Дно долины вокруг озер, а также в промежутках между ними большею частью имеет вид более или менее обширных впадин, ограниченных одним, двумя или тремя уступами, подобными ступеням гигантской лестницы. Уступы эти обычно разрезаны ложбинами и оврагами, иногда отрезающими от края уступа отдельный скалистый или округленный холм, который геологи называют "свидетелем". В обрывах уступов часто вскрыты пласты горных пород, слагающих дно Долины озер. Это грубые конгломераты с галькой и щебнем разных пород, песчаники, глины, редко мергели различных цветов - белого, желтого, зеленого, серого, шоколадно-бурого, кирпично-красного. Иногда красные цвета господствуют, и тогда под лучами восходящего или заходящего солнца уступы кажутся раскаленными или пылающими.
В слоях этих пород нередко заключены кости и даже целые скелеты позвоночных животных, которые некогда населяли обширные степи Центральной Азии. В верхних уступах находят кости лошадей, двукопытных, носорогов, хищников, грызунов, изредка птиц и черепах, вообще животных, характерных для третичного периода. В нижних уступах попадаются кости и даже яйца земноводных и пресмыкающихся, особенно разных ящеров верхнемелового периода. В самых нижних слоях залегают черные горючие сланцы, называемые "бумажными", потому что они делятся на тонкие слои, похожие на листы грубой бумаги. В них находят целые скелеты небольших рыб, остатки ракообразных, мелкие пресноводные ракушки, отпечатки растений. Возраст этих слоев определяют как еще более древний - нижнемеловой, даже переходный к юрскому.
На дне впадин кое-где встречаются площади кучевых песков, похожие на старые заброшенные кладбища. Они состоят из холмиков высотой до метра, чаще до полуметра, расположенных довольно тесно один подле другого. Каждый холмик неплотно покрыт длинными, тонкими и гибкими ветвями куста нитрария с мелкими листочками и красными, солено-сладкими ягодами, которые любят верблюды, козы и бараны. Под защитой каждого куста песок, переносимый ветрами, мало-помалу накопляется и удерживается, пока куст живой. А если его уничтожить, например на топливо, песок холмика опять будет развеян ветром и разнесен по соседним холмам.
Геологическая экспедиция прибыла в Долину озер, чтобы вести раскопки остатков вымерших животных третичного и мелового времени, захороненных в слоях уступов, окаймляющих впадины на дне долины.
Экспедиция состояла из трех ученых - геолога и двух палеонтологов - и двух препараторов, умеющих откапывать хрупкие кости, укреплять их на месте жидким клеем или гипсовыми оболочками, чтобы затем их можно было вынуть из слоев без повреждений и укладывать в ящики для вывоза этих ценных редкостей домой. Несколько рабочих для раскопок, шофер автомашины, пастух для верблюдов и лошадей также входили в состав экспедиции.