I sedimenti marini del Plio-Pleistocene marchigiano affiorano nel Bacino Periadriatico, individuatosi in seguito alla importante fase tettonica della fine del Messiniano che, sollevando i settori più interni, ha determinato la migrazione dell'avanfossa periadriatica verso quello che veniva in passato chiamato "bacino marchigiano esterno". Il bacino che si origina in seguito a questa fase deformativa appare articolato in una serie di dorsali e depressioni.

All'interno della successione di sedimenti che si sono deposti entro tale bacino possono essere distinte più sequenze deposizionali, ciascuna limitata da discontinuità di sedimentazione e discordanze geometriche, maggiormente evidenti nelle zone marginali e in corrispondenza delle aree più rialzate. Nelle parti più profonde del bacino, invece, le discordanze sono meno accentuate e le successioni pressoché continue.

La prima discontinuità, paraconcordante, segna la base della successione; essa separa le argille scure messiniane di lago-mare della Formazione a colombacci dalle argille grigio-azzurrognole, fossilifere, di ambiente batiale, del Pliocene inferiore.

Un'altra discontinuità, ben evidente in prossimità della Coltre della Val Marecchia per l'interposizione di un olistostroma di terreni appartenenti alle successioni liguri, consente di distinguere due sottocicli nella sequenza del Pliocene inferiore.

Nella parte alta del Pliocene inferiore si registra la più importante fase compressiva dell'area esterna che viene definitivamente corrugata e in seguito alla quale si creano una serie di pieghe che danno origine nel bacino di sedimentazione ad una serie di dorsali ad andamento longitudinale. La sedimentazione marina riprende con il Pliocene medio nel più esterno bacino plio-pleistocenico

Tale discordanza, nota come "trasgressione medio-pliocenica", segna l'inizio del ciclo sedimentario che si estende fino a tutto il Pleistocene inferiore. La successiva discontinuità si ha nella parte sommitale del Pliocene superiore. Un'ulteriore discontinuità separa le argille e le sabbie dell'Emiliano da quelle del Siciliano: essa è correlabile con la regressione emiliana ben nota in letteratura.

Le discontinuità di cui sopra consentono di individuare le seguenti principali sequenze deposizionali marine.

Nella prima sequenza che si sviluppa nel Pliocene inferiore, indicata con la sigla P1a, la sedimentazione pliocenica inizia con peliti grigio-azzurre di ambiente batiale di spessore variabile da 200 a 450 m, cui seguono torbiditi dapprima pelitico-arenacee quindi arenaceo-pelitiche, dello spessore massimo di 200-300 m.

La sequenza P1b – P2, che si estende dalla parte alta del Pliocene inferiore sino al Pliocene medio basale, è ben sviluppata, con spessori variabili da poche decine a poche centinaia di metri. In genere alla base si osservano depositi argilloso-siltosi; questi passano superiormente a depositi torbiditici a dispersione assiale in depressioni strette ed allungate. I massimi spessori delle sabbie torbiditiche, a luoghi sostituite da lenti di conglomerati, sempre a dispersione assiale, disposte in singoli orizzonti a varie altezze stratigrafiche, indicano i depocentri delle depressioni longitudinali, mentre le facies più sottili, gli spessori minori e la presenza di strati a giacitura discordante rispetto ai depositi del ciclo precedente su cui poggiano, indicano le aree marginali del bacino o zone rialzate all'interno dello stesso.

La sequenza Qm è trasgressiva sui sedimenti del Pliocene inferiore alto o sul Pliocene medio basale; mancano quasi del tutto depositi del Pliocene superiore. La successione inizia con argille sabbiose di ambiente epibatiale entro cui sono intercalati a varie altezze stratigrafiche corpi sabbiosi o pelitico-arenacei. Questi rappresentano il prodotto di flussi gravitativi densi entro depressioni confinate, che tendono ad essere progressivamente colmate nel tempo mentre la deposizione diviene sempre più fine. Sulla base del contenuto fossilifero si è potuto stabilire che la successione ha cominciato a depositarsi nella parte sommitale del Pliocene superiore o, a luoghi, nel Santerniano e che la stessa è cessata nel Santerniano.