淮河中下游平原基底构造大体以郯庐深大断裂为界分为两部分:东部为新生代苏北-南黄海裂谷盆地的陆地部分，构造线走向NE，北部为苏北平原，南部为长江三角洲平原;西部为古生代—中生代褶皱带，与各期褶皱运动相伴生的断裂变动强烈，主干断裂的方向主要有EW向、NE向、东NNE向和近SN向4组。
一、构造
1.苏北-南黄海裂谷盆地
苏北盆地，北起鲁苏隆起，南至通扬隆起，西靠郯庐断裂，东接南黄海盆地，为苏北-南黄海裂谷盆地的陆地部分，包括盐阜坳陷(北部坳陷)、建湖隆起(中部隆起)、天长隆起和东台坳陷(南部坳陷)3个二级构造，面积约3.5×104km2。坳陷内可进一步分为24个三级构造单元，其中东台坳陷包括6个凹陷、9个低凸起，盐阜坳陷有5个凹陷、4个凸起。三、四级构造单元呈NE向雁行式展布，多呈南陡北缓、南深北浅的不对称凹陷结构，内部次级构造复杂，多为与断裂有关的断鼻或断块构造。见图2-5-1。
2.淮北平原基底构造
以郯庐断裂为界(大体以嘉山—庐江一线为界)，断裂以西，淮北平原基底构造主要为古生代—中生代褶皱带，主干断裂主要有EW向、NNE向两组;断裂以东，苏北平原西南部和皖南地区则以NE向、近SN向断裂为主。
(1)NNE向断裂
以郯庐深断裂带为代表。郯庐断裂带是东亚大陆上的一系列NNE向巨型断裂系中的一条主干断裂带，在我国境内延伸2400多千米，呈NNE向穿切由太古宙结晶基底组成的华北断块。该断裂带形成于中元古代，经历了多期构造，是一条以剪切运动为主的活动深断裂带，以左旋逆推为主。区内主要发育4条大的主控断裂，分别是五合深断裂、石门山断裂、池太深断裂和嘉庐深断裂，宽20～40km，构成两堑夹一垒的构造。郯庐断裂带以西还有阜阳深断裂和刘庙断裂。
图2-5-1 苏北-南黄海盆地构造示意图
(2)EW向断裂
EW向断裂主要为老构造断裂，自北向南，有宿北断裂、利辛断裂、怀远断裂、刘府深断裂、颍上断裂、肥中深断裂和六安深断裂，将淮北平原基底切割成数个EW向分布的断块，对基底褶皱构造和地层分布的控制明显。
二、地层
1.中生界
白垩系泰州组(K2t):下部为棕灰色—灰白色砂砾岩、块状砂岩夹棕红色—灰黑色泥岩，东部岩性色暗粒细、层薄，西部色红粒粗、厚度较大，为河流三角洲相沉积，厚100～200m;上部为三角洲、浅—半深湖相沉积，顶部为棕红色泥岩夹暗色泥岩、粉砂岩，中下部以黑色泥岩为主，间夹薄层泥灰岩、鲕状灰岩和生物灰岩，厚100～240m。
2.新生界
(1)古近系
阜宁组(E1f)，自下而上分为4段:一段，河流三角洲相沉积，岩性为浅灰色—棕红色砂岩、泥岩和粉砂质泥岩互层，上部和下部砂岩较厚，中部泥岩较多，厚350～800m;二段，浅—半深湖相沉积，以黑灰色泥岩为主，夹薄层泥灰岩、鲕状灰岩、生物灰岩、凝灰岩及粉砂岩，厚150～300m;三段，为三角洲相沉积，浅灰色砂岩与浅灰色—灰黑色泥岩、粉砂质泥岩呈不等厚互层，厚200～300m;四段，浅—深湖相沉积，以深灰色—灰黑色泥岩为主，夹薄层泥灰岩、油页岩，局部夹薄层灰岩或粉砂岩条带，厚0～500m。
戴南组(E2d):与下部阜宁组呈不整合接触，下部为三角洲与水下冲积扇相沉积，顶部为黑色泥岩夹浅灰色砂岩，底部为浅灰色砂岩与浅灰—黑灰色泥岩呈不等厚互层，厚0～300m;上部为浅灰色砂岩、粉砂岩与棕色夹浅—灰黑色泥岩呈不等厚互层，厚150～400m。
三垛组(E2s):与上覆盐城组呈不整合接触，为河流相沉积。下部为浅灰色—棕色砂岩夹棕红色泥岩，底部为灰白色细—中粗砂岩夹泥岩，厚200～400m;上部为棕—灰白色砂岩夹棕红色泥岩及棕红色泥岩与粉砂岩互层，厚400～600m。
(2)新近系
盐城组(N1-2y):河流冲积平原相沉积，下部由3个不等厚沉积旋回组成，每个旋回自下而上均由棕灰色、灰白色中粗砂岩、砂砾岩和棕红色、灰绿色泥岩组成，厚100～700m;上部为棕灰色、灰白色中粗砂层、砂砾层与灰绿色、土黄色粘土呈不等厚互层，底部为灰白色砾石层，厚100～900m。构成深层承压含水层组。
苏北-南黄海盆地，自白垩纪末到新近纪，在裂谷盆地形成发展历程中，沿主干深断裂不断有拉斑玄武岩喷发，以水下喷发为主，多以层状分布在沉积地层中。玄武岩喷发有以下特征:泰州组、阜宁组、戴南组、三垛组和盐城组的沉积早期，喷发较为强烈，玄武岩分布面积较大;后期，喷发活动逐渐减弱，分布范围变小;其中以泰州组和阜宁组早期喷发最为强烈，玄武岩多以厚层、中厚层为主;而戴南组、三垛组和盐城组则以薄层为主，喷发强度逐渐减弱。
(3)第四系
下更新统(Q1):由冲湖积相沉积的粉细砂、含砾中粗砂组成，厚10～50m，顶板埋深150～250m，由西向东顶板埋深不断加大。砂层颗粒较粗，构成承压含水层组。
中更新统(Q2):属冲湖积沉积，含水层由1～2层粉细砂、中粗砂层组成，顶板埋深80～150m，厚度在盐城东北侧古河道分布区达40～60m，其他地区为10～30m。含水层岩性颗粒较粗，构成承压含水层组。
上更新统(Q3):由冲湖积、冲海积相的亚粘土、中粗砂、中细砂和粉细砂组成。顶板埋深35～60m，厚10～30m。构成承压含水层组。
全新统(Q4):由冲湖积相堆积的亚粘土、亚砂土、淤质亚粘土组成，厚5～35m，由西向东呈渐增厚趋势，仅在宝应一带夹有亚砂土和粉砂层;东部大片滨海平原区，则由亚粘土、粉砂互层组成。构成潜水-微承压含水层组。
三、盆地发展史
苏北盆地的形成与发展主要受太平洋板块构造运动的影响。晚白垩世—古近纪，中国大陆东部地区由挤压环境转化为拉张环境，即由NW-SE向挤压转为拉张，将华北地台沿NE向拉裂，形成渤海湾和苏北-南黄海等裂谷盆地。拉张作用和西部郯庐断裂产生的右行走滑作用使苏北盆地内隆起、凹陷、断层及褶皱呈NE向雁行式展布，平面上构成向NE散开、向SW收敛的巨型帚状构造。随着区域构造应力的转换，盆地发展经历了形成、裂陷和拗陷3个阶段。
晚白垩世—古近纪早期，为盆地形成阶段，南部以长江大断裂为界，北部形成苏北断陷区，苏南地区则基本为隆起区。盆地边缘主干断裂开始深断，并促使二级断裂(如盱眙-洪泽-建湖等断裂)活动，有的断裂深达上地幔，引发玄武岩喷发，白垩纪晚期和古近纪早期，玄武岩喷发较为强烈。白垩系泰州组和古近系阜宁组下段夹厚层、中厚层玄武岩。盆地裂陷较深，海侵影响较大，沉积了泰州组和阜宁组深色泥岩、鲕状灰岩和生物灰岩浅湖相—半深湖相沉积。这一阶段，基本奠定了盆地内两坳夹一隆(即盐阜坳陷、建湖隆起、东台坳陷)的构造格局。
古近纪中晚期，为裂陷阶段，主干断裂的上、下盘升降明显，断距达1000m以上，断陷多为箕状和半地堑式;原先统一的大湖解体，形成一系列NE走向的箕状断陷盆地，由于断裂活动不均衡，西部的高邮、金湖和洪泽凹陷断陷较深，沉积了巨厚的戴南组、三垛组，而东部的海安、白驹和盐城凹陷则断陷较浅。三垛事件后，盆地抬升，遭受长期剥蚀(间断6.2Ma)。
新近纪，区域构造应力由张性剪切转为拉张作用后，盆地进入拗陷阶段，初期仍然具有断陷特征，后期盆地整体下降，成为统一的大型坳陷盆地，其影响范围远超过苏北盆地，扩展到周边地区，包括西部的淮北平原及苏南地区。区内沉积了以河流冲积平原相为主的盐城组沉积，包括多个由砂砾石-粘土组成的不等厚沉积旋回，厚100～900m。盐城组在苏北平原、淮北平原和苏南地区广为分布，构成区域性的深层承压含水系统。
早更新世，承接新近纪沉降趋势，盆地继续拗陷，以河湖相沉积为特征。盆地西部古大别山、南部古茅山的山前地带主要为粗颗粒洪冲积砂砾石，向盆地中心过渡到冲积平原相沉积，以砂、含砾粗、中砂沉积为主，黏性土层增加，形成相当于泥河湾期的第Ⅲ承压含水层组。该层组分布范围很广，成为淮北平原、苏北平原以及苏南太湖和杭嘉湖平原主要的承压含水层组。
中更新世，盆地开始抬升，西部和北部地区抬升较大，沉积范围缩小，仅限于凹陷内，而隆起区及西部和北部地区则缺失。东部地区的凹陷内，以河湖相沉积为主，形成周口店期的第Ⅱ含水层组，岩性为冲积相的砂砾石层、中细砂层和粉细砂层与黏性土互层，盆地边缘颗粒较粗，地层较薄，向东沉积厚度增大，颗粒变细，多为中细砂层和粉细砂层。
这一时期，长江已完成了全河的连接，上游的古金沙江被袭夺后并入长江，流经四川盆地后，切穿川鄂交界的三峡，向东串通古洞庭湖和黄梅以南的湖泊，向东经太湖入海。直到晚更新世晚期，才改道经崇明入海。
晚更新世，早期，古气候变得温暖潮湿，盆地再次沉降，沉积范围扩大，在淮北平原、苏北平原、苏南的杭嘉湖平原均有沉积，主要为河湖相中细砂层和粉细砂层与黏性土层，在盆地边缘山前地带则以砂砾石层为主，构成淮河中下游平原和长江三角洲平原主要的潜水和浅层承压含水层组。这一时期，东部地区曾发生多次海侵，最大海侵曾达溧阳—洪泽湖一线;晚期，盆地再次抬升，淮北平原西部和北部抬升较大，遭受剥蚀;晚更新世末冰期，东部海面大幅下降，出现大规模的海退，海岸线向外扩张距离达几十千米以上，直到距今1万年前，气候转暖，海平面才恢复到接近现代的位置。