Kleopatra Plajı ve Badavut yakın çevresinde Alt Miyosen yaşlı pembemsi renkli, bol fiamme yapılı ve pumisçe zengin Ayvalık ignimbiritleri yüzeyler. Kıyı dalga aşındırması ile şekillenmiştir. Holosen’deki doğal ortam değişmeleri ile ilgili yapılan çalışmalarda saha ve yakın çevresinde jeolojik ve jeomorfolojik üç ana dönem ayrılmıştır. Bunlar; Erken Holosen (15000 - 7000 yıl önce) transgresyon dönemi, Orta Holosen (7000-3000 yıl) denizel sedimantasyon dönemi, Geç Holosen (son 3000 yıl) dönemidir. Son dönemde sahada kıyı okları, tombolo ve Tuzla gölü gelişmiştir. Bu süreçte bir taraftan dalga aşındırmasına bağlı Badavut falezleri (altta ignimbritlerin üstte ise riyolitlerin olduğu) oluşurken, diğer taraftan da Madra Çayı ve diğer akarsuların getirdiği sedimentler ile eski Badavut adası karaya bağlanmıştır. Eski bir koy olan Tuzla gölünün ağız kısmı da bir kıyı oku ile kapanarak bugünkü doğal peyzaj ortaya çıkmıştır. Pleistosen sonuyla birlikte iklimde meydana gelen değişimlere bağlı olarak deniz seviyesinin yükselmesi (Holosen transgresyonu) Badavut ve Kleopatra Plajı benzeri kıyı bölgelerinde önemli değişimlere yol açmış ve kıyı çizgisini yeniden şekillenmiştir. Ege kıyılarında Würm’de glasyo-östatik olarak alçalan ve çekilen deniz 15000 yıl kadar önce hızla yükselmeye başlamış ve yaklaşık 9000 yıl içinde, yani günümüzden 6000 yıl kadar önce bu günkü seviyesine ulaşmıştır (Kayan, 1991).
Sahada yapılan çalışmalardan Erken Holosen’de deniz seviyesinin hızla yükseldiği ve denizin Badavut Antik Taş Ocağı’nın etrafını bir ada şeklinde çevirdiği ve bugünkü 10 m izohipsine kadar sokul-duğu anlaşılmaktadır. Denizin hızla yükselerek bugünkü kıyıdan 2–3 km içeriye sokulmasın-dan sonra Madra Çayı başta olmak üzere diğer küçük akarsuların getirdiği alüvyonlar oluşan sığ denizde birikmeye başlamıştır.
Badavut yakın çevresinde 6000 yıl kadar önce deniz bugünkü seviyesine ulaşmış ve sonra yükselmesi durmuştur. Bundan sonraki şekillenme yeni deniz seviyesine ve bu seviye ile uyumlu birikmeye bağlı olarak gelişmiştir. Kleopatra Plajı ve Tuz Gölü’nün oluşum süreci de bu dönem ile yakından ilgilidir. Madra Çayı ve diğer küçük akarsuların getirdiği alüvyonların niteliği ve miktarı çevrenin jeolojik yapısı, litolojisi, bitki örtüsü ve en önemlisi suyun kaynağı olan iklimle ilişkilidir. Madra çayı tarafından taşınan klastik malzeme dalgalar tarafından kıyı boyunca kuzeybatı yönünde taşınarak Ayvalık adaları civarında birikmelere neden olmuştur.