L'unità, che equivale in parte alla formazione dei Ghioli di Letto (nome formazionale "ereditato" dalla geologia della sequenza evaporitica della Sicilia ma non completamente appropriato per i terreni della successione umbro-marchigiana), è presente unicamente nella sinclinale di Pietrarubbia - Peglio, ed è maggiormente rappresentata nel suo fianco occidentale in quanto lateralmente eteropica della facies pelitico arenacea della Marnoso-arenacea esterna.

È costituita da una successione monotona di grossi banchi marnoso-argillosi con sporadiche intercalazioni di livelletti siltoso-sabbiosi. Le marne argillose, fogliettate, caratterizzate da un alto contenuto siltoso, mostrano la tipica frattura concoide o "a saponetta" il loro colore appare di norma grigio-azzurrognolo, ma diviene progressivamente più scuro verso la parte alta per un progressivo incremento della componente bituminosa in prossimità del passaggio con la formazione delle Marne Bituminose della successione evaporitica. Gli straterelli siltoso-sabbiosi nella porzione inferiore dell'unità si presentano ben cementati e con passaggi netti, sia alla base che al tetto, alle marne cui si intercalano mentre in prossimità del limite con le Marne bituminose essi appaiono scarsamente cementati e assumono una colorazione tabacco.

Il passaggio dalla Marnoso-Arenacea è graduale e consiste in una progressiva diminuzione e rarefazione degli strati sabbiosi. Il limite è marcato da un orizzonte costituito da 3-4 sottili livelli vulcanoclastici composti prevalentemente, come è possibile osservare anche macroscopicamente, da miche femiche nel loro tipico abito euedrale dai cristalli tabulari a forma di prisma esagonale molto appiattito. Questo intervallo corrisponde al limite Tortoniano/Messiniano ed è stato riconosciuto e segnalato in altre successioni dell'Appennino centro-settentrionale; esso costituisce un livello guida regionale e viene indicato nella letteratura geologica con il nome di "livello Rossini". La sua età assoluta, recentemente determinata radiometricamente, è di 7.3 Ma.

Il passaggio alle Marne bituminose appare altrettanto graduale e si riconosce sul terreno per il progressivo aumento della colorazione scura e per il caratteristico odore fetido che emanano le marne di questa formazione, per la presenza di idrocarburi (bitumi), avvertibile in taluni casi addirittura al solo avvicinarsi agli affioramenti.

Gli spessori dell'unità risultano massimi sul bordo occidentale della sinclinale, in corrispondenza delle facies arenacee canalizzate dell'unità di Urbania, con valori fino a 100 m a M. Santo, mentre si riducono anche rapidamente fino ad annullarsi completamente spostandosi verso oriente.

Questa unità rappresenta in definitiva un deposito di transizione dai sedimenti tipicamente torbiditici della Marnoso-Arenacea esterna ai sedimenti del ciclo evaporitico del Messiniano. Una simile evoluzione rispecchia una corrispondente variazione delle condizioni fisiografiche, con una graduale riduzione di batimetria e una riduzione del bacino, che interessa il settore più interno dell'avanfossa tortoniana a causa dell'avvicinarsi del fronte deformativo.