（1）地形地貌
郑州至西安客运专线位于豫西山地和渭河冲积平原，南倚秦岭和其东枝余脉，北临黄河及其支流，总体地势南高北低，由南而北呈阶梯状递减，西高东低，由西向东波状起伏。线路经过地区大致可分为五个地貌单元：低山丘陵区、黄土台塬区、黄土丘陵区、山前（塬前）平原区、河流冲积平原区。这些地貌单元总体上呈东西向延伸，南北向交替、条带状展布。
（2）工程地质
① 地层岩性：沿线出露有河流湖泊相和含沼泽相的陆相沉积地层，主要为震旦系（Z）、寒武系（∈）之石英砂岩、砂岩、泥岩、页岩、辉石安山岩，二叠系泥岩、砂质泥岩、砂岩、长石石英砂岩、含砾砂岩和煤层，第三系砂岩、泥岩、页岩、黏土岩和砂质砾岩，第四系（Q）粉质黏土、砂质黄土和黏质黄土夹古土壤、细砂、中粗砾砂、细圆砾土、粗圆砾土、碎石土、块石土等。其中第四系地层广泛分布于沿线各地貌单元，全区最显著的特点表现为黄土广泛覆盖。
② 地质构造：线路主要经过的大地构造属华北台地区，位于秦岭东西复杂构造带北缘，新华夏系北坳陷之西部和太行山隆起、晋东南山字型构造东翼东南侧。主要由东西向构造体系、新华夏系、北西向构造体系组成，它们相互干扰和利用、互相穿插，产生复合和联合作用，形迹复杂，以断裂构造为主，褶皱构造不甚发育。区内东西向构造带为主导构造，褶皱不发育，与本线相关的主要褶皱有：五指岭－白寨背斜、渑池向斜及秦岭褶皱带。主要穿越的断裂构造有：乔楼－白沙断层、上街－邢村断层、大封－南山口断层、白阜镇断层、石川河-瓜坡断裂、灞河断裂、浐河断裂和西安地裂缝。陕西省范围于本项目平行的活动性断裂发育主要有：秦岭山前断裂、渭南塬前断裂、渭河南岸断裂。本次线路已绕避这些断裂活动性较强的段落。
沿线构造除西安地裂缝外大部分被第四系覆盖，断裂均为隐伏断裂，对工程的影响较小；但由活动性断裂引起的震动对本项目有一定影响。
③ 主要工程地质问题
A. 不良地质：沿线主要不良地质问题有滑坡、错落、顺层、人为坑洞、地裂缝及地震区等。
a．滑坡和错落: 位于巩义的大峪沟滑动构造、DK231+800～DK232+600的蔡家坡1号、2号滑坡和渭南塬前的张家岭滑坡以及秦岭山前的莲花寺复合堆积体等，目前线路方案已经南移绕避两个滑坡。沿线多处分布的小型坍滑、崩塌和错落堆积体，对工程影响较小。
b．顺层
巩义市东南DK46～DK61段低山丘陵区多为二叠系软质岩层，由于山势较高、构造发育、岩体破碎，岩层接触带及破裂结构岩体软弱结构面等软弱夹层倾向线路。通过对线路走向的优化，线路已经绕避。
观音堂隧道出口和长山隧道进口线路左侧存在顺层问题，路基边坡和隧道进出口边仰坡宜顺层清方，不宜顺层清方的地段宜设锚挡工程。
c．人为坑洞
人为坑洞含煤矿采空区、黄土窑洞和古墓葬。
煤采空区：沿线荥阳、巩义、新安、宜阳和义马各县煤炭资源丰富，分布有荥巩、宜洛、新安、义马等大型煤田，为二叠系（P）、石炭系（C）及侏罗系（J）含煤地层。目前的方案线路位于安全区，但需考虑各矿区将来规划区和更深部煤层开采对客运专线建设的影响。
黄土窑洞：沿线黄土塬、黄土丘陵、高阶地等坎边，开挖有多处窑洞，尤以三门峡西至渑池分布密度大；施工中应先对其进行处理，并做好防排水工程。
古墓葬：郑州至西安地区地下古墓众多，大量处于隐藏状态。补充定测阶段采用调查和钻探、物探等方法密切配合，查明了部分墓葬，但是由于其隐蔽性强，很难全部查明所有古墓葬，施工中应特别注意观察和观测，发现迹象及时采取处理措施。
d．地裂缝
西安地裂缝与客运专线在既有陇海线K1070+848、K1071+200处相交。地裂缝目前处于隐伏状态，活动速率较小。
e、地震区
黄河及其支流河漫滩和一级阶地广泛分布的第四系全新统（Q4）冲积饱和粉土、砂质黄土、粉、细砂及中砂层，在地震动峰值加速度为0.1g～0.20g地段，易产生地震液化。
f、活动性断裂
渭南地区处于区域活动断裂构造发育的地区主要全新活动断裂有：秦岭山前断裂、渭南塬前断裂、渭河南岸断裂；线路已绕避这些断裂活动性较强的段落，但其诱发的震动对本项目有一定影响。
g、地面沉陷
DK248+000～DK258+100和函谷关特大桥附近大口径水井抽水影响半径达到线路范围。抽水引起水位下降，导致井周围地面塌陷、沉降，并会逐步向外发展。
B. 特殊岩土：特殊岩土主要为湿陷性黄土、松软土、膨胀土、人工填土等。
a．黄土
新近沉积黄土(Q4)和第四系上更新统(Q3)成分以粉粒为主，质地均匀，结构疏松，孔隙比大，具高压缩性，遇水易崩解，易产生湿陷。一般一级阶地及山前洪积扇上的黄土以Ⅰ～Ⅱ级非自重湿陷性为主，厚2～15m；自重湿陷性黄土主要分布于高阶地、黄土塬顶、山（塬）前平原，湿陷等级以Ⅱ～Ⅳ级自重为主，湿陷性土层厚10～25m，部分地段湿陷性黄土厚度大于25m 。
b．松软土
本线的松软土在冲积平原区广泛分布，土层多为砂质黄土、粉土、粉质黏土及部分粉、细砂；厚2～15m，局部深达20m不等。松软土一般表现为强度低，具中、高压缩性，不能满足客运专线路基工程对工后沉降的严格要求。
c．膨胀土
据土工试验资料，第四系中更新统黏质黄土及古土壤层部分具弱膨胀性，自由膨胀率(Fs)一般在20%～60%，阳离子交换量CEC（NH4+）：68.7～140 mmol/kg，蒙脱石含量：7.51%～13%，属膨胀土。
d．冻土
本区极端最低气温-17°，冬季多霜冻，渑池至观音堂段土壤最大冻结深度0.21m，观音堂至省界段土壤最大冻结深度0.29～0.45m，属于季节性冻土。
e．弃填土
西牛庄隧道出口附近的连霍高速公路施工形成厚达40余米的弃土，客运专线线位从人工弃土最薄处通过，中心厚约8m。
（3）水文地质
沿线河流水系发育，黄河支流常年流水，地表水较发育。地表水质对混凝土一般无侵蚀性；局部受工业废水污染，水土具弱～中等硫酸盐侵蚀性。
沿线地下水主要类型有松散堆积层孔隙水及基岩裂隙水。松散堆积层孔隙水以潜水为主，部分地区具承压性。主要分布于河流阶地、河床及漫滩区的冲积、洪积层之砂类土层中，或分布在黄土质高阶地下部及山区斜坡洪积、坡积层中；一般水质良好，对混凝土无侵蚀性。基岩裂隙水主要赋存于节理、裂隙发育的岩石地层中；一般水量不大，水质良好，对混凝土无侵蚀性。
