두타산은 태백산맥의 동단부에 위치하며 동서간에 분수령을 이룬다. 동해시의 북서쪽으로는 청옥산(靑玉山, 1,404m)·중봉산(中峯山, 1,259m) 등을 연결하는 험준한 준령을 이루며 동쪽으로는 동해를 굽어보고 있다. 태백산맥이 이 산에 이르러 한 줄기는 북쪽으로 두타산성 줄기를 이루고, 또 한 지맥은 동쪽으로 뻗어 쉰움산[五十井山]에서 배수고개로 이어진다.지질은 대부분 화강암이고 석회석 및 사암이 주변에 분포한다. 두타산과 청옥산은 거의 연결된 쌍봉을 이루나 형상은 매우 대조적이다. 두타산은 정상부가 첨봉(尖峯)을 이루고 주변은 급사면이어서 날렵한 산세를 보이나 청옥산은 완만하고 묵직한 형상을 이룬다. 두타산을 중심으로 세 개의 하천이 흘러간다.하나는 북동 사면의 하천으로 박달골 계류와 사원터[士院基]골 계류를 모아 무릉계(武陵溪)를 형성하고, 살내[箭川]가 되어 동해시에서 동해로 흘러든다. 남동쪽 기슭에서 발원한 하천은 골지천(骨只川)과 합류해서 한강 상류가 된다. 또 동쪽 기슭에서 발원한 계류는 오십천(五十川)과 합류한다. 산이 깊고 험준하기 때문에 식물상이 잘 보존되어 있다.북쪽 능선에는 잣나무 수림이 울창하며 수령이 오래된 소나무들이 무성해 기암의 산수미와 조화를 이룬다. 산정 부근에는 관목대와 초본대가 형성되어 고산식물의 군락이 있고 철쭉·만변초·조릿대 등이 군생한다. 이 밖에도 분비나무·세잎종덩굴·산앵두·큰앵초·관중·달피나무·전나무·바위떡풀 등 약 39종의 식물이 조사 발표되었다. 동물로는 산양·청설모·박새·까막딱다구리 등이 서식한다.
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