รอบภูกำพร้ามีคูน้ำ ๓ ด้าน ยกเว้นบริเวณหน้าวัดพระธาตุพนมจะมีบึงธาตุ มีลักษณะเป็นบึงน้ำกว้างประมาณ ๓ เมตร ยาวขนานไปกับแม่น้ำโขง ชาวบ้านเชื่อกันว่าบึงนี้ถูกขุดขึ้นในอดีตเพื่อนำเอาดินที่ได้มาปั้นเป็นอิฐก่อเจดีย์ แต่มีความเป็นไปได้ว่าบึงธาตุอาจเป็นส่วนหนึ่งของแม่น้ำโขงสายเดิมก็ได้ 

ด้วยเหตุนี้ รอบภูกำพร้าจึงเป็นคูน้ำ ๓ ด้าน ได้แก่ ด้านทิศเหนือใต้ ตะวันตก ส่วนทางตะวันออกเป็นแม่น้ำโขงสายเดิม (บึงธาตุ) ที่เดิมอาจเชื่อมกับคูน้ำด้านทิศเหนือและใต้

ผลจากการขุดค้นทางโบราณคดีในครั้งนั้น พบว่าในอดีตบริเวณที่ตั้งพระธาตุพนมเป็นพื้นที่ราบเสมอ ตามหลักฐานจากเศษถ่านและดินเผาที่ใต้ผิวดินชั้นที่ ๑ ของหลุมที่ ๔ ทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือของพระธาตุพนม และหลุมที่ ๕ ทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือของพระธาตุพนม อันแสดงให้เห็นร่องรอยการอยู่อาศัยของผู้คนมาก่อน ที่จะมีการสร้างพระธาตุพนม 

ถัดขึ้นมาเป็นชั้นทรายหนาประมาณ ๕–๑๐ เซนติเมตร ก่อนเป็นชั้นดินเหนียวอัดแน่น ซึ่งเชื่อว่าเป็นดินเหนียวที่เกิดจากการขุดคูน้ำโดยรอบพระธาตุทั้ง ๓ ด้าน ด้วยเหตุนี้บริเวณที่จะสร้างพระธาตุจึงสูงกว่าบริเวณโดยรอบประมาณ ๒ เมตร ถัดขึ้นมาเป็นชั้นดินสีน้ำตาลปนอิฐหัก ซึ่งอาจเกิดจากการชำรุดของพระธาตุในระยะเวลาต่อมา จากนั้นจึงมีการถมปรับระดับพื้นบริเวณพระธาตุให้เสมอกันตามหลักฐานชั้นดินที่เป็นดินร่วนค่อนข้างเหนียวสีน้ำตาลเข้ม มีอิฐหักและกระเบื้องถูกกวาดลงหลุม ชั้นดินบนสุดเป็นชั้นดินที่เป็นรากของวัชพืช ด้านล่างของชั้นดินชั้นนี้มีแนวอิฐหัก 

ด้วยเหตุนี้ จากการขุดค้นทางโบราณคดี จึงทำให้รู้ว่า ภูกำพร้า อันเป็นที่ประดิษฐานพระธาตุพนมนั้น เกิดขึ้นจากการกระทำของมนุษย์ ที่มีการขุดคูน้ำ ๓ ด้านขึ้นมาถมเป็นเนินสูง ยกเว้นการขุดด้านทิศตะวันออกที่เป็นแม่น้ำโขงสายเดิม ส่งผลให้พื้นที่ในการถมดิน มีความสูงทางด้านทิศตะวันตกแล้วลาดต่ำไปทางทิศตะวันออกที่ไม่ได้ขุดคูน้ำ เมื่อสร้างเนินสูงแล้ว จึงสร้างศาสนสถานที่ยอดเนินของภูกำพร้าที่ค่อนไปทางทิศตะวันตก เดิมเป็นที่ราบ ไม่มีเนินกำพร้าหรือภูกำพร้ามาแต่เก่าก่อน เป็นไปได้ว่า การปรากฏขึ้นของภูมิสถานที่ตั้งพระธาตุพนมบนเนินดินสูงจากพื้นที่โดยรอบ ๒ เมตร ตามที่ตำนานเรียกว่า ภูกำพร้านั้น ต้องเกิดขึ้นก่อนที่จะมีการแต่งตำนาน กล่าวคือ ในสมัยที่มีการแต่งตำนานองค์พระธาตุพนมต้องปรากฏอยู่ก่อนบนเนินดินที่สูงนั้นแล้ว ผู้แต่งได้อาศัยความเชื่อในท้องถิ่นเรื่องภูกำพร้าซึ่งเชื่อกันว่าเป็นสถานที่ศักดิ์สิทธิ์อธิบายเนินสูงที่ประดิษฐานพระธาตุพนม...’