大小兴安岭沿北东、北西方向纵贯该区的东、西部，嫩江河谷插入中间。地势总的是东西高，中间略低，大小兴安岭在平面上呈“人”字形展布。大兴安岭中段（阿尔山、伊尔施至卓尔河源）海拔1000～1400米，往北逐渐下降到500～600 米（满归至古莲段）。大兴安岭为不对称山地，西缓东陡。西坡为平缓的山地丘陵；东坡陡峭，山地深切，河谷发育，大量物质被带入嫩江河谷平原。小兴安岭山地和缓，河谷多呈树枝状，与大兴安岭地貌明显有别，海拔一般500～600米，个别山峰达800米。区内山脉展布方向，坡向及山地的不对称性，对该区冻土分布及冻土南界走向均有重大影响。
大小兴安岭山地属于兴安海西褶皱带，地层主要由海西期与燕山期花岗岩及中生代火山岩构成，古生代变质岩与沉积岩也有少量分布。山地自第三纪末以来在老构造基础上一直处于缓慢差异抬升，长期受到剥蚀和夷平。因此山顶及山坡上松散层很薄或完全缺失，一般残坡积层厚度只有1～2米，岩性为碎石角砾或亚黏土夹碎石。山麓地带、山间谷地、盆地松散层堆积相对较厚，主要为融冻蠕流堆积及坡洪积类型。表层为泥炭及腐殖土，下部亚砂、亚黏土夹碎石、砂砾，总厚度一般不超过10～15米。气候上大小兴安岭位于寒温带和中温带北部。该区受内陆及海上高低压与季风交替的影响，总的表现为冬季漫长而干燥、严寒，夏季短促而湿热，年均气温低而年较差大，属大陆性季风气候。由冻土南界往北、自东南而西北，年平均气温由0～1.0℃递降到-5～-6℃；年降水量由500～600毫米减少到200～300毫米以下（图9-1）；气温年较差由35℃递增到50℃左右。
寒冷是该区气候的主要特征，尤其是冬季因受西伯利亚、蒙古高压控制，较强的冷空气流长躯直入，气温大幅度下降。因此元月平均气温比同纬度的新疆地区低5～14℃（表9-1）。
项目 地区及 站台 | 纬度 | 海拔 （m） | 1月平 均气温 （m） | 7月平 均气温 （℃） | 年平均 气 温 （℃） | |
东 北 | 德都 | 48°30′ | 271 | -24.7 | 21.0 | 0.0 |
北安 | 48°17′ | 269 | -24.1 | 20.7 | 0.2 | |
明水 | 47°10′ | 249 | -21.1 | 21.7 | 2.0 | |
绥化 | 46°37′ | 126 | -21.9 | 22.0 | 2.1 | |
新 疆 | 森塔斯 | 48° | 300 | -8.7 | 21.5 | 5.8 |
阿尔泰 | 47°40′ | 235 | -13.5 | 25.3 | 7.2 | |
富蕴 | 46°59′ | 250 | -18.3 | 24.1 | 5.0 | |
和布克赛尔 | 46°47′ | 120 | -7.7 | 26.1 | 10.4 | |
青河 | 46°40′ | 118 | -16.4 | 29.1 | 6.7 | |
