Tầng cấu trúc lớp phủ bao gồm toàn bộ lớp phủ trầm tích Kainozoi và được phân chia làm 3 phụ tầng cấu trúc:
Phụ tầng cấu trúc dưới.
Gồm toàn bộ các thành tạo trầm tích của điệp Cau tuổi Oligocen (có thể già hơn nữa). Các trầm tích Oligocen phát triển chủ yếu ở trung tâm sụt võng với bề dày lớn đến 700m ở trũng Bắc và 7.000 – 8.000m ở trũng Trung Tâm và vát mỏng trên các đới nâng và khối nhô của móng từ vài trăm mét đến hoàn toàn vắng mặt ở rìa của bể và trên đỉnh các cấu tạo 04 – A. Trầm tích Oligocen mang đặc điểm của các trầm tích lục địa trong đó có xen kẹp với các lớp cát kết mỏng tướng chuyển tiếp và phản ánh trung thực đặc tính kiến tạo địa hình phân dị của móng. Chúng được thành tạo trong điều kiện phát triển các chuyển động đứt gãy – khối, sụt lún kéo dài ở vùng rìa, uốn nếp yếu kém theo các đứt gãy ở trung tâm và trũng sâu. Ranh giới của phụ tầng cấu trúc này là mặt bất chỉnh hợp khu vực giữa Oligocen và Miocen.
Phụ tầng cấu trúc giữa.
Gồm toàn bộ trầm tích tuổi Miocen của các điệp Dừa (N11), Mãng Cầu – Thông (N12) và Nam Côn Sơn (N13). Phần dưới của phụ tầng gồm chủ yếu các trầm tích được thành tạo trong điều kiện ven biển. Phần giữa gồm các trầm tích mảnh vụn – vôi được thành tạo trong điều kiện ven biển. Các hoạt động uốn nếp, đứt gãy
giảm dần từ dưới lên và gần như chấm dứt hẳn trong trầm tích Miocen thượng. Các đặc điểm trầm tích của phụ tầng này phản ánh điều kiện kiến tạo sụt võng kế thừa giai đoạn Paleogen.
Phụ tầng cấu trúc giữa phân bố rộng rãi với quy mô lớn mở rộng dần từ dưới lên trên và chỉ vắng mặt ở rìa bể và phần trên đới phân dị bắc với bề dày biến đổi từ vài trăm mét trên các đới nâng và vùng ven rìa đến 3.000m ở các trũng sâu. Ranh giới trên của tầng cấu trúc này là bề mặt bất chỉnh hợp khu vực giữa Miocen và Pliocen.
Phụ tầng cấu trúc trên
Gồm toàn bộ thành tạo trầm tích điệp Biển Đông (N2 – Q). Phụ tầng cấu trúc này cấu tạo chủ yếu bởi các trầm tích lục nguyên và cacbonat tướng biển – biển khơi với bề dày tăng dần về phía Đông. Thế nằm của các lớp trầm tích thoải nghiêng dần về Đông và hầu như không bị ảnh hưởng của các hoạt động đứt gãy, uốn nếp đặc trưng cho kiểu phát triển thềm lục địa. Ở phần Đông bể Nam Côn Sơn phát triển các dạng nêm lấn đặc trưng cho kiểu phát triển của mép thềm lục địa và sườn lục địa.