Cekungan Jawa Timur saat ini berada pada daerah belakang busur zona
subduksi antara lempeng Indo-Australia dan Eurasia. Batuan yang melandasi
cekungan ini dipercaya berasal dari sebuah mikrokontinen yang berasal dari
Australia. Interpretasi terhadap data seismik 2D dan log sumur memperlihatkan
bahwa Cekungan Jawa Timur dapat dibagi menjadi empat unit tektonostratigrafi
umum, yaitu: 1) Unit Pre-Rift yang menjadi dasar cekungan yang terdiri dari
batuan vulkanik dan metamorf dari bagian mikrokontinen Jawa Timur. 2) Unit
Syn-Rift yang mewakili proses tektonik ekstensional pada masa Paleosen-Eosen.
3) Unit Post-Rift yang terbentuk pada akhir perioda rifting (Oligosen) dari proses
thermal subsidence. 4) Unit Syn-Inversion sebagai hasil dari proses tektonik
kompresioal yang menyebabkan reaktivasi struktur-struktur yang lebih tua pada
Oligosen Akhir. Restorasi palinspatik memperlihatkan bahwa perkembangan
pembentukan struktur yang terjadi secara langsung bertanggung jawab terhadap
sistem petroleum yang bekerja pada Cekungan Jawa Timur dan teridentifikasi
bahwa tektonik inversi mulai terjadi pada Oligosen Akhir.