調査地域の地質層序を表３−２−２に示し、地質平面図を図３−２−２に示す。また、地質断面図を図３−２−３に示す。調査地の地質は、新第三紀中新世の四ツ沢層・和田川層・市ノ渡層、鮮新世の甲地層、第四紀更新世の段丘堆積物・田代平溶結凝灰岩・扇状地堆積物、完新世の沖積低地堆積物から構成されている。

中新統の四ツ沢層と和田川層は、上北平野西部の山地に広く分布し、当地域の基盤をなしている。中新統の市ノ渡層と鮮新統の甲地層は、山地と平野の境界付近を概ね南北方向に延びて帯状に分布するが、調査地域の北部では地表での分布が確認されていない。段丘堆積物は、古い方から高位・七百・天狗岱・高館及び低位の各段丘堆積物に区分され、山地東端の丘陵頂部から台地にかけて広く分布する。このうち高館段丘堆積物の堆積面は、最終間氷期最盛期の下末吉面にほぼ相当すると考えられている。田代平溶結凝灰岩は、天狗岱段丘堆積物とほぼ同じ時期か、それを被覆するとされており、調査地域では坪川の河谷に沿って断続的に分布している。扇状地堆積物は、分布形態から新旧二つに区分され、調査地域北部の枇杷野川以北に分布する。沖積低地堆積物は、山地や台地を開析した河谷の底に、狭長な分布を示す。以下に各地層の分布・性状について示す。