con i terreni sovrastanti, formati anzitutto da affioramenti localizzati lentiformi e discontinui, poco potenti, di conglomerati, arenarie, argille scure e gessi contenenti letti di selce, costituenti nell'insieme la Formazione "a Colombacci" della parte terminale del Messiniano (Miocene superiore). Sopra quest'ultima si trova, in copertura massiccia, la pila di argille azzurre, di mare aperto e profondo, dei Pliocene e dei Pleistocene, modellate in superficie a calanchi.

La morfologia della Vena del Gesso è caratterizzata da alcuni aspetti comuni a tutta l'estensione dell'affioramento, fra i quali: la struttura lineare, parallela all'asse morfologico e strutturale della catena appenninica e trasversale alle valli fluviali (Santerno, Sgarba, Senio, Sintria, Lamone) che l'attraversano interrompendone la continuità superficiale; il profilo asimmetrico (monoclinalico) in sezione trasversale, con pendio più dolce e maggior copertura vegetale a N e pareti subverticali spoglie ed abrupte a S, alte localmente anche più di 100 m, costituite dalle testate di banchi gessosi separati da sottili intercalazioni argillose marcate dalla presenza di vegetazione. Tale tipico profilo dipende dalla giacitura degli strati immergenti a NE e dall'esistenza di fratture inclinate verso SW che facilitano il distacco di blocchi mantenendo cosi la morfologia della falesia: inoltre il gesso è più resistente all'erosione meccanica che non i terreni mamoso-sabbiosi e argillosi circostanti e con il suo aspetto rupestre si pone in netto contrasto con le morbide ondulazioni di queste ultime.

Tale aspetto strutturale generale è interessato dalla presenza di dislocazioni tettoniche che sono costituite da faglie "anti-appenniniche", o trasversali all'allungamento della catena e da faglie "appenniniche" o longitudinali: le prime, a piano pressoché verticale o fortemente inclinato, spezzano la Vena del Gesso in tanti blocchi con rigetti verticali e laterali sino a qualche centinaio di metri; vi si associano numerose fratture dello stesso orientamento che, come già detto, favoriscono il distacco dei blocchi della parete S. Le seconde non sono ancora ben studiate nella loro geometria e cinematica, ma dovrebbero comunque essere compressive, e di individuazione anteriore rispetto alle precedenti (età messiniana, cioè di poco successiva alla sedimentazione della formazione, con riattivazioni successive); come conseguenza è anche possibile osservare in diverse zone pacchi di strati ad immersione anomala, sub-verticali o addirittura tendenti al rovesciamento, oltre a locali ripetizioni della successione gessosa che hanno l'effetto di raddoppiare o triplicare gli spessori delle evaporiti affioranti.