草薙層は主に硬質泥岩からなり、北俣層に覆われる。

松山町松嶺東の地域一帯に分布し，調査地域の南，立川町狩川から南に発達する丘陵地の西縁部で見られる。その層厚は４５０ｍ以下と見られ，庄内平野の地下深度１０００〜３５００ｍに潜在する（池辺ほか，１９７９）。

草薙層は硬質暗灰色，淡褐色泥岩の互層からなり橙色軽石質中粒砂を伴う。また褐色〜灰白色中粒〜細粒砂岩をレンズ状に挟むことがある。本層は風化した場合白色化し，不規則な葉理が発達する。

北俣層 （Ｋｔ）

北俣層は草薙層を覆う。主として暗灰色泥岩〜シルト岩からなる。

本調査地域では北俣層は松山町上北目南方から同町松嶺まで，同町山寺より南東方から南へ最上川南の立川町狩川，清川より南方へ調査地域の最南端の広い地域に分布する。試掘井データによれば層厚は１００−８００ｍと見積もられており，庄内平野の地下深度７００−３２００ｍにも潜在する（池辺ほか，１９７９）。

北俣層は塊状暗灰色泥岩〜シルト岩が主体であるが所により砂岩，凝灰岩，凝灰質礫岩をレンズ状または薄層として挟む。本層は風化すると淡褐色や淡灰色に変質し，下位層の草薙層および上位層の丸山層との見分けが困難となる。

楯山層 （Ｔｓ）

北俣層を被覆する灰色泥岩からなる。

調査範囲最南端から立川町肝煎の集落までの地域で見られる。池辺ほか（１９７９）は最上川北方松山町にも本層があるとしているが、今回の調査ではそのような特徴を示す地層は認められなかった。試掘井のデータによれば層厚は３５０〜４５０ｍであり，庄内平野の地下深度４５０−１７００ｍにも潜在する（池辺ほか，１９７９）。

立川町の分布地域での岩層は暗灰色凝灰質極細粒砂岩〜シルト岩であり所により２〜４ｃｍのゴマシオ状凝灰質極細粒砂層の薄層を挟む。

丸山層 （Ｍａ）

一般には楯山層を被覆するが調査地域北部の松山町大沼新田付近での本層は楯山層が欠けているため北俣層の上位にくる。

本調査地域では庄内平野東部の丘陵地，松山町上北目南方より上茗ヶ沢をへて松嶺まで，同町地見興屋西まで細長く分布する。また本調査地域南部の立川町松の木西方から南へ藤島町筍鉱泉の東方〜南東方にかけても分布する。本層は庄内平野の地下にも潜在しており深度６００−２０００ｍに認められたが、その層厚は一般に１００〜６５０ｍである（池辺ほか，１９７９）。

本層は暗灰色〜青灰色極細粒砂岩〜シルト岩を主体とする。立川町，藤島町では極細粒〜細粒砂岩中に３〜１０ｃｍの白色〜青白色凝灰岩の薄層が挾在する。本層は風化すると淡褐色化する。

観音寺層 （Ｋｎ）

丸山層を覆い庄内層群に覆われる細〜中粒砂層からなる。

本調査地域では日向川北方の八幡町下黒川から南へ同町常禅寺下青沢をへて相沢川北の来田町山谷の北まで分布する。又調査地域の最南端東部にも分布する。試掘井データによると庄内平野の地下，２５０−１３００ｍにも潜在し、層厚は２００〜８００ｍであるが，ところによっては２００ｍ以下の場合もある（池辺ほか，１９７９）。

池辺ほか（１９７９）は本層を砂層からなる常禅寺相および砂質シルトからなる主部の２層に分けているが今回の調査では１層としてあつかった。主に塊状の淡褐色凝灰質細〜中粒砂層からなり，まれに粗〜極粗粒砂である。黒雲母を多く含む。２〜２０ｃｍの亜円シルト礫を含みそれらのシルト礫はチャネル状に堆積していることもある。所によって層厚１〜５ｃｍの白〜灰白色シルト層がレンズ状に数枚挟在する。

庄内層群 （Ｓｓ）

観音寺層を覆い，上部第四紀段丘堆積物に覆われる。庄内層群は砂層およびシルト層からなる上部層と火砕岩を伴う下部層に区分することができる。試掘井データによるとその層厚は１５０〜８００ｍあり庄内平野の地下深度０−１００ｍにも潜在する（池辺ほか，１９７９）。

庄内層群上部層：砂層及びシルト層からなる。月光川から南へ観音寺南方をへて生石地域まで，また相沢川南の松山町石名坂下，餅山，中牧田，引地地域を含めた細長い範囲に分布する。　

主として半〜未固結の青灰色〜灰白色の細礫混じり細粒砂〜中粒砂からなるがその他にも凝灰質シルト，砂質シルト層が見られる。　　　　

庄内層群下部層：安山岩質角礫岩である。本層は庄内平野東方の丘陵地，遊佐町月光川南方蕨岡から観音寺南方をへて相沢川北方まで南北に広く分布する。

礫径２〜１００ｃｍの暗灰色〜暗赤灰色安山岩質角〜亜角礫岩からなり，中粒砂〜シルト岩を伴うこともある。庄内層群下部層中の火砕岩層は弱い成層構造を示すことがあるが無層理である場合が多い。本層の色調は小豆色〜暗灰色であるが，風化したものは褐色を呈する。山楯地域では本層を貫く安山岩脈が見られる。

月山泥流噴出物 （Ｖｇｄ）

調査地域の最南西地域，立川町添川南西方に分布する泥流堆積物からなる。黄褐色〜淡褐色シルト混じり細〜中粒砂を基質とし，シルト礫片や細〜中礫を含んだデイサイト〜安山岩質角礫（粒径５０ｃｍ）を多く含む。

鳥海山泥流堆積物 （Ｖｃｄ）

鳥海山の南西麓に広く分布しその他に日向川南方八幡町新出付近の南に一部分布する。礫径１０〜１００ｃｍの円〜亜円安山岩礫からなり，その基質は赤褐色〜褐色中粒砂混じり粘土からなる。

鳥海山溶岩 （Ｖｃ）

鳥海山溶岩は鳥海山西麓に広く分布し，調査地域内では最北端から南へ，洗沢川の北方に広く分布する。黒色〜暗灰色の安山岩質溶岩からなり，２〜３ｍｍの長石や角閃石の斑晶が見られる。

段丘堆積物

庄内平野の東部に分布する段丘堆積物は高位段丘堆積物群、中位段丘堆積物群、低位段丘堆積物群および沖積段丘堆積物に区分される。高位段丘堆積物群は厚さ２ｍ以上のローム層に覆われ、赤色の風化が著しい。くさり礫となった礫を含む砂礫層および砂・シルト層からなる。中位段丘堆積物群は褐色のローム層に覆われ、砂礫層および砂・シルト層よりなる。礫は風化皮膜を持つがくさり礫とはなっていない。低位段丘堆積物群は風化の進んでいない礫層を主体とし、砂層を挟む。上部を薄いローム層が覆っている。沖積段丘堆積物はシルト層および細粒砂層からなり、一部腐植層を挟む。