黑泥湾面积为20km2,为原生海湾。海湾的周边为丘陵地形,沿岸有零星小岛、礁散布,近岸小岛常有砾石连岛坝与陆地相接。受海洋影响较大,海洋性气候特征明显。冬春季多大风,受季则多雾,空气潮湿,7月份平均相对湿度最大,潮汐基本属不规则半日潮,元古代胶东群的民山组和富阳组构成了本区的结晶基底,吕梁运动使其遭受区域变质作用和混合岩化作用,晚元古代末期的蓟县运动形成了东西向构造带。