Các vùng ngoài khơi Việt Nam liên quan đế các chuyển động tương đối phức tạp của khối Indochina, bán đảo Malaysia, Borneo và Biển Đông Việt Nam trong suốt đại Kainozoi, điều này đã tạo nên những cấu trúc địa chất phức tạp trong đó có bể Nam Côn Sơn.[3]

Móng của bồm trũng bao gồm các đá mácma, trầm tích và đá núi lửa có tuổi thuộc đại Trung sinh. Có hơn 100 giếng khoan ở thềm lục địa miền Nam Việt Nam đã được tiến hành cho đến năm 1991 và nửa trong số đó gặp đá móng của bồn trũng. Đặc điểm thạch học của các mẫu lõi khoan trong 26 giếng trong móng chủ yếu là granit và granitoid có tuổi từ 178 đến 98 Ma (triệu năm), tức thuộc Jura trung - Creta trung.[4]

Phủ trên móng là các trầm tích Miocen giữa (cách đây khoảng 15 Ma), trên cùng là trầm tích Miocen muộn - đệ Tứ.[1] Nguồn cung cấp trầm tích chính cho bể Nam Côn Sơn được cho là từ hệ thống sông Cửu Long.[5]

Địa tầng

1. Trong Paleogen, có các trầm tích được xếp vào hệ tầng Cau (E3c). Hệ tầng này bao gồm cát kết thạch anh hạt thô đến mịn, độ chọn lọc kém, xi măng sét, cacbonat với bề dày trung bình khoảng 358m.[6][7]
2. Trong Neogene, bao gồm các trầm tích từ dưới lên thuộc hệ tầng Dừa (N11d)[8], hệ tầng Thông-Mãng Cầu (N12tmc)[9], và hệ tầng Nam Côn Sơn (N13ncs)[10].[6]
3. Trong Pliocene- Đệ Tứ, gồm hệ tầng Biển Đông (N2-Qbđ), hệ tầng này phân bố ra ngoài khu vực bể Nam Côn Sơn ra khắp thềm lục địa Việt Nam.[6]

Cấu trúc địa chất

Hai yếu tố chính chi phối cấu trúc bồn trũng là sự va cham của mảng Ấn Độ - Á-Âu và tách giãn Biển Đông (Việt Nam). Thêm vào đó, một yếu tố nữa là sự hút chìm ở rãnh Sunda-Java và sự xoay chuyển phần lớn các khối vỏ lục địa và đại dương.[11][12] Sự va chạm tạo làm cho cao nguyên Thanh Tạng được nâng lên trong kỷ Neogen đã ảnh hưởng phần lớn cấu trúc của bồn trũng.[5] Đầu tiên là sự tách giãn bắt đầu từ Eocen-Oligocen sớm, sau đó là hoạt động nâng lên và xoay của các phần vỏ vào Oligocen muộn. Quá trình bào mòn các phần được nâng lên đánh dấu sự chuyển đổi từ cơ chế tách giãn sang sụt lún khu vực thuộc bể Cửu Long. Tách giãn trong giai đoạn 2 bắt đầu trong bể Nam Côn Sơn kéo dài cho đến Miocen muộn. Các phần của bể Nam Côn Sơn trải qua giai đoạn đảo ngược từ Miocen giữa đến Miocen muộn.[13]

Về cấu trúc bể Nam Côn Sơn được chia thành 5 đơn vị cấu trúc hình thái gồm: 1/Nâng địa luỹ Đại Hùng; 2/Võng sụt trung tâm; 3/Nâng dạng bậc Hồng; 4/Nâng dạng khối Đông nam; và 5/Nâng phân dị Tây - tây bắc. Các cấu trúc hình thái phân cách với nhau bởi các hệ thống đứt gãy.[14]

Trong công tác tìm kiếm, thăm dò dầu khí, việc nhận dạng các bẫy dầy là rất quan trọng. Các bẫy cấu trúc được phát hiện ở bể Nam Côn Sơn gồm: bẫy nẻ/phong hóa, bẫy thạch học trong đá carbonate và bẫy địa tầng với kích thước từ 6 x 2km2 đến 20 x 8km2.[15]