Geologi wilayah Kabupaten Sarmi Secara Umum terbagi kedalam tiga formasi utama yaitu formasi pegunungan, formasi lembah dan formasi dataran alluvial. PSL UNCEN (1998) melaporkan bahwa formasi pegunungan dipengaruhi oleh Pegunungan Jayawijaya dan Pegunungan Gautier, sedangkan formasi lembah dipengaruhi oleh adanya depresi median dataran pantai terutama di lembah Tariku/ Taritu . Formasi dataran alluvium merupakan formasi terluas meliputi depresi dari angkatan pegunungan Rouffaer dan Jayawijaya yang terhanyut oleh air sungai ke daerah pantai.

Formasi ini terbentuk dari perkembangan kerak bumi yang bergerak ke Utara membentuk Sesar Sungkup Mamberamo dan beralih tempat ke Sesar Gautier. Jalur Sesar Sungkup ini memanjang ke arah Selatan dan terdiri dari Sesar Anjak dan Sesar Geser sehingga menyesarkan batuan Plio-Plestosen Formasi Mamberamo dan batuan kerak Pasifik di bawahnya. Disepanjang jalur sesar sungkup di jumpai intrusi poton-poton batuan serpih dan lumpur ini umumnya terdiri dari lempung tersesikkan dan komponen batuan tak terpilahkan dengan sesar ukuran fragmen kasar. Sekarang potongan lumpur ini masih aktif dan membentuk teras-teras sungai yang banyak terdapat di wilayah ini.

Formasi Batuan Alluvium menyerupai depresi median yang merupakan ciri khas daerah pantai. Batuan ini adalah batuan sedimen marineneogen yang tertutup lapisan alluvial dan terlipat sangat lemah. Formasi ini menyebar di sepanjang pantai mulai Mamberamo Hilir, Sarmi, Bonggo, sedikit Pantai Barat serta membujur sisi selatan mulai dari Mamberamo Hulu sampai ke Pantai Timur. Pada bagian bawah dari formasi ini terdiri dari batuan gowake dan napal,breksi,volkan,koglomerat dan sisipan dolomite, sedangkan pada bagian atas terdiri dari lapisan batuan konglomerat, batu pasir, batuan debu, sisipan batu bara dan batu kapur tulis.

Formasi batuan napal,batu lanau merupakan depresi dari angkatan pegunungan Rouffaer dan Lembah Mamberamo. Daerah ini terletak di bagian tengah Wilayah Kabupaten Sarmi memanjang dari Barat ke Timur di apit oleh formasi alluvium. Litologi dari formasi ini menunjukkan bahwa bagian bawah terdiri dari batu gamping, growake dan mengandung plankton dan pada puncaknya terdapat lignit. sebagian dari wilayah formasi ini ,kini ditutupi oleh rawa-rawa di sekitar daerah Bonggo dan Mamberamo Hulu.

Formasi diapir, batu lumpur tergesekan dengan bongkahannya merupakan formasi hasil evolusi sejak jaman pratersier dengan sedimen dan intrusi batuan beku. Batuan ini mengalami pengangkatan pada akhir palogen dan pada akhirnya angkatan terjadi pada neosen akhir. Pada saat itulah terjadi interusi batuan plutonik seperti menzoit,porfiritik dan diorit porfiritik. Batuan-batuan tersebut seperti batu lumpur yang membongkah. Formasi ini menyebar di bagian tengah kawasan Sarmi, Tor atas,Pantai Barat dan Mamberamo Tengah.

Dua formasi batuan lain yaitu daerah poton/mud vulcano fields yang terdapat di Mamberamo Tengah dan Bonggo dan Lava basalan dan hinggga andesitan yang umumnya berubah terdapat di Tor Atas.

Daerah Dabra ( Mamberamo Hulu ) memiliki topografi yang curam yang merupakan wilayah-wilayah peralihan formasi geologi dataran rendah dan dataran tinggi. Wilayah ini merupakan perwakilan wilayah bagian utara dari kompleks busur pulau eosin dengan lajur-lajur berurutan dari Utara ke Selatan.

Formasi Geologi Wilayah Sarmi yang diuraikan di atas menunjukkan bahwa wilayah ini memiliki potensi tambang mineral logam dan Hidrocarbon. Berdasarkan Peta sebaran bahan galian Logam dan Hidrocarbon di Provinsi Papua yang di keluarkan oleh Dinas Pertambangan dan Energi bahwa wilayah Sarmi di temukan bahan tambang dari bahan galian seperti Tembaga (Cu), Timah Hitam (Pb), Besi (Fe) dan Crom (Cr). Bahan tambang hidrocarbon yang diduga terdapat di wilayah ini adalah Minyak dan Gas Bumi.

Potensi bahan tambang logam Tembaga dan Timah Hitam terdapat di Distrik Mamberamo hulu di bagian timur antara Kampung Tayai dan Fokri bagian utara. Diduga bahan tambang ini logam ini merupakan bagian dari endapan gunung biji (Ertberg) yang terdiri dari skam dengan bentuk seperti gigi kearah keluar di kelilingi oleh berturut-turut oleh silikat gamping dan kemudian diorit. Mineral tembaga utama yang terdapat di wilayah ini adalah bomit dan sedikit kalkopirit dengan mineral ikutan idait,kalkosit,kovelit,galena,pirit,sfalerit,pirargit dan markasit.

Potensi bahan tambang mineral logam lain yang terdapat di Kabupaten Sarmi adalah Pasir Besi. Pasir besi ini terdapat disepanjag Pantai Distrik Sarmi. Mineral logam ini terdiri dari besi (Fe) dan Crom (cr).

Potensi bahan tambang hidrokarbon yang berada di wilayah Sarmi berupa minyak dan gas bumi. Terdapat dua wilayah cekungan utama yang di duga mengandung minyak dan gas bumi yaitu wilayah lepas pantai utara Kabupaten Sarmi dan Wilayah Distrik Mamberamo Hulu. cekungan minyak dan gas bumi di lepas pantai utara Kabupaten Sarmi merupakan cekungan dengan penemuan minyak dan gas bumi yang berproduksi sedangkan cekungan di Distrik Mamberamo Hulu merupakan cekungan minyak dan gas bumi yang sudah di bor tetapi belum ada penemuan Disamping kedua wilayah tersebut terdapat pula beberapa sumur kering di Di Distrik Mamberamo Tengah dan Distrik Pantai Barat. Sumur kering di Distrik Mamberamo Tengah terletak di sebelah barat sedangkan di Distrik Pantai barat terletak di Tepi Sungai Biri dan di Tepi Pantai. Sumur gas bumi juga terdapat di lepas pantai Distrik Mamberamo Hulu.

Berdasarkan struktur geologi wilayah Sarmi tampak bahwa sebagian besar cekungan gas bumi berada di sepanjang DAS Mamberamo yang struktur wilayahnya merupakan jalur Sesar Sungkup dengan perkembangan kerak yang bergerak ke utara membentuk sesar sungkup Mamberamo. Sesar sungkup Mamberamo terdiri dari sesar anjak dan sesar geser sehingga menyesarkan batuan plio-plestosen dengan batuan kerak pasifik di bawahnya. Struktur geologi ini memungkinkan terbentuknya cekungan-cekungan yang diduga mengandung minyak dan gas bumi.