Этот бассейн приурочен к впадине такого же наименования, вытянутый в северо-восточном направлении, прослеживаемый от Пенжинской губы по направлению к Анадырскому заливу. С северо-запада он ограничивается Мургальским антиклинорием, сочленение с которым происходит по ступенчатой зоне разломов, выявленной магнитометрическими исследованиями. С юго-востока бассейн отделяется Таловско-Майнским антиклинорием от впадин Парапольского дола.
Фундаментом для этого бассейна являются сильно дислоцированные отложения нижнемелового возраста, на котором лежит чехол осадочных образований, представленных отложениями верхнего мела и третичной системы. На побережье Пенжинской губы, между Рекиникской губой и бухтой Подкагерной, в песчано-сланцевой толще палеогена, соответствующей по времени образованиям тигильской толще Западной Камчатки, встречен асфальтит, выполняющий мелкие трещинки в песчаниках. Распространенные здесь жилы кальцита имеют бурую окраску и издают при ударе сильный запах керосина. В районе бухты Подкагерной встречен халцедон, в пустотах которого обнаружена нефтеподобная жидкость. Кроме того, в этом же районе известны многочисленные холодные сероводородные источники.
Люмипесцентно-битуминологическим анализом установлена битуминозность и в верхнемеловых отложениях, распространенных на восточном берегу Пенжинской губы.
Основные перспективы нефтегазоносности в рассматриваемом районе связываются с отложениями верхнего мела и палеогена.