Cekungan Jawa Timur Utara membentang dari arah barat ke timur mulai dari Semarang hingga Surabaya sepanjang 250 km dengan lebar 60 -70 km. Terdapat beberapa batas dari Cekungan Jawa Timur utara, yaitu: bagian utara dibatasi oleh Tinggian Meratus dari tenggara Kalimantan, bagian selatan dibatasi Sabuk Vulkanik Pegunungan Selatan Jawa, sebelah barat dan barat daya dibatasi oleh Busur Karimunjawa dan Paparan Sunda, dan di bagian Timur cekungan dibatasi oleh Tinggian Masalembo-Doang.
Zona Rembang dibentuk oleh Depresi Kening yang berada di tengah dan Depresi Solo atau Kujung melengkung pada bagian timur. Secara umum zona ini merupakan suatu perbukitan dengan intensitas tektonik lebih tinggi pada Zona Randublatung tetapi lebih rendah intensitasnya dibanding Zona Kendeng. Batuan pada Zona Rembang merupakan batuan sedimen berkadar pasir tinggi dengan adanya batuan karbonat serta tidak adanya endapan piroklastik. Sedimen pada zona ini diinterpretasikan diendapkan pada laut yang tidak jauh dari pantai.
Menurut Katili (1972) jalur magmatik pada Kala Oligosen terletak pada jalur subduksi Zaman Kapur Akhir di daerah Jawa Barat dan Jawa Tengah, dan terus memanjang dengan arah barat–timur hingga Jawa Timur, Kepulauan Nusa Tenggara, dan Busur Banda. Hal ini menunjukkan adanya pergerakan jalur subduksi ke arah selatan dari Zaman Kapur Akhir hingga Kala Oligo-Miosen.
Pola struktur utama pada Zona Rembang sesuai dengan arah zona subduksi di selatan Pulau Jawa. Formasi Ngimbang dan Formasi Kujung diendapkan pada fasa tektonik pertama Zona Rembang di atas batuan dasar (basement). Formasi Ngimbang mengindikasikan bahwa pengendapannya merupakan syn-rift – post rift sehingga terbentuk pada cekungan laut dangkal.
Stratigrafi Regional
Secara umum, litologi penyusun Zona Rembang adalah campuran antara karbonat laut dangkal dengan klastika, serta lempung dan napal laut dalam. Berdasarkan Pringgoprawiro (1983), urutan stratigrafi Zona Rembang dari tua ke muda adalah sebagai berikut:
-
Basement Pra-Tersier
Basement Pra-Tersier yang terdapat pada Zona Rembang terletak secara tidak selaras di bawah batuan Kenozoikum. Batuan ini tersusun atas berbagai macam intrusi dan ekstrusi dari batuan beku, yaitu gabbro, basalt andesitik, dan tufa metamorfik dan beberapa sedimen Pra-Tersier yang belum termalikan. Batuan ini diperkirakan berumur Kapur dari pengukuran menggunakan radiometri. -
Formasi Ngimbang
Formasi Ngimbang merupakan sedimen berumur Eosen hingga Oligosen yang diendapkan secara tidak selaras di atas basement pra-tersier di bawahnya. Formasi Ngimbang didominasi endapan gamping, serta banyaknya foraminifera besar yang ditemukan dan sedikitnya golongan plankton yang menunjukkan lingkungan laut dangkal. Bagian bawah formasi dicirikan dengan batugamping, serpih, batupasir, batulanau, batulempung dan konglomerat dengan sedikit lapisan batubara serta menunjukkan umur Eosen. Bagian tengah formasi ini dicirikan dengan litologi terdiri dari batugamping dengan perlapisan serpih dan batupasir serta ditemukannya sedimen tufaan di beberapa tempat dan menunjukkan umur Oligosen. Sedangkan bagian atas formasi merupakan paparan karbonat dan patch reef dan menunjukkan umur Oligosen. -
Formasi Kujung
Formasi Kujung diendapkan selaras diatas Formasi Ngimbang yang hampir seluruhnya terdiri atas batugamping. Formasi ini tersusun atas napal dan batulempung napalan, batulempung dengan warna abu-abu kehijauan, kuning kecokelatan dengan sisipan batugamping bioklastik yang mengandung foraminifera besar dan ganggang. Formasi Kujung berdasarkan foraminifera plankton menunjukkan umur Oligosen Bawah hingga Oligosen Atas. -
Formasi Prupuh
Formasi Prupuh tersusun atas perselingan antara batugamping kapuran berwarna putih dengan batugamping bioklastik berwarna putih abu-abu muda. Formasi Prupuh terendapkan saat terjadi penunjaman yang oblique pada Zona Rembang. Hal ini menyebabkan terbentuknya struktur lipatan dan sesar yang berarah timur laut – barat daya. -
Formasi Tuban
Formasi Tuban tersusun oleh endapan batulempung yang monoton dengan sisipan batugamping dan napal pasiran, berwarna putih abu-abu, kaya akan foraminifera yang berada di bagian bawah dari urut-urutan ini. Berdasarkan atas kandungan foraminifera plankton yang banyak diketemukan pada formasi ini, maka umurnya adalah Miosen Bawah hingga Miosen Tengah. Di daerah Kujung dan Prupuh, Formasi Tuban diendapkan pada paparan dangkal, pada zona neritik luar dengan kedalaman antara 50-150 meter. -
Formasi Tawun
Bagian bawah Formasi Tawun didominasi oleh perulangan batupasir dan serpih pasiran berwarna kuning coklat kemerahan hingga jingga dengan sisipan batugamping. Pada bagian paling atas formasi ini, Formasi Tawun disebut juga bagian -
Formasi Ngrayong
Formasi Ngrayong yang tersusun atas batupasir, serpih karbonatan, dan adanya perubahan fasies menjadi batulempung. Berdasarkan fosil yang ditemukan, formasi ini berumur Miosen Tengah. -
Formasi Bulu
Formasi Bulu terletak di atas Formasi Tawun dan berada selaras di bawah Formasi Wonocolo. Formasi ini tersusun oleh atas batugamping pasiran berlapis tipis, berbentuk tipis dan pelat - pelat. Di samping foraminifera besar, formasi ini juga kaya akan foraminifera plankton yang menunjukkan umur antara zona Miosen Tengah. Foraminifera plankton tidak banyak dijumpai dan hanya terbatas dibagian atas dari satuan ini. -
Formasi Wonocolo
Formasi Wonocolo tersusun oleh napal pasiran yang berulang dengan napal dengan sisipan batugamping kalkarenit dan batulempung. Pada napal pasiran sering memperlihatkan struktur paralel laminasi. Formasi Wonocolo terletak selaras di atas Formasi Bulu, untuk kemudian tertindih secara selaras oleh Formasi Ledok. Berdasarkan atas kandungan foraminifera plankton, umur dari formasi ini diinterpretasi bagian bawah dari Miosen Tengah hingga Miosen Atas. Lingkungan pengendapan diperkirakan pada daerah laut terbuka jauh dari pantai. Dari barat ke timur, formasi ini tidak mengalami perubahan fasies yang berarti tetapi ke utara napal pasirannya berubah menjadi pasir napalan hal ini menunjukkan adanya suatu gejala pendangkalan. -
Formasi Ledok
Formasi Ledok tersusun atas kalkarenit disusul oleh perulangan antara batupasir gampingan kalkarenit, dan napal pasiran dan banyak dijumpai kandungan mineral glaukonit terutama pada batupasirnya. Umur Formasi Ledok adalah Miosen Atas berdasarkan atas kandungan foraminifera plankton. Berdasarkan analisis mikropaleontologi dari sampel batuan yang berasal dari berbagai lokasi menunjukkan adanya suatu pendangkalan yang berangsur mulai dari bagian bawah menuju atas. Formasi ini diendapkan pada lingkungan neritik pinggir sampai neritik luar. -
Formasi Mundu
Formasi Mundu diendapkan secara tidak selaras diatas Formasi Ledok. Formasi ini tersusun atas napal yang berwarna abu-abu kehijauan, putih kekuningan jika lapuk, dan kaya atas foraminifera plankton. Bagian puncak dari formasi ini sering kali ditempati oleh perselingan batugamping pasiran dan pasir napalan. Umur Formasi Mundu keseluruhannya adalah Pliosen. Terdapat perbedaan lingkungan pengendapan antara bagian bawah dan bagian atas dari Formasi Mundu. Bagian bawah Formasi Mundu diendapkan pada laut terbuka sedangkan bagian atas diendapkan pada suatu paparan yang dangkal laut terbuka. -
Formasi Lidah
Formasi ini tersusun atas lempung berwarna biru tua yang monoton, plastis dan jika lapuk berwarna coklat kuning. Satuan ini pada umumnya tidak berlapis dan tidak mengandung pasir sama sekali, namun secara setempat dapat berselingan dengan batupasir kuarsa yang mengandung glaukonit dan moluska laut. Formasi Lidah terletak selaras diatas Formasi Mundu.
Umur formasi ini diperkirakan adalah Pliosen atas hingga Pleistosen. Formasi ini diendapkan pada lautan yang agak terlindung untuk bagian bawah dan berangsur-angsur menjadi dangkal ke arah atas. -
Formasi Paciran
Formasi ini tersusun atas batugamping terumbu yang sebagian berupa karst. Formasi Paciran berumur Pliosen sampai Sekarang.