Геологическое развитие района начинается в позднем рифее на коре океанического типа. Формирование океанического основания явилось результатом раскола суперконтинента, называемого в геологической литературе Пангея-I (или Родиния). Этот единый материк, существовавший в раннем рифее, в среднем рифее начал подвергаться дроблению, а в начале позднего рифея раскололся на ряд более мелких континентальных блоков, между которыми началось раскрытие новых океанических впадин. Один из них – Палеоазиатский океан – отделил Сибирский континент, в основном отвечающий территории современной Сибирской платформы, от ряда других континентальных блоков. Выходы древних, дорифейских метаморфических пород, слагавших в это время окраину Сибирского континента, можно сейчас наблюдать к северо-востоку от Красноярска, где ими сложены структуры южной, Ангаро-Канской части Енисейского кряжа.
Фрагменты основания океанической литосферы, сформированного при раскрытии Палеоазиатского океана, представлены в современной складчатой структуре нижнего структурного этажа в виде тектонических клиньев и протрузий гипербазитов акшепского комплекса и иногда ассоциирующих с ними габброидов.
Далее на протяжении позднего рифея на этом основании накапливались донные океанические осадки песчано-глинистого и карбонатного состава, которыми сложены урманская и манская свиты. Накопление осадков нередко протекало в застойных условиях, о чём свидетельствуют характерная для манских известняков тёмно-серая, до чёрной окраска, обусловленная высоким содержанием неразложившегося органического вещества.
В конце позднего рифея вдоль границы между Сибирским материком и Палеоазиатским океаном начинаются процессы субдукции – погружения океанической плиты под континентальную. Существовавшая ранее пассивная континентальная окраина превращается в тектонически активную. Породы погружающейся плиты нагреваются, подвергаются частичному плавлению, что вызывает масштабные проявления базальтового и андезибазальтового вулканизма. В результате в краевой части океана появляется островная дуга – цепочка островов вулканического происхождения. Сформировавшие их вулканические породы слагают в настоящее время самую верхнюю часть разреза рифея в районе города Красноярска – бахтинскую свиту.
В результате тектонических движений приблизительно на рубеже рифея и венда позднерифейская островная дуга причленяется к континенту. При этом океанические и островодужные формации урманской, манской и бахтинской свит сминаются в линейные складки, частично подвергаются зеленосланцевому метаморфизму. Результатом складчатости является наблюдаемое несогласие между рифейскими и вендскими отложениями, а вызванного складчатыми деформациями общего поднятия – перерыв в осадконакоплении.
В вендском периоде после непродолжительной стабилизации продолжается развитие территории в режиме активной континентальной окраины. Здесь формируется котловина окраинного моря. Район Красноярска располагается в краевой части этой котловины, на её границе с материком. Здесь возникает обстановка относительно крутого подводного склона, по которому спускаются придонные суспензионные (мутьевые) потоки. Они переносят взвешенный в воде мелкий обломочный материал песчаной, алевритовой и глинистой размерности. При осаждении его происходит сортировка. Когда суспензионный поток прекращает своё движение, вначале выпадает в осадок наиболее грубый песчаный материал (иногда с примесью гравийного и галечного). Затем, с постепенным переходом – всё более и более тонкий, вплоть до глинистого. В результате накапливаются турбидиты. Это своеобразные по строению ритмичнослоистые осадки, в которых основание каждого ритма сложено грубо- или крупнозернистым песчаником, который выше по разрезу постепенно переходит в мелкозернистый песчаник, алевролит, и, наконец, аргиллит, а выше, с резкой границей, вновь залегает основание нового ритма, опять начинающегося относительно грубым материалом. Перенос и отложение обломочного материала суспензионными потоками протекает с очень высокими скоростями (так называемая лавинная седиментация), и в итоге за геологически короткий промежуток времени накапливаются мощные толщи осадков. Именно таким путём в вендское время в районе города Красноярска была сформирована толща турбидитовых отложений тюбильской свиты.
Пока в течение позднего венда продолжалось накопление турбидитов, климат постепенно менялся с относительно прохладного на более тёплый. В мелкой части моря началось накопление карбонатных илов, материал которых также вовлекался в процессы переноса суспензионными потоками. Поэтому формирование турбидитов песчано-алеврито-аргиллитового состава постепенно сменяется накоплением известковистых турбидитов, в которых верхние части ритмов представлены уже не аргиллитом, а глинистым известняком. Такими осадками сложена основная часть разреза верхнетюбильской подсвиты.
Масштабные процессы накопления турбидитов в нижней части прилегавшего к материку подводного склона приводят к заполнению осадком этой части водоёма и образованию выположенной подводной террасы. К рубежу венда – кембрия массовый сход суспензионных потоков прекращается. Параллельно с этим резко уменьшается привнос обломочного (песчаного и алевритового) материала, что, по-видимому, связано с выравниванием рельефа в прилегающей части суши. Как следствие, самая верхняя часть разреза тюбильской свиты сложена уже в основном карбонатными отложениями, с небольшой примесью песчано-глинистого материала (хотя и сохраняющими пока элементы ритмичной слоистости). Седиментация идёт в спокойной обстановке, в условиях слабого доступа кислорода. Об этом свидетельствует сильное сероводородное заражение известняков (они на свежем сколе сильно пахнут сероводородом) и их высокая битуминозность.
На протяжении томмотского века рассматриваемая часть бассейна окраинного моря становится ещё более мелководной. Продолжается накопление карбонатных осадков. На отдельных участках преобладает накопление доломитов, что можно объяснить образованием слабо связанных с основной частью моря полузамкнутых бассейнов, для которых в условиях сухого и жаркого климата была свойственно повышенная солёность. Широкое распространение на мелководье приобретают древнейшие скелетные организмы, остатки которых известны под названием «мелкораковинная фауна»; появляются первые археоциаты.
В атдабанском веке раннего кембрия по всей мелководной части морского бассейна начинаются масштабные процессы рифообразования. Рифостроителями были археоциаты – примитивные колониальные многоклеточные, обитавшие на тёплом мелководье. В симбиозе с известковыми водорослями они создавали органогенные постройки – биогермы и биостромы. Совокупность большого числа таких построек формирует крупные карбонатные массивы. Одним из них и является Торгашинский риф, породы которого почти целиком слагают одноимённый хребет на южной окраине Красноярска.
На рубеже раннего и среднего кембрия археоциаты вымирают, и формирование рифов прекращается. В краевой части сохраняющегося морского бассейна идёт накопление доломитов шахматовской свиты среднего кембрия.
Конец кембрия – время проявления раннекаледонской (салаирской) складчатости, явившейся главной фазой складчатости на большей части центральных районов Алтае-Саянской области. В это время субдукционный этап развития активной континентальной окраины вновь, как и в конце рифея, сменяется здесь коллизионным. В результате тектонических движений островная дуга приближается к континенту, бассейн окраинного моря подвергается сжатию и закрывается, а накопившиеся в нём отложения испытывают интенсивные складчатые и разрывные деформации. Совместно с ними повторно вовлекаются в складчатость и породы верхнего рифея. Мощность земной коры в результате складчатости резко увеличивается. На глубине осадочные и вулканические породы подвергаются метаморфизму и гранитизации. В результате на месте краевой части океана формируется кора континентального типа, соответствующая территория испытывает общее поднятие и становится частью материка.
В ордовике территория развивается в режиме тыловой части активной континентальной окраины. Граница материка с океаном проходит уже значительно западнее; туда же смещается и зона наибольшей тектонической активности. А здесь, в тыловой зоне, новообразованная континентальная кора подвергается глубоким расколам, по которым внедряются глубинные магматические расплавы. В районе Красноярска магматическая деятельность этого этапа начинается со спокойных трещинных излияний базальтовых лав мантийного происхождения. Одновременно под воздействием идущего с этими расплавами теплового потока в нижних горизонтах земной коры появляются вторичные магматические очаги, в которых генерируются магмы среднего (трахитового), иногда умеренно-кислого состава (трахидацитовые, трахириолитовые). Трахитовый вулканизм начинается эксплозивными извержениями, в результате которых образуются пласты пепловых туфов, а продолжается излияниями трахитовых лав из вулканических аппаратов центрального типа. В дальнейшем первичные (мантийные) и вторичные (коровые) очаги продолжают действовать одновременно, в результате чего чередуются излияния лав различного состава.
При этом магматические расплавы среднего состава, отличающиеся от основных большей вязкостью, далеко не всегда достигают поверхности. Иногда они застывают на небольшой (первые сотни метров) глубине, формируя субвулканические интрузии сиенит-порфиров. Примером такой интрузии является лакколит горы Николаевская сопка. Здесь расплав при внедрении приподнимал перекрывающие породы, и теперь они слагают пологую складку, плавно окаймляющую эту интрузию с севера. Если же крупные порции расплава застывали на глубинах в несколько километров, формировались крупные интрузивные массивы сиенит-граносиенитового состава (Столбовский и другие). При внедрении этих интрузий вмещающие породы подвергались ороговикованию и мраморизации.
Активная магматическая деятельность в ордовике нередко сопровождалась проникновением термальных вод, с деятельностью которых связаны многочисленные проявления гидротермальной минерализации и метасоматических изменений – не только в самих вулканитах и интрузивных образованиях, но и в породах кембрия (в частности, преобразование части известняков на Торгашинском хребте в мраморные ониксы).
Силурийский период явился временем тектонической стабилизации. Территория развивалась в режиме пассивной континентальной окраины. В условиях тектонической стабильности шли процессы выравнивания рельефа и образования площадных кор выветривания. Продукты их размыва отлагались в прилегающем океаническом бассейне, краевая часть которого находилась на территории нынешнего Западного Саяна.
В раннем девоне территория вновь подвергается тектонической активизации, явившейся следствием столкновения (коллизии) Сибирского и Монгольского континентальных массивов. При этом территория по-прежнему остаётся тыловой частью континентальной окраины, так как к западу продолжает сохраняться Палеоазиатский океан, остатки которого существуют до самого конца палеозоя.
В результате дифференцированных вертикальных движений формируются блоковые поднятия и разделяющие их межгорные впадины. Район Красноярска приурочен к краевой части Рыбинской впадины. Её формирование начинается накоплением терригенных осадков ассафьевской свиты на выровненной и размытой поверхности дислоцированных отложений нижнего палеозоя и докембрия. Отложения накапливались в наземной обстановке и представлены русловым и пойменным аллювием состав которого колеблется в диапазоне от алеврито-песчаного до крупногалечного. Характерна тенденция увеличения размерности обломочного материала вверх по разрезу, что свидетельствует об усилении процессов поднятия на сопредельных территориях. По берегам рек росли древнейшие наземные растения – проптеридофиты (риниофиты), отпечатки которых часто встречаются на поверхностях напластования в песчаниках и алевролитах.
Активизация тектонических движений сопровождается заложением глубоких разломов и новой вспышке наземного вулканизма. Формируются вулканические постройки центрального типа, сложенные чередованием лавовых потоков различного состава, на периферии которых продолжается накопление грубообломочных отложений. Расплавы, застывающие в подводящих каналах, формируют субвулканические некки и дайки, выделяемые в черносопкинский комплекс.
К концу раннего девона вулканическая и тектоническая активность затухает. Рельеф постепенно сглаживается. Территория превращается в слаборасчленённую равнину, на которой накапливаются аллювиальные и озёрные отложения песчано-алевритового состава.
Далее впадины, заложившиеся в раннем девоне, испытывают вертикальные колебательные движения, представляющие собой отголоски более активных тектонических процессов, протекающих на континентальной окраине, в пределах современных структур Алтая и Салаира.
В среднем девоне Рыбинская впадина испытывает медленное, но устойчивое прогибание. На протяжении павловского времени в основном сохраняется обстановка аллювиальной равнины, с отдельными эпизодами морских трансгрессий, проникающих с юго-запада, со стороны сохраняющегося Палеоазиатского океана. Эти моменты фиксируются в разрезе появлением прослоев карбонатных отложений, накапливавшихся в прибрежной части тёплого мелкого моря с низменными берегами и лагун с повышенной солёностью.
К концу среднего девона море отступает, и на протяжении всего позднего девона (кунгусское время) существует обстановка озёрно-аллювиальной равнины. Преобладают процессы накопления тонких, преимущественно алеврито-глинистых осадков, что свидетельствует об очень слабой расчленённости рельефа. На этой внутриконтинентальной равнине имелись как пресноводные водоёмы, так и озёра с повышенной солёностью. В последних накапливались известковистые илы и гипсы.
Климат района на протяжении всего девонского периода был жарким и засушливым. Об этом свидетельствуют характерные преимущественно красноцветные окраски пород, наличие засолонённых лагун и солёных озёр, распространение вторично обизвесткованных горизонтов, формирующихся в результате проявления выветривания в аридной обстановке.
В раннем карбоне процессы осадконакопления в Рыбинской впадине по-прежнему протекают в обстановке озёрно-аллювиальной равнины, на которую изредка проникают воды мелкого моря. Характерными являются многочисленные местные перерывы в седиментации, случаи размыва только что сформированных пород и переотложения их слабо окатанных обломков в перекрывающих слоях. Климат при этом постепенно меняется в сторону похолодания. Широкое распространение приобретает лепидодендроновая флора. При этом растительный комплекс беден в видовом отношении и, по мнению специалистов, представлен формами, которые были адаптированы к относительно холодным условиям. Отложения среднего-верхнего карбона и перми в окрестностях Красноярска не известны. На сопредельных территориях в это время продолжается развитие межгорных впадин, в которых в обстановке заболоченных прибрежных равнин накапливаются угленосные осадки. Широкое развитие болот является признаком влажного климата, а комплекс флоры, основу которого составляют остатки кордаитовых, характерен для относительно прохладных условий.
На рубеже перми и триаса завершается закрытие Палеоазиатского океана и формирование единого суперконтинента Пангея. Южные районы Красноярского края, долгое время бывшие тыловой частью континентальной окраины, теперь оказываются во внутренней части крупного материка. Наступает платформенный этап развития территории. В триасовом периоде во многих районах новообразованного континента активно проявляются процессы рифтогенеза, сопровождавшиеся вспышками наземного траппового вулканизма. Их масштабные проявления известны и на сопредельных территориях Сибирской платформы и Западно-Сибирской плиты, а также в Кузбассе. В окрестностях Красноярска достоверных проявлений триасового магматизма не установлено. Но не исключено, что некоторые из известных на этой территории даек основного состава могут иметь раннетриасовый возраст.
Поздний триас и начало ранней юры – время очередной тектонической стабилизации. По всей южной Сибири формируется обширный пенеплен (поверхность выравнивания), формируются мощные площадные коры выветривания. Новая активизация движений происходит в синемюрском веке ранней юры и является отражением складчатых процессов в пределах Монголо-Охотского складчатого пояса, расположенного в Забайкалье. Территория Алтае-Саянской области в это время испытывает поднятие, а по её северной периферии образуется система предгорных впадин Канско-Ачинского угленосного бассейна. Здесь, на предгорных равнинах, накапливались мощные толщи пресноводных континентальных отложений, в разрезе которых ритмически чередуются речные, озёрные и болотные фации. Густой растительный покров был представлен разнообразными формами гинкговых, беннеттитов, хвойных, папоротникообразных. Накапливаясь в торфяных болотах, их остатки формировали многочисленные угольные месторождения Канско-Ачинского бассейна.
В поздней юре развитие впадин Канско-Ачинского бассейна прекращается. На протяжении мела и палеогена для района характерна тектоническая стабильность и пенепленизация. В конце мела и в палеогене вновь формируются площадные коры выветривания. Обстановка аккумулятивной равнины, где продолжаются процессы накопления аллювия, озёрных и болотных отложений устойчиво сохраняется в сопредельных районах на территории Западно-Сибирской низменности и в Южно-Минусинской впадине.
Новый этап тектонической активизации, проявившийся по всей Центральной Азии, начинается в кайнозое. Здесь идёт формирование крупных горных систем. Связано это с коллизионными процессами на южной окраине Евразии – столкновением с ней смещавшегося на север Индийского субконтинента, одного из осколков южного материка Гондвана. Рост глыбовых горных поднятий, начавшись непосредственно в зоне столкновения, постепенно распространяется вширь, захватывая всё новые территории. На юге Сибири наиболее активные горообразовательные процессы протекают в плиоцен-четвертичное время. В результате на месте нескольких складчатых систем различного возраста была сформирована молодая Алтае-Саянская горная страна в её современном виде. В связи с формированием поднятий меняется общее направление речного стока – преобладающим становится северное направление. В конце плиоцена начинается формирование долины Енисея. В неоплейстоцене в горных районах появляются ледники. При этом чередуются эпохи развития горного оледенения и разделяющие их относительно тёплые межледниковья. Ледники, продвигавшиеся с севера, перегораживали сток Сибирских рек в океан, и в ледниковые эпохи по долинам рек формировались гигантские подпрудные озёра, доходившие до нынешнего района Красноярска. Непосредственно в районе Красноярска ледников не было. Эта местность располагалась в приледниковой зоне с суровым субарктическим климатом. Тем не менее именно в этих условиях в среднем неоплейстоцене начинается освоение долины Енисея первобытными охотниками. Несколько стоянок древнего человека обнаружены непосредственно на территории Красноярска и в его ближайших окрестностях.
Поднятие горных систем Алтая и Саян продолжается и в настоящее время, с чем связаны отмечающиеся в этих районах проявления сейсмической активности.