池田ほか（２００２）によると周辺の地質状況から、ここでは下位より基盤岩類、高館層＋槻木層、旗立層＋茂庭層、綱木層、仙台層群、及び第四系が分布する。基盤岩類の上面深度は全体に測線西側で深く、また、旗立層＋茂庭層、及び綱木層の中新統の層厚も、測線西側で厚くなる傾向が読みとれる。深度５００ｍ付近までは不明瞭ながらも基盤岩類と高館層＋槻木層を切って西に３５〜４５゜傾斜する逆断層（長町−利府断層）が認められるが、それ以浅の地層は東に２０゜程度の傾斜で撓曲している。また、長町−利府断層から派生した逆断層（大年寺山断層）は、高館層＋槻木層より上位のすべての地層を切断している。

長町−利府断層の東方には、この断層と同じ系統断層（苦竹伏在断層）が認められ、基盤岩類と高館層＋槻木層を切っている。断層上方延長東側の仙台層群上層部〜第四系の層厚は、西側のそれと比べて厚くなっている（池田ほか，２００２）。

測線１では、屈折法地震探査が実施されている。宮城県（１９９７ｃ）によると、発震点は、測線西端より西方約２ｋｍ地点と１ｋｍ地点、測線西端、測線東端及び測線東端より東方約３ｋｍ地点の合計５地点であり、スイープ回数は２０〜１００回である。信号レベルの問題から、測線西端から西方２箇所の記録からは、速度構造は解析されていない。残りの３箇所の記録データから、それぞれ第１層と第２層のＰ波速度を解析している。測線西端で発震した結果からは、第１層のＰ波速度が２，０００ｍ／ｓｅｃ、第２層は２，７００〜３，０００ｍ／ｓｅｃと解析している。測線東端での記録では第１層と第２層の一部が読みとれ、Ｐ波速度はそれぞれ２，３００ｍ／ｓｅｃと３，９００ｍ／ｓｅｃである。測線東端より東方約３ｋｍ地点での発震における解析結果は、第１層が２，０００ｍ／ｓｅｃ、第２層が４，７００ｍ／ｓｅｃ程度としている。

宮城県（１９９７ｃ）では、反射法地震探査においていくつかの反射面を対象とした反射法地震探査による速度解析を行っている。これらの速度解析結果と屈折法地震探査結果のそれを、池田ほか（２００２）の地層区分に対比すると、各地層のＰ波速度はおおむね次のようになる。

・基盤岩類：４．７ｋｍ／ｓｅｃ

・高館層＋槻木層：３．０〜３．９ｋｍ／ｓｅｃ

・旗立層＋茂庭層：２．７〜３．０ｋｍ／ｓｅｃ

・綱木層：１．９〜２．８ｋｍ／ｓｅｃ

・仙台層群：大年寺山断層の西側で１．６ｋｍ／ｓｅｃ、東側では１．９〜２．０ｋｍ／ｓｅｃ

・第四系：１．７〜１．８ｋｍ／ｓｅｃ