Để có đƣợc bộ mặt địa hình nhƣ ngày nay, khung vật chất ban đầu của khu vực đã đƣợc tiến hoá phát triển trong suốt thời gian rất dài, từ cuối Mesozoi đầu Cenozoi. Thông qua các tài liệu lỗ khoan tìm kiếm-thăm dò dầu-khí [24], thấy rằng, trong suốt thời gian dài từ cuối Devon cho đến đầu Đệ tam, vùng nghiên cứu chỉ xảy ra bóc mòn, mà không hề có tích tụ (dự báo có các trầm tích hệ tầng Long Đại, O3-S1 lđ và hệ tầng Đông Thọ, D3 đt). Bƣớc vào thời kỳ Đệ Tam, các hoạt động tích tụ bắt đầu xảy ra vào Oligocen với các trầm tích chủ yếu là sét bột kết xen các tập cát hạt nhỏ đến vừa thuộc hệ tầng Bạch Trĩ (E3 bt) tại GK.112-BT, nằm ở độ sâu từ 3.667 đến 3.936 mét với chiều dày chung là 269 mét, phủ trực tiếp lên đá dolomit tuổi Devon. Sau đó, vùng nghiên cứu đƣợc chuyển từ tích tụ sang bóc mòn trong khoảng thời gian tƣơng đối dài. Bƣớc vào thời kỳ Miocen, vùng nghiên cứu lại nằm trong chế độ sụt lún để tích tụ trầm tích tạo nên hệ tầng Sông Hƣơng vào đầu Miocen (N11 sh) gồm sét bột kết màu xám, xám sáng, xám nâu rắn chắc chứa vôi,
vụn than và đôi khi vỏ trùng lỗ, xen các lớp cát kết rất mỏng, màu xám sáng; đặc biệt thỉnh thoảng có xen kẽ các lớp kẹp đá vôi, có bề dày thay đổi từ 100 đến 1.230 mét.
Tiếp theo là quá trình tích tụ trầm tích carbonat thuộc hệ tầng Tri Tôn vào Miocen giữa (N1
2
tt). Mặt cắt chuẩn đƣợc chọn ở giếng khoan 119-CH từ độ sâu 1.454-2.165 m, bao gồm thuần đá vôi màu xám sáng, vàng, xám nâu, xám sẫm chứa rong tảo, trùng lỗ kích thƣớc lớn và san hô. Đá có kiến trúc từ hạt vi tinh, hạt nhỏ đến ẩn tinh, ít nơi tái kết tinh; Cấu trúc thƣờng dạng khối, ít phân lớp, với đặc tính độ rỗng và độ thấm rất tốt. Bề dày của hệ tầng thay đổi trong phạm vi khá rộng khoảng từ 300 đến 1.000m. Có lẽ, đây là giai đoạn thành tạo trầm tích carbonat tƣơng đối phổ biến ở khu vực Đông Nam Á. Trong khi ở nƣớc ta, các đá vôi tuổi Miocen bị chôn vùi dƣới đáy biển, thì ở những nơi khác, nhƣ đảo Borneo, Sarawak, đặc biệt ở Irian Jaya thuộc Indonesia và Papua New Guinea đá vôi Miocen lại chiếm diện tích khá lớn trên phần đất nổi.
Sau đó, có lẽ môi trƣờng động lực trở nên mạnh hơn do đáy biển nông hơn để thành tạo nên các trầm tích hạt thô hơn thuộc hệ tầng Quảng Ngãi vào Miocen trên (N1
3
qn) gồm chủ yếu là sét kết xen kẽ các lớp mỏng bột kết, cát kết và ít đá vôi, chứa vật chất than, pyrit, glauconit. Trong lỗ khoan GK.119-CH, trầm tích hệ tầng này đƣợc phân bố trong khoảng độ sâu từ 790 m đến 1.454. Bề dày của hệ tầng đạt 500-800 mét. Bƣớc sang thời kỳ Pliocen, vũng nghiên cứu cũng bị ngập nƣớc và xảy ra lắng đọng trầm tích để tạo nên hệ tầng Biển Đông (N2 bđ) có thành phần chủ yếu là sét, bột kết xám, ít sét vôi màu xám sáng đến xám đỏ, mềm bở và cát bở rời, màu xám đến xám sẫm, hạt mịn đến trung bình, độ lựa chọn trung bình, bán sắc cạnh đến tròn cạnh, thành phần hạt chủ yếu là thạch anh, chứa các ổ vôi. Bề dày của hệ tầng đạt 325 mét.
Từ những điều trình bày trên thấy rằng, trong giai đoạn trƣớc Đệ tứ có sự khác biệt khá rõ rệt về sự phát triển địa hình giữa vùng biển nghiên cứu và phần lục địa ven biển ở khu vực này. Trong khi trên lục địa ở vùng Đèo Ngang có cả các thành tạo địa chất tuổi Trung sinh và trầm tích hệ tầng Đồng Hới tuổi Miocen thành
phần chủ yếu là hạt thô (cuội. sạn, cát, v.v.), thì ở vùng nghiên cứu lại không có các thành tạo Trung sinh, còn trầm tích tuổi Miocen chủ yếu là carbonat và cát hạt mịn.
Sau một thời gian tƣơng đối dài (gần hết cả Đệ tam), vùng nghiên cứu chủ yếu đƣợc phát triển trong môi trƣờng tích tụ trầm tích là chủ yếu. Bƣớc vào Đệ tứ, vùng nghiên cứu lại cũng đƣợc phát triển khi thì bóc mòn trong điều kiện lục địa, khi thì tích tụ trong môi trƣờng ngập nƣớc. Hiện nay, hầu hết các thành tạo tích tụ này đều bị ngập nƣớc và bị các thành tạo trẻ hơn phủ lên. Trên bề mặt đáy biển và dải đồng bằng ven biển lộ ra chủ yếu là các thành tạo có tuổi Holocen.
Trong thời kỳ Đệ tứ, quá trình phát triển địa hình cũng vẫn xảy ra trong mối tƣơng tác rất phức tạp giữa các môi trƣờng lục địa và biển (các lần biển tiến và biển thoái) xen kẽ nhau nhiều lần. Các nhà khoa học cũng xác nhận rằng, lịch sử phát triển địa hình trong thời kỳ này có liên quan mật thiết với các lần biển tiến và biển thoái gắn với các thời kỳ băng hà và gian băng. Hiện nay, ngƣời ta đã xác định đƣợc 4 lần băng hà lớn trong thời kỳ Đệ tứ là: Gun, Mindel, Riss và Wuoc kèm theo đó là các lần gian băng làm cho mực nƣớc biển tăng lên là Gun-Milden, Milden-Riss, Riss-Wuoc. Tuy nhiên, bộ mặt địa hình của dải đáy đầm phá và đáy biển ven bờ hiện nay chỉ mới đƣợc hình thành và tiến hoá trong khoảng thời gian gần đây. Một số nhà khoa học nghiên cứu về bờ biển cho rằng địa hình khu bờ biển hiện đại thực chất mới đƣợc hình thành trong khoảng thời gian 6.000 – 8.000 năm trở lại đây. Trên cơ sở phân tích các đặc điểm địa hình và trầm tích tạo nên chúng nhƣ đã trình bày trong các phần trƣớc, có thể chia lịch sử phát triển địa hình đáy biển (0-30m nƣớc) vùng biển ven bờ Thừa Thiên Huế thành 2 giai đoạn: Pleistocen (Q1) và Holocen (Q2). Để giải thích lịch sử phát triển địa hình vào các giai đoạn này, chúng tôi sử dụng mốc thời gian nhƣ sau: Ranh giới Neogen-Pleistocen là 1,8 x 106 năm, Pleistocen dƣới - giữa là 0,87 x 106 năm, Pleistocen giữa - trên là 130.000 năm, Pleistocen và Holocen là 10.000 năm, Holocen dƣới - giữa là 6.000 năm, Holocen giữa - trên là 2.000 năm.