調査地には新生代第三紀中新世〜第四紀更新世前半の女川層、船川層、天徳寺層、笹岡層、および中沢層が分布し、これらを覆って高位、中位、および低位段丘堆積物と沖積層が広く分布する。

女川層〜中沢層の地層区分については大沢他（１９８４、１９８５）にしたがった。しかし、的場（１９９２）が指摘するように、弾性波探査の解析対象となる能代断層低下側は鮮新世末〜更新世中頃においても沈降域に置かれ、隆起側に分布する天徳寺層、笹岡層、および中沢層は、低下側では同時期に堆積した男鹿半島の船川層、北浦層、および脇本層の堆積環境を示すことが予想される。したがって、地質総括表では的場（１９９２）や白石･的場（１９９６）による男鹿半島の層序との対応を併記し、必要によってその対応関係を述べながら議論する。

本調査では、調査地に最も広く分布し、断層の変位基準となる段丘堆積物の層相と、後期更新世以降のテフラ層序の検討に重点を置いた。段丘堆積物の区分は、基本的に空中写真判読による地形面区分、地表踏査時に作成した露頭柱状図による堆積環境の整理、およびテフラ層序に対応している。

畑谷地区に２面の地形面が判読される高位段丘面の構成層は、同位体ステージ５ｅより前に堆積したものであり、地質図では一括した。同位体ステージ５ｅに相当する地形面を構成する海成の砂層〜砂礫層を主体とする堆積物を、中位段丘１･２堆積物として一括した。また、同位体ステージ５ａより後の河成堆積物からなる低位段丘１面、２面の構成層も低位段丘堆積物として一括した。さらに沖積段丘１、２、および３面の構成層は、形成年代や成因が地域的に異なっている可能性があるため、沖積層として一括した。