A ilha de Santa Maria situa-se na extremidade sudeste da plataforma do arquipélago dos Açores, incluída no grupo oriental, como se representa na Figura 5A.

Em virtude do forte levantamento sofrido pela ilha desde finais do Pliocénico, aproximadamente há 2 milhões de anos, Santa Maria é a única ilha dos Açores onde se encontram expostas importantes sequências estratigráficas de rochas sedimentares, frequentemente fossilíferas, intercaladas nas séries vulcânicas, como se representa na Figura 5C.

A ilha, de natureza vulcânica, emergiu no Miocénico, há aproximadamente 10 a 8 milhões de anos. A atividade vulcânica estendeu-se até ao Pliocénico, com fases alternadamente subaéreas e submarinas, efusivas e explosivas, e terá parado após os episódios em que grandes quantidades de piroclastos (lapilli e cinzas) foram expelidas por três pequenos cones vulcânicos, localizados no centro da ilha. Estes materiais de projeção estão transformados em campos de argilas vermelhas, tendo ocorrido esta alteração num paleoclima mais quente e húmido do que o atual.