根據李保芳等人(2000)的研究，華北南緣的石炭紀不同於華北克拉通的陸緣海，不僅包括下石炭統，還包括典型的深水濁積巖和盆底扇礫巖(圖3-2)。
花園墻組下部(C1h)以遠端扇形細碎屑濁積巖為主，上部扇形河道被砂巖充填增厚，然後充填沈積辮狀三角洲和退積辮狀河道。微量元素分別表示為正常海洋相、過渡相和大陸相，是殘余海洋環境的產物。巖相變化表明，早石炭世沙丘期經歷了相對海平面下降的過程。
楊山組(C1h)是壹套潮濕氣候下的陸相碎屑含煤沈積。下部由進積轉為退積，扇體上的辮狀河道充填沈積物，上部轉為退積沖積扇。上部為細碎屑沈積，代表晚盆地水位略有上升，表明早石炭世魏縣期相對海平面較低。沈積速率大於18m/Ma。
道仁沖組(C2d)下部為扇三角洲沈積；中部為辮狀河和三角洲沈積，水下陡坡重力流沈積，含復雜礫巖；上部為碳酸鹽-碎屑海岸沈積。表明其經歷了相對海平面上升和沈積可容空間增大的過程。
胡油坊組(C2h)上部和下部均為深水濁積扇的遠源相，中部由濁積扇中部的河道充填相和河道間的近海盆地相組成。反映了晚石炭世維斯期相對海平面相對較高。微量元素和淡水雙殼類化石指示淡水環境，而碳酸鹽巖中的苔蘚蟲碎屑指示淡化的海水或微鹹水環境。
楊小莊組(C2h)下部為濱海潮坪沈積，中上部為障壁壩砂巖和瀉湖潮坪細碎屑巖。中間障壁壩砂巖上部有煤層。表明相對海平面在晚石炭世斯蒂芬期迅速下降。
上述巖相變化可概括為兩個淺水-深水-淺水沈積旋回。其中下旋回未見底，自下而上為深水扇、陡坡扇、沖積扇、扇三角洲和辮狀三角洲。根據華南南北緣下、上石炭統沈積相的總體分布，推斷那裏的下沈積旋回底部應屬於裂谷槽早期的淺水沈積(早期大陸邊緣海相沈積)；向上依次為濁積扇、海岸潮坪和障壁瀉湖沈積，應屬於海槽裂陷階段的邊緣沈積產物。上旋回未到達頂部，可能是推覆構造造成的。根據花園墻組和胡油坊組砂巖大規模交錯層理預聚條紋的產狀、水下分流河道中砂巖河道軸的延伸方向和濁積巖底部的槽紋，發現該區石炭紀古水流方向壹般為由南向北，碎屑沈積物主要來自南部的大別山區。
圖3-2大別山北麓石炭紀成因地層和層序地層綜合柱狀圖
(根據李保芳等人，2000年，略有修改)
2.上石炭統本溪組-太原組地層格架及沈積特征。
上石炭統本溪組(1)沈積發育特征。
從晚石炭世開始，海水從華北地區NE、SE向兩個海侵中心——淮北、徐州、臨沂，以及本溪、福州灣至唐山侵入，形成兩個沈積分布區(圖3-3)。隨後海域逐漸向西擴展，到達華北南部的鄭州-鄢陵-三門峽壹線，形成統壹的華北盆地，沈積濱海和淺海-陸相煤系。臨沂、徐州有4 ~ 5層石灰巖，累計厚度14 ~ 32m。石灰巖層的厚度和數量從南到北迅速減少。
圖3-3華北本溪期早期沈積和晚期灰巖分布
(據陳鐘輝等人1988)
1-石灰巖0 ~ 3m2—石灰巖3 ~ 7米；3—石灰巖7 ~ 12m；4—石灰巖大於12m；5-早期沈積分布區；6-晚期沈積邊界；7-郯廬斷裂
(2)上石炭統太原組沈積特征
晚石炭世，華南南緣東部被剝蝕夷平，隨後發生大規模沈降，海水進壹步從東南侵入，形成廣闊的陸面海。由於這裏地形十分平坦，海平面的輕微升降會造成海岸線的大規模進退，造成太原組垂直剖面上旋回構造的頻繁交替。
此時，研究區北部發育濱海平原相，西部沿海發育潮坪和潮道，東北部發育魯西三角洲，陸源碎屑從三個方向註入盆地(圖3-4)。臨汝-蔚縣-太康-徐州、阜陽-淮南有狹長的障壁島，障壁島後有閉塞的瀉湖灣。太原組主要由碳酸鹽巖、碎屑巖和煤層組成。石灰巖層數可達11，總厚度60m。總厚度東厚西薄，魯西-兩淮地區約180米，羅易以西僅34-40米。此外，太原組厚度有北厚南薄的趨勢。南方石灰巖占較大比例，層數多，砂巖夾層少；向北，石灰巖層數量減少，砂巖夾層數量增加。這說明當時陸表海盆地的沈積中心在淮南地區，陸源碎屑主要來自北部。
圖3-4晚石炭世太原組巖相古地理及煤層分布圖
(根據李保芳等人，1985)
3.早二疊世早期山西組沈積特征。
圖3-5早二疊世早期山西組巖相古地理及煤層分布圖
(根據李保芳等人，1985)
早二疊世早期山西組的沈積環境基本繼承了晚石炭世的古地理格局，但海岸線明顯南移至益陽-平頂山-淮陽-永城-蘇仙。河南西部和山東西部的兩個水系在南部形成兩個相連的河口，河口為三角洲沈積體系，側翼為潮坪沈積(圖3-5)。我國南北方廣泛分布著三種類型的潮灘:砂灘、淤泥灘和砂泥混合灘。從砂泥含量的變化來看，華北北部以泥坪為主，豫西以砂泥混合坪為主，南部以平頂山地區的砂坪為主。潮坪沈積在東南部的永城、淮南也很發育，主要是泥坪和混合坪。在潮灘上，除了壹般的薄砂泥沈積及其夾層外，還普遍發育潮道和潮沖溝。
4.早二疊世晚期下石盒子組沈積特征。
早二疊世晚期沈積下石盒子組時，洛陽-新鄭-夏邑-滕州線以北為河流沖積平原，以南為三角洲平原。與早二疊世早期山西組沈積相比，海岸線進壹步向南推進，達到平頂山-周口-阜陽-淮南-蚌埠壹線，東南部蒙城-阜陽-淮南-蚌埠壹帶發育大型三角洲(圖3-6)。前三角洲泥很薄，河口壩常變成前緣席狀砂，表現出明顯的分流河道下切特征。下石盒子組沈積主要形成於海退階段，沈積環境變化迅速而強烈。隨著蒙城-阜陽-淮南-蚌埠三角洲南移，南、華北海域面積不斷縮小，海水不斷變淺淡化，最終退出。
圖3-6早二疊世晚期下石盒子組巖相古地理及煤層分布圖
(根據李保芳等人，1985)
下石盒子組等厚線呈南北向分布。受南北向發展的兩大水系影響，新鄉-鄭州-平頂山線和濟寧-碭山-蘇仙線厚度分別超過350米和300米。
5.晚二疊世早期上石盒子組沈積發育特征。
晚二疊世早期，上石盒子組又經歷了壹次海進-海退旋回。6號煤層沈積期間，雖處於海侵初期，但豫西、太康、皖北三大三角洲繼續向南推進，分流灣萎縮，淮南地區出現大型障壁砂壩。7號煤層沈積期間，海侵達到高峰，海岸線向北推進至蔚縣-太康-永城線。此時，除豫西、太康、皖北三大三角洲外，平頂山-淮陽障壁壩、阜陽-淮南障壁壩、永城河口等沈積體系也已發育(圖3-7)。第八煤層沈積時，海水再次南退，北部的三角洲平原向駐馬店-淮陽-阜陽-蘇仙地區推進，東南部出現瀉湖灣。由於6、7煤層處於海侵過程中，三角洲屬於半深水型，分流灣向陸地方向延伸，分流河道延伸較遠，砂體橫向連通性差。其中7號煤層形成於大海侵時期，障壁砂壩走向東西，砂體呈片狀展布，但厚度不大。
皖北蘇仙-淮南地區現存的上石河組厚度在500米以上，並有向豫西、豫東方向遞減的趨勢。例如，在羅易、新安和潮川，上石河組小於200米..在曹西安-商丘-柘城壹線，上石河組砂含量的變化受豫西、太康、豫東三個三角洲平原的分流河道控制，其值超過40%。厚度大於50m的暗色泥巖分布在三角洲砂體兩側的低含砂區，如菏澤-碭山和新鄉-鄭州-蔚縣兩個SN-走向的低含砂區。研究區南部的利辛-蚌埠地區也是暗色泥巖的發育區。
圖3-7晚二疊世早期上石盒子組巖相古地理及煤層分布圖
(根據李保芳等人，1985)
雖然上石河組各煤段厚度有向西變薄的趨勢，但研究區西部沒有明顯的邊緣相沈積。比如在濟源、洛陽，上石河組的含砂量只有20%。晚二疊世晚期沈積在這些地區的平頂山砂巖剖面直接覆蓋八煤剖面的底部層位。8號煤層頂部厚度達數十米，反映了上石河組8號煤層沈積後經歷了短期的沖刷。晚二疊世早期結束後，由於研究區古構造、古地理和古氣候條件的巨大變化，轉入陸相沈積發展時期。
6.晚二疊世晚期石千峰組沈積特征。
晚二疊世早期，海水完全退出華北南部，陸表(邊緣)海沈積結束。華北板塊與揚子板塊對接碰撞的影響是登封稷山南坡石千峰組平頂山砂巖與下伏的上石盒子組之間留下壹個角度不整合面，即所謂稷山運動(劉等，1990)。
晚二疊世晚期，隨著研究區南側俯沖碰撞的加劇，出現了新的隆起區，古沈積坡度由南向北變化，水流方向由南向北變化。因此，在豫西至淮南地區，出現了壹個向北進積的三角洲沈積體系(李保芳等，1989)。在周口凹陷的沈積剖面上，從周參13井至南4井，該段依次出現河流沖積平原、泛濫平原和河口壩、遠砂壩及前三角洲沈積(圖3-8)。
平頂山砂巖段作為辮狀三角洲沈積體系的代表，是壹套板狀交錯層理發育的地層，主要由粗碎屑長石砂巖和長石應時砂巖組成，以辮狀河道和辮狀三角洲充填沈積為主(鄭超等，2003)。豫西平頂山市北部擂鼓臺壹帶平頂山砂巖段厚度可達120m，向西和向北明顯變薄。西至新安施思厚度減薄至30m，北至安陽鉆孔揭露65m，砂巖粒度變細，泥質和粉砂質成分增多。從東到覆蓋區的周口和太康，根據沈州8井和沈州7井的揭露，該段厚度分別為260米和203米，再向東到永城7638井，變薄到118米..整體上是中南部厚、東、西、北薄的花狀砂體。該砂巖段自平頂山南側向東經許昌、周口至沈丘、太和線及其以北地區壹直保存完好，但由於平頂山南部的後期構造擡升和陸內造山運動，被完全剝蝕。
圖3-8晚二疊世晚期石千峰組沈積剖面圖
(根據鄭超等人，2003年)