××盆地及周围中、古生界及元古界地层出露于其北部的宁镇山脉东段及西部茅山地区，新生界下第三系地层除在茅山东麓有零星出露外均被第四系覆盖，在盆地内部为钻井所揭露，上第三系在本区缺失，第四系松散堆积覆盖全区。

下第三系自下而上由阜宁组、戴南组、三垛组组成，盐岩层分布于阜宁组上部。

1）阜宁组(Ef)

本组地层与下伏地层呈不整合接触，厚179.35 m～1251m。根据岩性特征和微古生物化石组合可划分为四个岩性段。阜宁组四段上部为含盐岩层段。

阜宁组一段(Ef1)： 底部为棕色粉细砂岩与咖啡色砂质泥岩互层，局部含砾，底见棕色含砾粗砂岩，中部暗棕红、咖啡色粉砂质泥岩、灰棕色粉细砂岩、细砂岩，上部暗棕红、咖啡色含粉砂泥岩、粉砂质泥岩、泥岩与棕灰、暗棕红色泥质粉砂岩互层。泥岩中含介形虫及轮藻化石。阜宁组一段沉积时气候干燥，氧化作用强，是动荡环境下的浅湖相沉积，与下伏地层呈不整合接触，厚度41.3 m～445 m。

阜宁组二段(Ef2)：下部深灰、灰绿色含粉砂泥岩夹薄层状泥灰岩、灰质泥岩，含分散状黄铁矿，上部灰绿、灰黑色含粉砂～粉砂质泥岩夹泥灰岩及其条带，含黄铁矿，局部见同生角砾，含较多的介形虫化石。本区阜宁组二段沉积时气候湿润，生物繁盛，是还原条件下的湖相沉积，厚度51.35 m～236 m。

阜宁组三段(Ef3)： 深灰、深灰绿色、咖啡色泥岩、钙质泥岩夹泥灰岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，产介形类化石和轮藻化石。是弱还原一弱氧化交替浅湖相沉积，厚度33.2 m～255 m。

阜宁组四段(Ef4)：下部灰、灰黑色泥灰岩、钙质泥岩夹鲕状泥灰岩，含脉状石膏、分散状黄铁矿；上部灰白、灰、灰黑色盐岩夹棕褐色含钙芒硝泥岩、盐质泥岩、钙质泥岩，盐岩顶部普遍见泥粒岩；顶部深灰、灰绿色钙质泥岩，含硬石膏和钙芒硝。阜宁组四段沉积早期为还原条件下静、动水交替环境下的浅湖相沉积，晚期湖盆闭塞，湖水变浅，为蒸发岩相，厚度53.5 m～315 m。

直溪桥凹陷蒸发岩相区呈环带状分布，陈家庄～上白塘沉积中心为氯化物（石盐）相区，由中心向外的斜坡带为硫酸盐，碳酸盐相区，不仅有石盐沉积，还有石膏、钙芒硝、白云石等盐类矿物，再往外到边缘或靠近东部断阶的狭长地带为碎屑岩相区。

2）戴南组(Ed)

戴南组一段(Ed1)：灰、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩夹灰黑色含钙泥岩，浅棕灰色含钙含云泥岩，以后者为主，普遍含星散状和团块石膏、硬石膏，厚度63 m～340 m。

戴南组二段(Ed2)：下部深灰色局部浅棕色泥岩夹灰色云质泥岩条带，泥岩中含石膏、硬石膏，上部暗灰色含钙粉砂质泥岩、绿灰色含钙泥岩、浅灰绿色泥岩，厚度75 m～319 m。

戴南组沉积早期为湖滨三角洲～湖滨相和浅湖相沉积，晚期是氧化、还原交替的浅湖相。本组地层中产介形类和孢粉化石。与下伏地层的接触关系在周边为假整合接触，盆地中间为整合接触。

3）三垛组(Es)

三垛组一段(Es1) ：下部灰绿色泥岩、含钙泥岩夹灰黑色玄武岩，底见棕灰色细砂岩，泥质细砂岩，上部灰黑色玄武岩与棕红、灰绿色含钙、含粉砂泥岩不等厚互层，顶部玄武岩之上常见浅棕、灰绿色凝灰岩，厚度0～496 m。

三垛组二段(Es2)：下部咖啡色泥岩，含粉砂泥岩，含少量硬石膏，中部棕红色粉砂岩，含钙含粉砂泥岩，上部浅棕红色砂岩与含砂泥岩互层。厚度58 m～257 m。含介形类和轮藻化石。

三垛组沉积早期是静、动水交替，氧化、还原作用交替环境下的浅湖相沉积，晚期是浅湖～湖滨三角洲相沉积。与下伏地层呈假整合接触。