Bồn trũng Cửu Long là phần sụt lún của đới mgma Đà Lạt trong Kainozoi giai đoạn Oligocene đến Miocene sớm. Toàn bộ bể nằm trong lớp vỏ lục địa được xếp vào nhóm bể rift (riptơ hay rift trong tiếng Anh) nội lục hay đới tách giãn.[5] Rift này đã phát triển trên các đá xâm nhập granit đến granodiorit có tuổi từ Jura đến Creta muộn.[6][7] Địa hình khu vực bồn trũng vào thời kỳ ngay trước giai đoạn tách giãn là miền đồng bằng trước núi[4].

Địa tầng

Các thành tạo trầm tích Đệ tam được chia thành các hệ tầng: Cau (Oligocen), Dừa (Miocen hạ), Thông (Miocen trung), Nam Côn Sơn (Miocen thượng) và Biển Đông (Pliocen hạ), với tổng bề dày trầm tích Đệ tam đạt trên 5000 m.[8]

1. Hệ tầng Biển Đông
2. Hệ tầng Nam Côn Sơn
3. Hệ tầng Thông
4. Hệ tầng Dừa, tuổi Miocen sớm, có thành phần từ dưới lên gồm a) Cát kết, sét kết chứa than lửa dài; b) cát kết, sét kết; c) sét kết; bề dày 800–850 m, nguồn gốc biển nông, phủ không chỉnh hợp trên hệ tầng Cau tuổi Oligocen.
5. Hệ tầng Cau có thành phần gồm: cát kết, bột kết, và sét kết với tổng bề dày 700-800m, tuổi Oligocen. Các trầm tích này có nguồn gốc hồ và ven biển, phủ không chỉnh hợp trên các thành tạo cổ hơn.

Cấu trúc, kiến tạo

Bồn trũng Cửu Long có 4 cấu trúc chính gồm: 1/ vùng trũng phía tây nam; 2) vùng trũng phía đông nam; 3) địa lũy trung tâm; và 4) vùng trũng phía bắc.Bồn trũng trãi qua các giai đoạn tiến hóa chính gồm:[9]

1. Xâm nhập trước Đệ Tam: Hoạt động magma xâm nhập diễn ra phổ biến trong suốt Mesozoic là kết quả của sự hút chìm trực diện về phía tây bắc của mảng Proto-Pacific bên dưới lục địa đông Á tạo thành thể magma granit-granodiorit tuổi Jura-Creta muộn.

1. Pha tách giãn - thời kỳ đầu của bể Cửu Long: Giai đoạn kéo toạt do sự thúc trồi và xoay theo chiều kim đồng hồ của địa khối Đông Dương trong quá trình va mảng của mảng Ấn Độ và Á-Âu từ Eocene.
2. Giai đoạn sau rift: Sự đảo nghịch địa phương trong bể Cửu Long vào suốt Oligocen muộ đến Miocen sớm. Đây là giai đoạn tạo nhiều nứt nẻ trong đá móng của bể. Từ Miocen giữa bể trãi qua quá trình sụt lún thụ động mà không có chịu ảnh hưởng của kiến tạo trừ các hoạt động núi lửa xuất hiện vài nơi trong bể.