中新統は、砂質シルト岩、砂岩及び酸性〜中性火山砕屑岩（凝灰岩、軽石凝灰岩など）を主体とする。鮮新統は、礫岩、砂岩、シルト岩及び酸性凝灰岩（夾炭質泥岩を含む）を主体とし、一部赤色土化している。更新統は、砂礫、砂及び火山灰質シルトを主体とする。未区分第四紀層は、花崗岩類の礫を多く含む砂礫及び火山灰質シルトを主体とする。

この地域南部（飯豊町）において、中新統、鮮新統は南北方向を軸とする背斜向斜および同方向の断層が発達し、複雑な分布をしている。