Con l’esaurirsi della fase distensiva giurassica e con il parziale colmamento delle depressioni generatesi, nell’area marchigiana si verificarono bruschi cambiamenti nelle condizioni ambientali, con un ricambio delle microfaune ed un consistente aumento dell’apporto argilloso nella sedimentazione, testimoniato soprattutto dalla deposizione della Formazione delle Marne a Fucoidi.

L’Oligocene segna l’inizio della nascita e dello sviluppo della catena appenninica che avviene attraverso l’evoluzione di un complesso sistema catena-avanfossa, migrante complessivamente da W verso E. In tale contesto l’area umbro-marchigiana rappresenta l’avampaese a sedimentazione pelagica, su cui esercita un controllo l’accentuarsi delle dorsali e delle depressioni preesistenti.

Con l’inizio del Miocene, a causa del regime compressivo in rapido spostamento da W verso E, nell’area Umbro-marchigiana cessa la relativa uniformità delle condizioni ambientali e sedimentarie. Il bacino viene ad assumere i caratteri di una avanfossa torbiditica migrante verso E, a spese dell’avampaese ed ubicata sul fronte della catena appenninica.

Nel Burdigaliano superiore, inizia a svilupparsi il bacino umbro, una avanfossa sul fronte della catena in avanzamento da W. Nella parte più interna di questo bacino si ha il più antico depocentro a sedimentazione torbiditica, nel quale si depositano materiali silicoclastici di apporto alpino (con facies canalizzate nelle aree settentrionali e più fini nelle aree centro-meridionali). Intercalati a questi si depositano sedimenti calcareo-organogeni-silicoclastici e torbiditici.

Il bacino marchigiano interno assume i caratteri di una avanfossa particolare, articolata in una serie di depressioni strette ed allungate, separate tra loro da dorsali bordate da faglie sinsedimentarie. Nel più orientale bacino marchigiano esterno, dove continua la sedimentazione emipelagica dello Schlier, cominciano a delinearsi alcune depressioni. Queste evolveranno nei bacini più esterni come quello della Laga.

Nel Messiniano medio, a seguito della crisi di salinità che interessa l’intero bacino mediterraneo, si sviluppa un ambiente evaporitico generalizzato e si deposita la Formazione Gessoso Solfifera. Nel bacino della Laga invece continua la sedimentazione torbiditica (silicoclastica e gessosa).

In relazione all’avanzamento verso E del fronte della catena, nei bacini satellite (o di “piggy back”) si sviluppa, nel Messiniano superiore un ambiente di lago-mare dove si depositano facies salmastre e dulcicole (Formazione a Colombacci).

Nel Pliocene e nel Pleistocene inferiore si ha il riempimento dell’avanfossa e, successivamente, il passaggio dall’ambiente prevalentemente marino a quello continentale. La successione marina plio-pleistocenica marchigiana mostra aspetti piuttosto complessi, assai variabili nel tempo e nello spazio, in relazione agli eventi tettonici che hanno condizionato la morfologia e la sedimentazione (cf. COLALONGO et al., 1979; NANNI, 1986). In tale successione si osservano diverse sequenze deposizionali, ciascuna delimitata nelle parti marginali da discontinuità di sedimentazione e da discordanze geometriche.