觀音洞，地處兩山之間的小南海峽谷底部，該溶洞洞內地勢或高或低，或寬或窄，高處百米有余，最窄處也有數十米，而且兩邊分布著形態各異的鐘乳石。洞中還有一條地下暗河，河谷水深大約十多米，寬處如湖，最窄處僅能小船通過，碧綠的河水蜿蜒于洞間峽谷，水中可見小魚、小蝦漫游。洞頂部如同無數個古堡串連，無數個形狀、大小、色彩各異的石柱、石筍垂懸于空中、排立于地面，盡顯大自然的神奇造化，鬼斧神工；沿洞內小道而上，還發現許多大小不一的溶洞，形成洞套洞、洞依洞、洞洞相連的溶洞群。

漢中地礦、水文勘察部門有關專家介紹說，經過科考人員近期的考察，初步推斷該溶洞的形成約在一億九千萬年前，溶洞內石體由石灰巖、碳酸鹽巖和白云巖等構成。從其地質景觀、規模和地下河流量來看。是極為少見的。觀音洞深隧莫測，當地人稱它為黑洞子，長期以來無人能夠深入。地質專家揭開了它的神秘面紗，距今一億九千年前，小南海觀音洞原是一片海洋，在漫長的歲月里由于強大的地質構造運動作用使它凸現地表表面，大自然的鬼斧神工創造了世間罕見的溶洞奇觀。洞體由石灰巖、碳酸鹽巖和白云巖等構成，地層層序及地質剖面有較高的研究價值，被譽為地下“溶巖地質博物館”。