Trong giai đoạn này bể trầm tớch TBBSH đó hỡnh thành nờn cỏc thành tạo thuộc hệ tầng Phủ Cừ (N12pc). Cỏc trầm tớch của hệ tầng này phõn nhịp rừ ràng chỳng đó phỏt hiện trong hàng loạt cỏc giếng khoan của TBBSH. Chỳng phõn bố đều trong cỏc đới trung tõm, và mở rộng sang tới cỏc đời rỡa cũng như ngoài khơi Vịnh Bắc Bộ. Cấu trỳc phõn tập kiểu nhịp aluvi là đặc trưng nổi bật của hệ tầng này. Theo đú cú thể phõn thành 3 phụ hệ tầng tương ứng với 3 phụ tập. Mỗi phụ tập tương ứng với một nhịp aluvi và cú đỏy thường là cỏt kết dạng khối xỏm sỏng, chuyển lờn cỏt bột kết phõn lớp sọc vằn và trờn cựng là sột bột, sột than và vỉa than mỏng chỳng phõn lớp mỏng song song. Phụ tập dưới cỏt kết chiếm ưu thế, càng lờn trờn thỡ sột than và than tăng dần. Cỏc lớp than và sột than là cơ sở của cỏc mặt phản xạ phổ biến trong hệ tầng. Đặc điểm này thể hiện rừ trong mặt cắt địa chấn cú độ phõn dải song song tương ứng với tập địa chấn nằm giữa giữa hai mặt phản xạ đỏy và núc Miocen giữa. Cỏc húa đỏ tỡm thấy trong trầm tớch của hệ tầng là khỏ đa dạng, từ vết in thực vật (vết in lỏ cõy), bào tử phấn hoa, trựng lỗ, thõn mềm và Ostracoda. Trong số này thỡ bào tử phấn hoa gồm: Fl. Levipoli, Fl. Semilobata, pterris… chỳng được xỏc định là cú tuổi Miocen giữa. Độ dày trầm tớch của hệ tầng tương đối ổn định trong khoảng 800 – 1000m. Trong đới trung tõm hệ tầng phủ cừ nằm chuyển tiếp trờn Miocen dưới. Tuy vậy, trờn cỏc đới rỡa cú thể tồn tại bất chỉnh hợp địa phương nhỏ do trầm tớch. Chuyển tiếp lờn trờn là trầm tớch Miocen muộn thuộc hệ tầng Tiờn Hưng.
Tập trầm tớch trưởng thành của hệ tầng này là gần tương ứng với hệ tầng Phong Chõu. Sự chuyển tiếp trầm tớch từ hệ tầng Phong Chõu lờn Phủ Cừ thể hien đặc trưng của quỏ trỡnh biển tiến và đạt mức cực đại vào phần đầu của hẹ tầng Phủ Cừ. Tuy nhiờn, độ phõn dải và phõn lớp của hệ tầng Phủ Cừ là khỏ rừ ràng. Diện phõn bố của hệ tầng này là khỏ rộng. Cỏc lớp trầm tớch vụn cỏt kết thường xen cỏc phõn lớp bột kết theo kiểu phõn lớp sọc vằn là kiểu phõn lớp hay gặp trong cỏc bói triều lờn xuống tỏc động. Cỏc lớp bột sột và sột than thương phõn lớp song song. Cỏc lớp cỏt kết, bột kết và sột kết xen kẽ nhau taọ thành bồi tớch chõu thổ ngập biển. trong đú phần dưới mỗi nhịp thường là cỏt kết bói triều. cũn phần trờn là đỏ sột, bột kết sột than đồng bằng đàm phỏ ven biển. cấu trỳc phõn nhịp tạo thành yếu tố phõn dải của hệ tầng. Cỏt kết thành phần từ ớt khoỏng tới đa khoỏng, acko, ỏ acko. Cỏc mảnh vụn thạch anh chiếm ưu thế, tiếp sau là mảnh vụn feldspat và ớt mảnh vụn đỏ. Đỏ vụn đưuọc xi măng carbonat gắn kết khỏ chắc. đụi khi trong cỏt kết cú cả glauconit và dấu vết húa đỏ vi cổ sinh. Cấu trỳc trầm tớch và cỏc khoỏng vật, sinh vật chứng tỏ cho thời kỳ ngập lụt cực đại của TBBSH từ cuối Miocen sơm sang đầu Miocen giữa. Trong suốt thời kỳ Phủ Cừ bể trầm tớch của bể đó trưởng thành với độ cõn đối giữa sụt lỳn và tớch tụ. Tuy nhiờn, trong nhiều nghiờn cứu trước đõy thỡ hệ tầng này được mụ tả chi tiết về mặt địa tầng và thường lặp lại nhau. Song hầu như ớt chỳ ý đến vai trũ của cỏc cấu tạo phõn lớp và quy luật về mụi trường tớch tụ.