松辽盆地晚侏罗世岩石圈破裂后,玄武岩浆喷溢,在白垩纪,盆地经历了裂前成穹、拉张破裂、断陷、断陷转向坳陷、坳陷和萎缩等6个地质演化阶段(图10),盆地中充填了厚近万米的陆相沉积。各演化阶段具有不同的沉积序列。早白垩世沙河子组至营城组时期,为断陷盆地发育阶段,形成火山岩-冲积扇-扇三角洲-湖泊(夹阵发型浊积岩)-沼泽相的序列;早白垩世登娄库组时期,盆地为从断陷向坳陷转化阶段,形成冲泛平原-湖泊相为主的序列;早白垩世泉头组-晚白垩世嫩江组时期,盆地为坳陷活动阶段,形成了冲泛平原-三角洲-湖泊(夹稳定型浊积岩)相;而晚白垩世四方台组-明水组时期,盆地进入萎缩阶段,再度出现以冲泛平原-冲积扇及小型残存湖泊沉积为主的沉积序列。这一垂向上的沉积序列,充分显示出夭折大陆裂谷的沉积特征。有许多事实说明在盆地发展的坳陷阶段发生过两次大的湖侵,且与全球海平面上升同步,导致湖与海沟通。