宮城県（１９９７ａ）によると、周辺の地質状況から、ここでは下位より新第三紀中新世の塩釜層、幡谷層、番ヶ森山層、七北田層が分布しており、番ヶ森山層以上の地層は、緩く東側に傾斜し、測線中央付近で緩く撓曲した構造をなすとしている。また、測線中央付近には、幡谷層以深において長町−利府線に相当する逆断層が存在する可能性を指摘している。

測線１と同様、宮城県（１９９７ｃ）の速度解析結果と、宮城県（１９９７ａ）の地層分布を対比すると、各地層のＰ波速度は、おおむね次のようになる。

・塩釜層より下位の地層（基盤岩類含む）：２．９〜４．７ｋｍ／ｓｅｃ

・幡谷層：２．９〜３．２ｋｍ／ｓｅｃ

・番ヶ森山層：１．７〜２．５ｋｍ／ｓｅｃ

・七北田層より上位の地層（第四系含む）：１．６〜１．７ｋｍ／ｓｅｃ