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高館層、旗立層、綱木層、新第三紀鮮新世の亀岡層、竜の口層、向山層、大年寺層が分布する。反射面の傾斜は、測線西側で最大４５゜であるが、その東側では比較的緩くなっている。各地層は全体として大きな撓曲構造をなしているが、反射面は連続しており断層は存在しないとしている。

なお、宮城県（１９９７ｃ）による速度解析結果と、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。

・高館層より下位の地層（基盤岩類含む）：３．６〜４．７ｋｍ／ｓｅｃ

・旗立層：測線西端の浅部で２．４ｋｍ／ｓｅｃ前後〜測線東端で３．５ｋｍ／ｓｅｃ

・綱木層：２．４〜３．２ｋｍ／ｓｅｃ

・向山層及び亀岡層間：１．９〜２．２ｋｍ／ｓｅｃ

・大年寺山層：１．６〜１．８ｋｍ／ｓｅｃ

・第四系：１．５〜１．６ｋｍ／ｓｅｃ