滝川・深川盆地の西部は新第三系の分布する褶曲地帯で，地形的には開析の進んだ丘陵地となっているが，暑寒別火山群に起源を有する恵岱別川，尾白利加川および徳富川などにより切られており，それらの河川に沿っては谷底平野が開いて河岸段丘が発達している．丘陵地の東側は広い低地となるが，丘陵地から低地への移行部には台地が広がる．

本地区は，尾白利加川の下流部にあたり，丘陵地とその東縁の台地および川沿いに発達した河成段丘により特徴づけられる．地形面は，高位より第１段丘面，第２段丘面，第３段丘面，第４段丘面および現河川氾濫原面が区別できる（図１−１−２）．第１段丘面は，主に尾白利加川より北側の丘陵地東縁部に分布し，東向きの顕著な斜面として存在する．その他，尾白利加川の北岸側で狭長に分布する．第２段丘面は尾白利加川に沿って分布するが，連続性は悪い．第３段丘面は尾白利加川に沿って分布し，連続性が良好である．第４段丘面は，現河床からの比高が５〜１０ｍ前後で，丘陵地東側と尾白利加川沿いの地域に広い分布があり，雨竜市街および追分市街を載せる．現河川氾濫原面は，主に尾白利加川とその支流に沿って分布し，全体として樹枝状の分布パターンを示す．なお，第１〜３段丘面については地殻変動により変位を生じており，現河床からの比高については後で述べる．なお，第１章でまとめた増毛山地東縁の地形面区分（第１章�V．１節の図３−１−２，表３−１−２）に対応させると，第１段丘面がＬｇ−１，第２段丘面がＬｇ−２，第３段丘面がＬｇ−３および第４段丘面がＨｏとなる．

本地区の地質の概要は，地質図（図１−１−２）および層序表（表１−１−１）に示すとおりである．すなわち，下位より増毛層（新十津川層群），深川層群，段丘堆積物群（第１〜４段丘）および現河川氾濫原堆積物より構成される．

増毛層は，曲の沢付近で滝ノ沢背斜軸部として分布し，泥岩〜砂質泥岩より構成される．珪藻化石の検討などから，後期中新世とみなされている（古沢ほか，１９９３）．

深川層群は，段丘堆積物群および現河川氾濫原堆積物の下位に広く分布し，層厚は１０００ｍ前後になる．後で述べるように，尾白利加川ルートの調査では増毛層に整合的に続き，下位より下部累層（厚さ１９０ｍ＋，細粒砂岩・砂質泥岩，含海棲貝化石），中部累層（同４１０ｍ，板状泥岩・細粒砂岩・火山角礫岩，亜炭を挟む），および上部累層（同５５ｍ＋，礫岩・砂岩・板状泥岩）の順に重なる．下部累層中の貝化石は，Ｆｏｒｔｉｐｅｃｔｅｎ ｔａｋａｈａｓｈｈｉｉなどのいわゆる滝川ファーナであり，中部累層中には軽石質凝灰岩，玄武岩質火山角礫岩および火山性土石流堆積物などをともなう．５万分の１地質図幅「滝川」（小林ほか，１９５７）および「妹背牛」（小林ほか，１９６９）では，下位より幌加尾白利加層，一ノ沢層および美葉牛層に区分しているが，上記のような堆積相にもとづく地層区分とは必ずしも合致しない．本層群の年代は，貝化石，珪藻化石および凝灰岩の放射年代（Ｋ−Ａｒ）などの検討から，後期中新世末〜鮮 新世中頃とみなされている（古沢ほか，１９９３）．

段丘堆積物は，いずれも河川成礫相の特徴を示す．尾白利加川沿いでは，厚さが一般に５ｍ前後であり，礫は中〜大礫を主体としている．各堆積物の年代設定は，礫層に基づいているが，離水後の泥質堆積物はレス状の風成堆積物・古土壌などであり，その年代設定は合わないことがある．

第１段丘堆積物は，トレンチ地点付近ではボーリング調査によれば，厚さが１０ｍ程度に達する．表層部１．５ｍ前後は，主に泥〜砂質泥層である．その泥層は，トレンチ地点付近などではクリオーターベーションを受けて一部が変形していること，変形部に挟まれる帯紫色腐食質泥層の１４Ｃ年代が２９，３５０±１８０ｙ．Ｂ．Ｐ．（採取地点は図２−１−３トレンチ地層区分図のＰ−３，３−３層）であることなどから，その変形は最終氷期に生じたもので，全体としては数万年前以降の堆積物とみなされる．これらのことから，主部の礫層は約５万年前に離水したものとみなされる．

第３段丘堆積物は，上部２ｍ前後は泥質層となっている．トレンチ地点南西約１ｋｍの砂利採取跡地では，泥質層中（地表下１．８ｍ付近）に腐植層がはさまれ，その１４Ｃ年代は９８０±６０ｙ．Ｂ．Ｐ．（採取地点は図２−０−７のＲＹＵ−０３）である．礫層の離水時期についての確証はない．

現河川氾濫原堆積物は，厚さが３ｍ前後であり，表層に腐植・土壌をともなう．