調査地域には、北上・阿武隈山地の先第三系を基盤として、ゆるやかに褶曲した新第三系・第四系が分布している。この地域の新第三系は中新統、鮮新統に、第四系は下部更新統、中〜上部更新統、完新統に区分される。

中新統は先第三系を不整合に覆っており、阿武隈山地北縁から一関丘陵まで、主に丘陵地に分布している。地域、また層準により著しく岩相が変化し、南部では礫岩、砂岩、シルト岩からなり凝灰岩を挟んでいる。一方、北部では凝灰岩や火砕岩が多くなる。

鮮新統は、丘陵の主要な構成層で、中〜上部中新統を著しく不整合に覆っている。全域でほぼ同一の岩相を示しており、下部は凝灰質砂岩、シルト岩からなり亜炭を挟んでいる。中部は、砂岩やシルト岩からなり貝化石を含んでいる。上部は、凝灰質砂岩やシルト岩からなり、軽石質凝灰岩や亜炭を挟んでいる。

中〜上部更新統・完新統は、礫層、火砕流堆積物、段丘堆積物、沖積層などである。

また調査地域には、構造的に双葉断層の延長とみられる鈎取−奥武士線や仙台平野とその北側の丘陵地の境界をなす長町−利府線など、北西−南東、北東−南西方向の断層、褶曲がある（生出ほか，１９８９）。長町−利府線の北西部には、南東側上がりの衝上断層である大年寺山断層群や鹿落坂断層を伴っている。大槻ほか（１９７７）によると、長町−利府線に沿う垂直総変位量は、沖積層下の鮮新統ボーリングデータから約２５０ｍと推算されている。

以上のことから、調査地域の地下構造は、下位より先第三系の基盤岩、第三系中新統、鮮新統、第四系より構成され、これらの地層が長町−利府断層等で変位しているものと推定される。また、中新統は、調査地域でも岩相が変化することが予想される。

２）平成１５年度反射法地震探査測線沿いの地質概要

平成１５年度に実施した反射法地震探査測線は、広瀬川沿いにこれらの長町−利府線、大年寺山断層群および鹿落坂断層を横切る方向で設定（図３−１−１−１参照）した。既往地表データ「地域地質研究報告５万分の１地質図幅秋田（６）第９８号　仙台地域の地質：地質調査所」を基に、Ｈ１５反射法地震探査測線沿いの地質について述べる。なお、図３−１−１−１に赤線で示したものは展開した反射法地震探査の測線位置、青線は重合測線、青で示した数字はＣＤＰ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｄｅｐｔｈ Ｐｏｉｎｔ：共通反射点）番号を示している。

�@ＣＤＰ１〜１５０付近まで

ほぼ全域に三滝層が分布している。ＣＤＰ１５０付近には梨野層が分布する。

�AＣＤＰ１５０〜２００付近まで

表層を仙台下町段丘堆積層が被覆する。段丘堆積物の下位には梨野層、三滝層、亀岡層の順で分布し、ＣＤＰ２２５付近より段丘堆積物の下位は竜ノ口層となる。

�BＣＤＰ２００〜５４０付近まで

表層を仙台下町段丘堆積層が被覆する。段丘堆積物の下位は竜ノ口層である。

この間、測線は鹿落坂断層及び大年寺山断層を横断する。

�CＣＤＰ５４０〜５７５付近まで

表層を仙台下町段丘堆積層が被覆する。ＣＤＰ５５０付近で向山層及び広瀬川凝灰岩部層及び大年寺層が約３８度で東へ傾斜して地中に没し、その東方に長町−利府断層が推定される。これ以降東側の表層は、沖積層分布域となる。