隧道主要分布地层为：上覆新生界第四系全新统冲洪积层（Q1al+pl）细角砾土，第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+pl）新黄土、中更新统洪积层（Q2pl）老黄土、粗圆砾土；下伏石炭系石炭系上统太原组(C3t)、石炭系中统本溪组(C2b)、奥陶系中统上马家沟组（O2s）、下马家沟（O2x）、奥陶系下统三山子组（O1s）岩层。
本隧道内河流不发育，冲沟水流主要受季节性控制，丰水期冲沟内可见水流。
本隧道地下水主要为基岩裂隙水和岩溶水，赋存于裂隙、溶洞、溶隙中，局部水量较丰富，主要分布于古岩溶发育段落，向斜区域，地下水主要接受大气降水补给，地下水位、水量随季节性变化明显。雨季水量较大，旱季水量相对较小。隧址内岩溶含水层埋深大，以三山子组白云岩岩溶裂隙较为发育，富水性较强。含水层的补给来源以北部区域岩溶水的侧向补给为主，岩溶水域属三姑泉域。
