Бассейн Сержипе-Алагоас расположен в Бразилии на побережье Атлантического океана, в непосредственном соседстве с бассейном Баийя, в той же полосе (меридиональных) разломов, обрезающих Бразильский щит с востока (рис. 196).
С северо-запада бассейн ограничен блоком Бразильского щита, ограниченным с юго-востока крупным сбросом. Узкая полоса, занимаемая наземной частью бассейна, протягивается вдоль побережья с юго-запада на северо-восток, а к юго-востоку погружается под воды Атлантического океана. Морская сейсморазведка наметила подводное юго-восточное ограничение бассейна в виде поднятого блока фундамента, с северо-запада также обрезанного сбросом. Таким образом, бассейн, аналогично бассейну Баийя, видимо, представляет собой грабен на восточной окраине Бразильского щита; на суше находится лишь северо-западная половина этого грабена (рис. 197).
С северо-востока и с юго-запада бассейн замыкается также блоками фундамента, обрезанными сбросами. На юго-западе, по-видимому, горстообразный блок отделяет данный бассейн от бассейна Баийя.
Бассейн выполнен осадочной толщей, общая мощность которой в наиболее прогнутых частях впадины по приближенным определениям достигает порядка 4000 м. На докембрийском (частично палеозойском?) фундаменте залегает предположительно верхнекаменноугольная песчано-глинистая свита Батинга мощностью примерно 500—800 м. Основная часть осадочного выполнения слагается вышележащей, главным образом нижнемеловой толщей общей мощностью около 2400—3400 м.
В основной части ее разреза преобладают песчано-глинистые отложения, которым подчинены известняки, а в средней части разреза — эвапориты. Верхи разреза мела — главным образом верхний мел — слагаются известняками и доломитами.
Разрез осадочного комплекса венчается маломощными (~150 м) рыхлыми третичными и четвертичными отложениями.
Наземная часть бассейна поднятым блоком Пенедо поперечно разделяется на две части — юго-западную и северо-восточную; последняя в целом несколько более опущена. От свода Пенедо к северо-востоку фундамент ступенчато опускается по ряду сбросов, затрагивающих и весь осадочный комплекс к самой прогнутой части бассейна. Внутри осадочного комплекса отмечается ряд несогласий.
В северо-восточной части бассейна известен ряд нефтепроявлений, поверхностных и в скважинах, связанных с нижнемеловой свитой Мурибека и верхнемеловой свитой Сапукари.
В 1958—1959 гг. в этой же части бассейна на поднятии Жекийя и у границы северо-восточной и юго-западной частей, на поднятии Рио Сап Франсиско получены полупромышленные притоки нефти из меловых отложений. Бассейн изучен и разведан слабо.