Les roques que trobem a l’àrea del bosc de la Marquesa estan constituïdes per materials sedimentaris de l’era Terciària, característiques de tota la zona de turons litorals a l’est del riu Francolí.  Aquests sediments es formaren durant el Miocè, quan la Depressió Prelitoral – on se situa el camp de Tarragona – estava coberta pel mar.

En aquestes roques, trobem principalment calcàries amb presencia de fòssils d’aigua salada; de fet, la barra carbonatada és el resultat de l’activitat d’algues coral·lines, briozous, coral·laris i altres organismes molt més evidents com són les ostres i altres mol·luscs bivalves. Aquests materials miocènics, que formen el relleu més enlairat que arriba fins al mar, i l’acció erosiva d’aquest, especialment intensa durant els temporals de llevant (est), migjorn (sud) i garbí (sud-oest), són els responsables de la formació dels penya-segats. Els diferents graus de resistència a l’erosió en els estrats és el que ha donat lloc a la formació de coves i entrants al llarg de la costa.

Al bosc de la Marquesa, les roques i sediments miocènics tenen uns colors característics groguencs i daurats, que els fan molt atractius, i són, en alguns estrats, com els que conformen els penya-segats que envolten cala Fonda, relativament tous, el que els fa molt susceptibles a l’erosió per l’onatge, la pluja i el vent. Aquests colors i les possibilitats de ser explotats amb certa facilitat han determinat que fossin objecte d’excavació des d’antic, com ho demostra la presència de la pedrera romana de la Punta de la Creueta.

La geomorfologia del sector es troba clarament associada a la dinàmica litoral. A primera línia de costa, on es troba la barra carbonatada del miocè, les ones van desfalcant la base de les roques, disgregant-les i formant multitud de cavitats més o menys profundes. El trencament de les formacions determina el relleu abrupte de la línia de costa que s’estén majoritàriament a l’àrea, amb cales formades al peu dels penya-segats o bé en la desembocadura de petits torrents o línies d’escolament superficial.

A la costa entre Tamarit i la platja Llarga es constata l’existència d’un illot, la Jovera, a prop del castell de Tamarit amb el mateix origen i arreu es poden veure roques que han quedat aïllades uns metres davant la costa actual, provinents de la caiguda de blocs des dels penya-segats, com és el cas de les roques que queden davant de la Punta de la Creueta.