Theo đặc điểm kiến trúc, môi trường trầm tích và lịch sử hình thành chia tầng này thành 3 phụ tầng nhỏ hơn:
* Phụ tầng cấu trúc dưới (Eoxen)
Bao gồm các trầm tích lũ tích hệ tầng Phù Tiên, có thời gian thành tạo là Eoxen, thực chất là một tập lớn hình thành trong bối cảnh kiến tạo tạo núi, phân bố trong các trũng giữa núi hình thành vàođầu Paleoxen. Đặc điểm của tầng cấu trúc này là các thể địa chất phân bố rời rạc trong các trũng giữa núi. Trên bản đồ cấu trúc các thể địa chất này thể hiện các hình dạng méo mó, không liên tục.
* Phụ tầng cấu trúc giữa (Oligoxen - Mioxen dưới)
Bao gồm các trầm tích hệ tầng Đình Cao, Phong Châu và các thành tạo tương đương có thời gian hình thành trong Oligoxen dưới, Oligoxen trên và Mioxen dưới. Thực chất đây là một liên nhịp/tập lớn hình thành trong bối cảnh kiến tạo đồng tách giãn cơ chế pull- apart, là một tập hợp và nhịp mà ranh giới giữa chúng rất khó xác định, hoàn toàn không trùng với ranh giới địa tầng và các phân vị địa tầng quốc tế.
Thành phần vật chất của tầng cấu trúc này chủ yếu là các trầm tích cơ học bao gồm cuội, sạn lũ tích, sạn bồi tích, tướng cát nón quạt cửa sông và bột sét tiền châu thổ, tướng sét bột biển nông, sét vũng vịnh giàu vật chất hữu cơ, kết thúc là sét biển nông chứa glauconit thống trị đánh dấu giai đoạn tách giãn bể và biển tiến khu vực lớn nhất trong lịch sử phát triển của bồn. Theo Trần Nghi (2004) thành tạo này hình thành trong 2 chu kỳ trầm tích gọi là chu kỳ thứ 2 và chu kỳ thứ 3. Trong đó chu kỳ thứ 2 tương ứng với thời gian hình thành trầm tích hệ tầng Đình Cao, chu kỳ thứ 3 tương ứng với thời gian hình thành trầm tích hệ tầng Phong Châu.
* Phụ tầng cấu trúc trên (Mioxen giữa - trên)
Bao gồm các trầm tích hệ tầng Phù Cừ và Tiên Hưng, có thời gian thành tạo là Mioxen giữa - trên. Trong các văn liệu địa chất thường gọi là thành tạo sau tách giãn. Đây là một tập lớn hình thành trong bối cảnh kiến tạo bìnhổn, quá trình tách giãn đã ngừng nghỉ, môi trường trầm tích đặc trưng cho tướng châu thổ biển tiến, châu thổ đầm lầy với sự xuất hiện các thành tạo than rất đặc trưng đạt số lượng 15 - 20 vỉa.
Các thành tạo tầng cấu trúc trên có đặc điểm phân bố rất rộng và đạt mức độ cực đại trong không gian toàn bể. Thành phần vật chất thể hiện sự phân dị không gian trầm tích. ở Đông Bắc là trầm tích bồi tích - tam giác châu, ở Tây Bắc chủ yếu là trầm tích dạng hồ lớn lục địa.
Các thành tạo này hình thành trong điều kiện biển lùi với tướng lục địa tăng dần. Phụ thuộc vào các vị trí cụ thể, các thành tạo của tầng cấu trúc này có thể bị uốn nếp mạnh. Cấu trúc uốn nếp của các thành tạo Phù Cừ và Tiên Hưng là đồng trục, nói một cách khác giữa Phù Cừ và Tiên Hưng không hề có chuyển động nghịch đảo uốn nếp.