La falesia del Colle San Bartolo mette in mostra, nei suoi 200 metri di altezza, una successione di strati sedimentari che si sono depositati tra i 10 ed i 6 milioni di anni fa, nel periodo che i geologi chiamano "Messiniano", quando la geografia della penisola italiana, ancora in formazione, era molto diversa da quella attuale.
Ed il San Bartolo, è bene saperlo, rappresenta una delle più complete sezioni del Messiniano in Italia: merito del mare che, come una vigorosa accettata, ha tagliato quella che era una tranquilla collina nord-marchigiana.
Dal punto di vista stratigrafico, a partire dagli strati più bassi, troviamo la Formazione dello Schlier, ben visibile sotto "la Croce" (Monte Castellaro), con le sue marne ed argille cineree alle quali si alternano alcuni livelli di marne bituminose nerastre ("peliti eusiniche").
Segue la Formazione Gessoso-Solfifera, ad iniziare dai caratteristici livelli di Calcare evaporitico, di colore variegato (dal biancastro al beige - marrone) di aspetto "cariato" dolomitico, dal caratteristico odore di idrocarburi, ove è possibile rinvenire con un po' di fortuna cristalli di Zolfo e Celestina.
Molto più frequente il Gesso presente in bellissimi cristalli della varietà Selenite ed aggregati fibrosi di Sericolite.
Seguono marne argillose tripolacee, di colore beige - avana, fittamente stratificate, ricche di fossili.
Visto che le prime due formazioni affiorano solamente in alcune località, ove l'erosione marina ha messo a nudo il nucleo della piega anticlinale, gran parte della falesia è stata intagliata nella soprastante Formazione di San Donato, caratterizzata da una alternanza di argille marnose grigiastre prevalenti, e livelli di arenarie grigio - beige, in strati di spessore decimetrico, a tratti anche molto più spessi.