Das Relief des verwalteten Gebietes ist sehr uneben, spezifisch für Gebirgsgebiete und Pässe entlang der zwei Schile (der östliche Schil und der westliche Schil, rumänisch Jiu). Die Gebirgsketten, welche das Tal umgeben, sind: südlich Vâlcan, nördlich Retezat, östlich Parâng und westlich Godeanu. Der höchste Gipfel, Parângul Mare, hat 2.519 m. Entlang des östlichen Schils ist ein Inundationsbett (Marsch) und eine Terasse entstanden. Die Terasse ist flach und leicht fragmentiert. Weil sie eine mitlere Treppe zwischen dem Marsch und dem Gebirge ist, hat sie sich durch Landwirtschaft und die wichtigsten Komunikationswege entwickelt.
Durch Petroschen fliessen der östliche Schill und seine vier Nebenflüße: Maleia, Staicului, Slatinoara und Salatruc. Wegen des vielen Regens gibt es unter Petroschen viel unterirdisches Wasser und viele Quellen.
Das Verwaltungsgebiet (Muniziepium) zwischen Parâng, Godeanu, Retezat und Vâlcan erfüllt die Voraussetzungen für eine gut definierte geologische, hydrographische, morphologische und geographische Depression (Landsenke).
Nach der Form und Position innerhalb des allgemeinen Reliefs befindet sich das Verwaltungsgebiet Petroschen in dem riesigen longitudinalen Korridor, welcher die meridionalen Karpaten spaltet. Dieser ist ein Depressionkorridor mit starken regionalen Unterschieden, welcher durch die spätere Modellierung der meridionalen Karpaten, ihrer Struktur und die tektonische Definierung, entlang der verschiedenen geologischen Etappen, entstand. Die erste Skizierung der Senke, in welcher sich das Verwaltungsgebiet Petroschen befindet, stammt aus der orogenischen mezokretazischen Phase des karpatischem Schariajes (Bewegung der Erdflächen auf große Entfernungen entlang eines Risses) und erst nach vielen Millionen Jahre, im Oligozän , sank das ganze Gebiet und ermöglichte das eindringen des Meeres . Von diesem Moment an beginnt der Sedimentationsprozess in dieser Senke.
Die ältesten Sedimentationen bestehen aus Konglomeraten, welche mit rotem Ton zementiert sind. Die kristallinen Gesteinfragmente und ihre stratifizierte, in Fliesrichtung orientierte Lage, sind ein wichtiger Hinweis für das damalige allgemeine Bild der Region. Die damaligen Gebirge bildeten im Oligozänen Meer ein wahrhaftiges Archipel, welches einer aktiven Erosion ausgesetzt war. Die kurzen und schnelle Bäche, welche die Inseln des Archipels durchstreiften, haben grobkörnige Schlämme transportiert und nach Ablagerung in diejenigen Konglomeraten umwandelten, die jetzt nach dem Erosionsprozess auf den südlichen und westlichen Seiten des Beckens sichtbar sind. Der Übergang vom Oligozän zum Miozän bedeutete nicht nur eine Reduzierung der Ablagerungsintensität und Änderung der Art der Ablagerungen (eine Abwechselung von Märgell und Ton), sondern auch der Anfang einer wichtigen Ablagerungsphase für diese Region.
In der neuen Tonmergelschicht, welches eine stärke von etwa 300 m hatte, und welche sich in ganz anderen Angegebenheiten abgelagert hat, entstanden viele Sandstein-, Kohleschiefer- und Kohleeinlagerungen. Dieses bedeutet, daß hier ein ruhiges Gebiet, bezüglich die inneren Aktivitäten der Erdschicht existierte und das warme Klima erlaubte die Entwicklung einer üppigen Vegetation, aus welcher die Kohle entstanden ist. In den Kohlenschichten wurden Reste der Stämme von Sequoia, Nuss und Ulme gefunden. Die Kohlen von hier entstanden auch aus den Blättern und Stämmen von Bäumen wie Zimt und Lorbeer, Bäume welche heute nur in Gebiete mit warmer Klima wachsen. Die Sedimentierung im Petroschener Becken dauerte bis Ende des Terziäres (Braunkohlezeit). In diesem Zeitraum lagerten sich auch ganz starke Gesteingerölle in Abwechslung mit Sandstein und Sand, aber auch Kiesel oder Geröll mit stürmischer Schichtung ab. Von allen diesen Sedimentierungen aus dem Petroschener Becken, enthält nur die Schicht, welche den Übergang vom Oligozen zum Miozän ausmacht, Kohlenflöze.
Der Geologe Nicolae Oncescu ist der Meinung, daß die Bildung der Kohlenflöze wie folgt abgelaufen ist: „Die häufige Alternation der Meerschichten, bestehend aus Sandstein und Märgell, mit echten lagunären Schichten bestehend aus Bitumen, Gesteinen und Trinkwasserablagerungen bestehend aus Kohle, erlauben uns die verschiedenen Etappen der Sedimentierung zu unterscheiden, welche von den eustatischen Bewegungen des Beckens verursacht sind. In einer solchen Etappe entstanden am Anfang die Meerschichten und später lagunäre Ablagerungen mit Bitumen Schiefern, der Zyklus wird beendet durch eine Trinkwasseretappe. In dieser Etappe bildete sich im Becken ein Torfboden, aus welchem dann ein Kohlenflöz entstand.“
Wegen der langsamen und einer rhythmischen Stationierung des Senkprozesses des Beckens, entstanden mehrere Kohlensohlen, sehr unterschieden entwickelt und ungleich karbonisiert. Die Qualität der Petroschener Kohle wurde beeinflußt von den tektonischen Bedienungen aus dem letzten Teil des Tertiärs. Wegen der sehr ausgeprägten tektonischen Bewegungen, ist die Kohle aus Petroschen sehr hochwertig. Durch die Beschleunigung der Karbonisierung der Kohle, entstand eine Kohle mit sehr großer industrieller Wichtigkeit (Koksindustrie und Destillation). Das Becken in der Zeit, als es ein Golf des tertiären Meeres war, hatte sich langsam gesenkt und so konnte es nicht mit Ablagerungen ausgefüllt werden um ein Festland zu bilden. Im Pliozän fand der Kolmatierungsprozes statt und das Becken verwandelte sich in Festland. Dieses Festland stieg anschließend hoch einmal mit der Bildung der Karpatenkette. Nach diesem Aufstieg begann die Erodierung durch Wasser und somit die Entfernung der Schichten, eine nach der Anderen und in den nun gebildeten Tälern entstanden die Pässe. Da die Gesteine verschiedene Eigenschaften in den einzelnen Schichten aufwiesen, entstanden nach der Erosion interessante Formen (steile Wände, Felspitzen), welche das Bild des gesamten Gebietes, schöner machen.
Der Boden des Petroschener Beckens ist aus der Gruppe der automorphen und hydromorphen Böden, aus welchen die meist verbreitete braune und braungelbe Bleicherde ist.