Tầng cấu trúc Cenozoi hay còn gọi là tầng cấu trúc trên. Tầng cấu trúc này phát triển mạnh mẽ nhất ở khu vực trung tâm bồn với chiều dày trên 15 km và mỏng dần ra vùng rìa ở bồn. Tầng này được mở ra trọn vẹn tại giếng khoan 104 -Phủ Cừ với các thành tạo Eocen, Oligocen, Miocen, Pliocen và Đệ Tứ bao gồm các thành tạo lục nguyên chứa than và có cả cacbonat, chúng phủ bất chỉnh hợp lên các tầng cấu trúc dưới. Trong quá trình hình thành và phát triển cấu trúc này đã trải qua các pha hoạt động kiến tạo hác nhau như ngưng nghỉ trầm tích, uốn nếp, bào mòn, cắt cụt …các dấu tích còn lại là các mặt bất chỉnh hợp chính: móng/ Eocen, Eocen/ Oligocen, Oligocen/ Miocen dưới, Miocen dưới/ Miocen giữa, Miocen giữa/ Miocen trên, Miocen trên/ Pliocen- Đệ Tứ; chúng đánh dấu sự bắt đầu và kết thúc của các pha kiến tạo tương ứng.
Theo hình thái đặc điểm thạch học trầm tích, môi trường lắng đọng, lịch sử hình thành thì tầng cấu trúc này có thể chia thành ba phụ tầng cấu trúc sau:
48
a. Phụ tầng cấu trúc dưới.
Bao gồm các thành tạo Eocen,Oligocen sớm, Oligocen trên tương ứng với các phức tập S1 và S2, ranh giới này đánh dấu sự bắt đầu của thời kỳ tách giãn trong Eocen ở ven rìa thềm mảng Bắc Bộ - Nam Hoa, nó được giới hạn bởi hai mặt bất chỉnh hợp nóc móng và nóc Oligocen, chúng phủ bất chỉnh hợp lên tầng cấu trúc trước Cenozoi, với chiều dày trầm tích từ vài chục m đến 5500m ở trung tâm bồn, các thành tạo ở đây được hình thành và phát triển trong môi trường lục địa như: aluvi, proluvi, đầm hồ, đồng bằng châu thổ và chúng bị chia cắt bởi hệ thống đứt gãy khác nhau.
Các tầng trầm tích thuộc hệ tầng Phù Tiên và Đình Cao, gặp ở các địa hào Kiến An và Thủy Nguyên. Bề dày trầm tích ở địa hào Thủy Nguyên thay đổi từ TB (~1200m) đến Đông Nam (~27 m), móng địa hào này thoải dần về phía Bắc. Trầm tích Paleogen của phụ tầng cấu trúc này phủ gần như toàn bộ bể và các địa hào, ngoại trừ nâng Tiên Lãng, đó là trầm tích chính của Trũng Đông Quan và trũng Trung tâm. Bề dày trầm tích Paleogen của địa hào Kiến An và Thủy Nguyên tăng dần từ phía Tây Bắc (~400m) sang Đông Nam (~1500m). Chiều dày trầm tích Paleogen ở trũng Đông Quan tăng dần từ TB (~2400m) sang Đông Nam (~3000m), ở trũng Trung tâm có thể đạt đến ~38 m. Đá bị nén ép, hình thành cấu trúc dương và phát triển theo phương Tây Bắc- Đông Nam.
b. Phụ tầng cấu trúc giữa.
Bao gồm toàn bộ các thành tạo có tuổi Miocen. Thành phần thạch học bao gồm các đá lục nguyên cát bột sét, than và cả carbonat (gặp ở các giếng khoan ở vịnh Bắc Bộ và Nam Sông Hồng). Phụ tầng này nằm bất chỉnh hợp lên phụ tầng cấu trúc dưới. Đây là các thành tạo được lắng đọng trong môi trường trầm tích xen kẽ giữa đồng bằng châu thổ, biển ven bờ và vũng vịnh.
Mặt bào mòn trong Miocen giữa là ranh giới đánh dấu một thời kỳ biển thoái trong khu vực, thời kỳ này đánh dấu sự chuyển đổi kiến tạo từ căng giãn sang nén ép.
49
Do vậy các thành tạo trong phụ tầng này gần như hông bị chia cắt bởi các đứt gãy, chúng được phân lớp nằm ngang và gần song song với nhau.
Theo chiều ngang, trầm tích này được chia làm 2 phần: phần TB đứt gãy Sông Lô (trầm tích bị uốn nếp tạo ra cấu trúc dương, hầu hết bị bào mòn hình thành cấu trúc đơn nghiêng),chiều dày thay đổi đáng ể, tổng bề dày khoảng 650m. Phần trên (nóc U-220 đến nóc U-100), phân bố rộng khắp, chiều dày thay đổi từ 175m (Bắc) đến 2650m (Nam). Tại phần trung tâm Lô 102, hình thành 2 cấu trúc nâng (Cây Quất và Đông Nam Cây Quất) phát triển theo phương Tây Bắc – Đông Nam, chiều cao 425m- 475m.
c. Phụ tầng cấu trúc trên.
Bao gồm các thành tạo có tuổi Pliocen và Đệ Tứ với thành phần vật chất chủ yếu là vụn lục nguyên cát bột và sét. Chúng được lắng đọng trong môi trường biển, biển ven bờ và cả vũng vịnh. Thành tạo cát bột sét phân lớp nằm ngang hoặc song song với nhau, hoặc nghiêng nhỏ với độ dốc hông đáng ể. Đá ở đây có độ gắn kết yếu hoặc chưa gắn kết, còn bở rời.
Nóc của phụ tầng này là bề mặt trầm tích hiện tại và đáy là bề mặt bất chỉnh hợp U100. Trầm tích tầng này phân bố rộng khắp, toàn bộ các lô 102 & 106. Trầm tích có tuổi Pliocen- Đệ tứ, hầu như hông bị uốn nếp và phá hủy bởi hoạt động kiến tạo. Bề dày tăng dần về phía Nam – Đông Nam.
Ranh giới này là mặt bào mòn khu vực đánh dấu giai đoạn cuối cùng của thời kỳ dịch chuyển ngang và quá trình nghịch đảo kiến tạo trong bể trầm tích Sông Hồng. Tầng cấu trúc này đánh dấu thời kỳ chấm dứt hoạt động tạo bể, chuyển sang một giai đoạn mới thành tạo thềm lục địa Việt Nam. Ranh giới này được xác định bằng sự có mặt của bào tử phấn hoa.
50