美瑛町と東川町の境界を流れる忠別川の上流部、忠別湖(忠別ダム)から天人峡温泉にかけて、柱状節理の発達した「溶結凝灰岩」が連続しています。この「溶結凝灰岩」は、大雪山・御鉢平カルデラ(北海岳・間宮岳・中岳にかこまれる凹地)が、およそ３万年前に大噴火したときに発生した火砕流の堆積物です。
火砕流は、高温の火山灰や岩石、火山ガスなどが一体となって、高温・高速で山を流れ下る現象で、灰色の雲が地表を流れるように見えます。もともとの火砕流堆積物は、軽石や火山灰などのやわらかい物質でできていますが、マグマの熱と堆積物自体の重さで押し固められて、かたい岩石(溶結凝灰岩)になりました。さらに、この岩石は冷えて固まるときに収縮した(ちぢんだ)ために、縦方向にたくさんの割れ目(柱状節理)ができました。
忠別ダム～天人峡でみられる火砕流堆積物(溶結凝灰岩)は、含まれている成分(鉱物や化学組成)の違いから２種類に分類できます。天人橋付近では、２種類の堆積物の間に、川が運んできた砂利の地層がはさまっています。このことから、御鉢平カルデラはおよそ３万年前に２回の大噴火を、少なくとも100年の間をあけておこなったと考えられています。