ลักษณะภูมิประเทศ

         บริเวณวนอุทยานน้ำตกบ๋าหลวง มีลักษณะภูมิประเทศเป็นภูเขาขนาดกลาง ทอดแนวยาวไปตามทิศตะวันออก-ตะวันตก ใช้เป็นแนวเขตธรรมชาติแบ่งเขตจังหวัดอุดรธานีและจังหวัดขอนแก่น มีชื่อเรียกว่าภูเขาสวนกวาง มีความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลางเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 300-450 เมตร พื้นที่ส่วนใหญ่เป็นภูเขาหินทราย จุดที่สูงสุดมีความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลาง ประมาณ 450 เมตร โดยบริเวณด้านทิศเหนือและทิศตะวันตกของวนอุทยาน มีสภาพพื้นที่อุดมสมบูรณ์ไปด้วย ทรัพยากรธรรมชาติและป่าต้นน้ำลำธารที่ไหลลงสู่ลำห้วยสายต่างๆ จำนวน 6 สาย ได้แก่ ห้วยอีเปีย ห้วยเหี้ย ห้วยเลิง ห้วยคำบอน ห้วยยาง และห้วยทรายดูน ก่อนจะไหลรวมสู่ลำปาวและเก็บกักที่เขื่อนลำปาวในที่สุด จึงถือว่าภูเขาสวนกวางมีความสำคัญต่อพื้นที่ลุ่มน้ำบริเวณนี้เป็นอย่างมาก

สภาพธรณีวิทยาและดิน

          ลักษณะทางธรณีวิทยาของพื้นที่จัดอยู่ในกลุ่มหินโคราช หมวดหินพระวิหาร ประกอบด้วยหินทรายเนื้อควอตซ์สีขาวที่สะสมตัวโดยแม่น้ำขนาดใหญ่มากในอดีต มักแสดงลักษณะชั้นเฉียงระดับและมีชั้นบางๆ ของหินทรายแป้งสีเทาดำแทรก ความหนาของหมวดหินนี้แตกต่างกันในแต่ละบริเวณ ตั้งแต่ 56-136 เมตร ลักษณะหินเป็นหินทราย เม็ดหยาบ สีขาว มีเม็ดกรวดปน บางแห่งมีสภาพเป็นลานหินกว้างใหญ่

         ชุดดินที่พบในพื้นที่ได้แก่ กลุ่มชุดดินที่ 48 และ 56 โดยมีหน้าดินตื้น เนื้อดินบนส่วนใหญ่เป็นดินร่วนปนทราย ส่วนดินล่างเป็นดินร่วนเหนียวปนเศษหินหรือปนกรวด ก้อนกรวดขนาดใหญ่เป็นหินกลมมน ถ้าเป็นดินปนเศษหินมักพบชั้นหินพื้นตื้นกว่า 50 ซม. สีดินเป็นสีน้ำตาล สีน้ำตาลปนแดง สีแดงปนเหลือง พบบริเวณพื้นที่ที่เป็นลูกคลื่นลอนลาดถึงเนินเขา มีความลาดชันประมาณ 3 - 25 % เป็นดินตื้นมาก มีความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติต่ำ ระดับน้ำใต้ดินอยู่ลึกกว่า 2 เมตร มีค่าpHอยู่ระหว่าง 5.0-7.0 ปกคลุมด้วยป่า เบญจพรรณ ป่าเต็งรัง ป่าละเมาะ และทุ่งหญ้าธรรมชาติ