В современных стратиграфических схемах этот горизонт не выделяется, что вряд ли оправдано. Разрез шапкинских отложений изменчив по площади, но в целом отличается своей красноцветностью, наличием в основании в различной степени выраженного базального горизонта, представленного разнозернистым кварцевым сильно ожелезненным и глинистым песком с мелкими (1–2 см) полуокатанными обломками железистого песчаника. Его мощность обычно не превышает первых метров. Сохранившиеся фрагменты денудационной части поверхности выравнивания закреплены отчетливо выраженными корнями красноцветной коры выветривания мощностью до 5–7 м. Их площадное распространение в пределах территории Среднерусской возвышенности в целом тяготеет к ее восточной границе. Это позволяет предполагать, что в конце олигоцена – начале миоцена территория нынешней Окско-Донской депрессии была относительно приподнята. Очевидно, эти поднятия были в целом унаследованы от кантемировского и полтавского времени олигоцена. В пределах современной Окско-Донской низменности олигоценраннемиоценовая поверхность выравнивания не сохранилась.
К нижнему миоцену Окско-Донской низменности относится байчуровская свита (верхи сакараульского и коцахурский региоярусы) [17]. Она выполняет эрозионные врезы до абсолютных отметок около 120 м и отвечает времени заложения долины Дона и его крупных притоков.
Средний миоцен представлен ламкинской и горелкинской сериями, образующими сложно построенный единый эрозионно-аккумулятивный цикл. Ламкинская серия пользуется наиболее широким распространением в центральной части Окско-Донской низменности. Она выполняет глубокую погребенную долину с серией притоков [18]. Погребенная долина имеет ширину около 50 км при глубине вреза относительно исходной (доламкинской) поверхности до 120 м. Абсолютные отметки днища долины в северной части Окско-Донской низменности составляют +90 м, в центральной они снижаются до +70 м, а в южной, в районе г. Поворино, до 0 м [18]. С севера на юг резко возрастает и общая мощность серии: от 40 м у г. Шацка до 120 м у г. Борисоглебска. В северной части Окско-Донской низменности ламкинская серия сложена преимущественно мелкозернистыми кварцевыми песками с редкими прослоями темных глин и алевритов, доля которых постепенно увеличивается в южном направлении. В составе ламкинской серии выделяются каменнобродская, уваровская, тамбовская и сосновская свиты, характеризующие отдельные эрозионно-аккумулятивные циклы.
Каменнобродская свита выполняет фрагменты неглубоких погребенных долин, врезанных в мезозойские отложения [18]. В стратотипе на правом берегу р. Челновой, против с. Каменный Брод, свита с размывом залегает на песчано-алевритовой толще нижнего мела. Ее базальный горизонт образован разнозернистым песком с примесью гравия, гальки, иногда валунов (размером до 12 см) кварца, кремня, опоки, песчаника, писчего мела, известняка и характерного оолитового мергеля из келловейского яруса юры. Для песков характерна крупная мульдовидная слоистость. Мощность базального горизонта до 2 м. Выше залегают кварцевые разнозернистые пески с линзами гравия, редкой галькой кварца и кремня. В песках отмечается мульдовидная и косая слоистость. Мощность песков составляет 6, 8 м. Общий облик отложений, большая мощность базального горизонта, отвечающего инстративной фазе развития долины, и отчетливо выраженная перстративная часть разреза свидетельствуют об активной гидродинамике руслового потока, его формирования в условиях общих поднятий территории и ее вертикального расчленения. Об этом свидетельствуют как разнообразный состав крупнообломочной части базального горизонта, так и соотношение глубины эрозионного вреза с мощностью аллювия, позволяющее отнести каменнобродскую террасу к категории прислоненных [6].
Уваровская свита, сопоставляющаяся с верхами чокракского и караганским ярусами среднего миоцена, отмечает этап наиболее глубокого эрозионного вреза погребенной долины. Уваровская свита образована преимущественно грубозернистым кварцевым песком с рассеянной галькой опок и других пород, по составу совпадающих с породами верхнего мела и палеогена, с тонкими прослоями глинистого мелкозернистого песка. Ее мощность до 38 м. В верхней части разреза залегает алевритистая глина с растительными остатками мощностью около 3, 5 м, маркирующая пойменную фацию аллювия. Уваровская свита, как и каменнобродская, формировалась в условиях активных поднятий территории.
Резкий перелом в характере эрозионно-аккумулятивных циклов проявляется с конкского времени конца среднего миоцена. Этот момент, повидимому, отвечает началу заложения Окско-Донской депрессии как неотектонической структуры. С ним сопоставляется тамбовская свита мощностью 20–30 м. Свита с размывом залегает на уваровском аллювии и донеогеновых породах. Ее подошва от Сосновки до Борисоглебска плавно понижается от 120 до 70 м. Севернее Сосновки на отрезке от верховьев р. Польный Воронеж до г. Шацка подошва тамбовской свиты опускается до абсолютных отметок около 110 м. Местами в подошве отмечается прослой гальки и гравия. Невыдержанность по простиранию и небольшая мощность этих прослоев, вероятно, обусловлены подпруживающим влиянием моря, ингрессировавшего вверх по долине [18]. Самостоятельность тамбовского эрозионно-аккумулятивного цикла подтверждается выходами отложений за пределы уваровской долины с образованием погребенных террас шириной до 10 км, врезанных непосредственно в коренные отложения. По соотношению глубины эрозионного вреза и мощности аллювия тамбовская свита относится к категории наложенных террас, образующихся в условиях тектонических прогибаний территории. Об этом свидетельствует и литологический состав отложений, резко отличающийся от состава каменнобродской и уваровской свит. Тамбовская свита представлена глинами, в основании с углефицированным растительным детритом (5 м), выше – песчаными глинами (1, 5 м) и в самом верху разреза – черными слоистыми глинами с присыпками зеленого глауконитового алеврита (8, 25 м). Разрез в целом носит констративный характер.
Перекрываются тамбовские отложения углистыми глинами сосновской свиты, сопоставляющейся с нижним сарматом. Мощность сосновской свиты около 20 м. Сосновская свита, как и тамбовская, относится к категории наложенных террас и отражает продолжающееся погружение территории.
Горелкинская серия среди неогеновых отложений Окско-Донской низменности обосабливается как толща характерных кварцево-глауконитовых песков и светлых глин с признаками морского генезиса. Она закономерно наращивает аккумулятивную часть геоморфологического цикла ингрессивным разрезом. Горелкинская серия широко распространена в восточной части Окско-Донской низменности, где она выполняет обширную плоскодонную эрозионную долину. Восточный борт этой долины примерно совпадает с восточной границей низменности. Отложения западной части были размыты в плиоцене, но, судя по отдельным сохранившимся фрагментам, западная граница распространения горелкинской серии совпадала с современной границей Окско-Донской низменности.
Ширина долины достигала 100 км. Подошва горелкинских отложений слабо наклонена к югу. В районе Рязани, Моршанска и Тамбова она залегает на абсолютных отметках 130–150 м, а на юге погружается до 115–120 м. Кровля свиты сильно размыта, мощность достигает 50 м. На подстилающих отложениях горелкинская серия залегает трансгрессивно с размывом на различных горизонтах неогена, мезозоя и палеозоя. Горелкинская серия объединяет макашевскую и карайскую свиты, образующие, соответственно, вложенную и наложенную террасы. Отложения горелкинской серии завершают этап продолжительного миоценового прогибания территории. На этом этапе Окско-Донская депрессия приобрела свои главные морфологические черты. С завершающими этапами позднего миоцена (мэотис) связывается становление позднемиоценовой полигенетической поверхности выравнивания региона.
В самом конце позднего миоцена (понт) начинается новый этап в тектоническом развитии территории Окско-Донской депрессии. К этому времени отнесена нижнеусманская подсерия усманской серии. Нижнеусманские отложения залегают с размывом на подстилающих образованиях, прислоняясь к отложениям горелкинской серии и сосновской свиты. Резкое преобладание глубины эрозионного вреза над мощностью аллювия, преимущественно песчаный состав отложений свидетельствуют о формировании их в условиях тектонических поднятий. Эти условия сохраняются практически до конца раннего плиоцена, к которому в пределах Окско-Донской низменности отнесены верхнеусманская подсерия усманской серии (нижняя часть киммерийского яруса) и герасимовская свита (верхний киммерий). Поднятия этого времени по своему размаху несколько уступают поднятиям начала среднего миоцена, и общие контуры Окско-Донской депрессии продолжают сохраняться.
Смена знака движений сопоставляется со временем формирования коротоякской свиты среднего плиоцена [14] и нижнеурывской подсвиты урывской свиты (верхний плиоцен). Нижнеурывская подсвита [14] имеет двучленное строение. Нижняя часть ее разреза мощностью 7 м образована кварцевым песком, мелко- и среднезернистым, с линзами и прослоями грубозернистого и гравийного песка, с косой слоистостью перекрестного типа, с включением мелкой гальки. Вверх по разрезу в песке постепенно увеличивается содержание глинистой примеси, он переходит в супесь (0, 6 м). Верхняя часть разреза (2, 6 м) нижнеурывской подсвиты представлена глиной с рыхлыми известковистыми стяжениями в нижней части, с примесью песка, количество которого постепенно уменьшается вверх по разрезу.