Восточная часть области – высоко приподнятая местность, расчлененная речной и овражно-балочной сетью с глубиной вреза 130-160 м. Водоразделы сложены в основном чередованием толщ песков разного состава с прослоями песчаников и опок [2, 3]. Территория характеризуется недостаточным и неустойчивым увлажнением с колебанием годового количества атмосферных осадков 30-40%.

Центральный лесостепной район занимает более половины территории области, расположен южнее Суры. В районе распространены в основном меловые и частично третичные отложения [4, 5, 6]. Почвообразующие породы – четвертичные суглинки и глины [7]. В его южной части расположено Сурско -Донское междуречье, юго-восточная часть с всхолмленным рельефом, в северо-западной части – Выше-Мокшанское междуречье с волнистым рельефом на юге и равнинным на севере.

Южный степной район занимает небольшую площадь юго-западной части области, изрезан долинами рек Вороны и Хопра, северо-западный район приходится на верхнее течение реки Мокша и представляет Мокшанскую речную систему.

Гидрографическая сеть развита недостаточно, низменность представляет собой слабо-облесенную болотистую низину. Долины рек сложены песчаными, аллювиальными отложениями, в верхнем течении узки, в нижнем – пологи и широки [8, 9, 10].

Система основных водоносных горизонтов области объединены в Сурско -Хоперский артезианский бассейн [11, 12, 13]. По особенностям геологического строения на территории области различают три основных гидрогеологических района: верхний меловой, нижний меловой и третичный водоносный горизонт.

Район верхнемеловых водоносных горизонтов расположен в юго-западной части области – на окраине Чембарско- Мокшанского поднятия, характеризуется наличием большой толщи верхнемелового комплекса. Восточные границы этого района совпадают с западной границей района палеогенового водоносного горизонтов, северная прилегает к району нижнемеловых водоносных горизонтов.

Восточная часть области расположена в пределах Ульяновско – Саратовского артезианского бассейна. Основным источником питьевого и промышленного водоснабжения здесь являются подземные воды, приуроченные к водовмещающим породам Сызранской свиты палеогена и глубоко залегающим горизонтам карбона и девона. Пьезометрические напоры находятся в пределах 30-60 м, скважины отличаются дебитами скважин от 15 до 20 л/с. Динамические запасы значительные.

В западной части области скважинами забирается вода из песчаных водоносных горизонтов меловых отложений, особенно в пределах г. Пензы и окрестностей (Альбский ярус). Скважины отличаются большими дебитами (10-30 л/с). Пьезометрические напоры находятся в пределах 60-90 м. Мощность песчаных водоносных пород различна и колеблется от 2-3 до 10 и более метров.

Зафиксированы пьезометрические напоры 90-120 м. Возможны дебиты скважин до 10 л/с. Величины напоров и глубины до установившихся уровней находятся в зависимости от рельефных условий и тектонических особенностей.

Значительная расчлененность определяет естественное дренирование грунтовых вод на всей территории, их малую обильность из-за высоких уровней в результате значительных поверхностного стока (при крутых уклонах) и подземного стока (при дренировании) [14].

Способствует значительному расчленению высокая дисперсность при поверхностных отложений – пески, трещиноватые опоки палеогена на востоке области и пески, моренные суглинки и супеси на западе области, которая была подвержена действию материкового ледника [15, 16].

Большие превышения на местности, сильная эродированность и дисперсный характер пород определяют повышенный процент разгрузки водоносных горизонтов. Артезианские воды вскрыты на глубине 120-150 метров и подпитывают грунтовые воды, тесно связаны с ними, подвергаются загрязнению, так как нет единого водоупора. В засушливые годы грунтовые водоупорные горизонты иссякают.