华北地区在新生代进入了新的构造演化阶段。沉积类型组合与中生代有很大的区别。
一、老第三纪沉积盆地与沉积类型组合
老第三纪，由于太平洋板块向欧亚板块北西西向的俯冲，使华北大部分地区进入大陆裂谷发育阶段，全区分为燕山隆起区、山西隆起区、鲁西隆起区、渤海湾断陷区及南华北断陷区等五个一级构造单元，其中渤海湾断陷区包括下辽河断陷、冀中断陷、黄骅断陷、济阳断陷、临清断陷、沧县断隆及埕宁断隆等二级构造单元，南华北断陷区包括济源-黄口断陷、大康隆起、周口断陷、豫西隆起及徐淮隆起等二级构造单元。
下面就主要断陷盆地的特征及沉积类型组合及其与中生代盆地的叠置关系综述如下（表2-5-2）。
表2-5-2 华北地区新生界划分对比简表
（一）下辽河断陷
下辽河断陷位于渤海湾断陷区的东北角，陆上部分面积约12400km2，北北东向展布，东部为辽东隆起，西接燕山隆起区，北靠内蒙地轴东缘，南临渤海，由大民屯凹陷、西部凹陷、东部凹陷及中央凸起四个次级构造单元组成。受北东向正断裂控制，断陷内堆积了巨厚的老第三系，最厚达5500m左右。主要地层有老第三系房身泡组、沙河街组及东营组等。
房身泡组：下段为玄武岩段，上段为暗紫红色泥岩段，最大沉积厚度大于1200m。
沙河街组四段：为初始成盆期产物，仅在大民屯和牛心坨地区发育，为巨厚的暗色泥岩和规模较大的扇三角洲体系。
沙河街三段：为主要成盆期产物，沉积厚度大，分布范围广，生油岩和储集岩发育。
沙河街二段、一段：为下粗上细的正旋回沉积。
东营组：进入裂谷衰退阶段的过补偿状态，洪泛平原相发育，同时有玄武岩喷发。
（二）冀中断陷
北以宝坻断裂与燕山隆起区相连，西以太行东断裂与山西隆起区相邻，南临邢衡隆起，东邻沧县隆起。面积约28400km2，北北东向展布，由西部凹陷带，中部凸起带及东部凹陷带组成，在中生代隆起的背景上拉张断陷而形成。具有明显的新生性。基底主要由古生界、中新元古界组成，部分地区有中生界。在受北北东向断裂主控下，与早期发育的北西向断裂形成东西分带、南北分块的构造格局。堆积的老第三系主要有孔店组、沙河街组及东营组等。
孔店组下段为早期充填式沉积，沉积了一套杂色砾岩、砂砾岩及红色砂质泥岩；中段为一套蓝灰色的膏泥岩及白云岩；上段为一套杂色砂砾岩与棕红色泥岩间互层。沙河街组是盆地内第三系油田的主力生油层及产油层，沉积厚度大，由若干个湖相沉积旋回组成。东营组分布广泛，厚为0～1500m，为一完整沉积旋回，岩性顶底粗、颜色红，中间细、颜色绿，具有明显的三分性。
（三）黄骅断陷
位于渤海湾断陷区的中部，其西、北、东及南分别被渤海湾盆地内部的沧县、埕宁及沙垒田隆起所围限，沧东、滦河、羊二庄断裂带构成盆地的边界。陆上面积为12000km2，北北东向展布，由10个次级凹陷组成。以海河断裂及羊二庄-扣村基底断裂为界，被分为南、中、北三个区块。孔南地区出现典型的堑垒式结构，而北大港中区则出现掀斜断块结构，至北塘地区则变为北东向斜列的堑垒式结构。
前第三系基底以中生界为主，局部地区为上古生界。与中生代盆地为叠置关系，老第三系为孔店组、沙河街组及东营组。孔店组仍为裂谷初期产物，以红色碎屑岩、湖泊膏泥岩含玄武岩夹层为主。沙河街组为裂谷发育中期产物，形成多套有利的生、储、盖组合。东营组相当于断坳过渡期的产物。
（四）济阳断陷
该区位于渤海湾断陷区的东南隅，陆上面积为26000km2，是在前中生代基底上发育起来的复式沉积盆地。南北分别被鲁西隆起与埕宁隆起夹持，断陷内由东营、沾化、惠民、车镇和埕北凹陷及无棣-义和庄、滨县-陈家庄-青坨子凸起组成，与中生代断陷为叠置型发育。老第三系为孔店组、沙河街组及东营组。
孔店组：岩性三分性明显。孔3段为玄武岩夹泥岩，孔2段主要是湖相砂泥岩，孔1段为红色砂泥岩不等厚互层，顶部有含膏泥岩及薄石膏层。
沙河街组：沙四段下部为河流相砂泥岩，沙四段上部至沙3段为湖相沉积，且以还原深湖相沉积为主，沙2段下部主要是滨浅湖至河流三角洲相砂泥岩互层，沙2段上部为滨浅湖相砂泥岩互层，沙一段为深湖相泥岩、油页岩夹薄层白云岩。
东营组：浅湖相泥岩夹砂岩。
（五）临清断陷
该区位于渤海湾断陷区南部，北为邢衡隆起区，西为山西隆起区，东为鲁西隆起区，南为南华北断陷区，包括莘县、德州-冠县、丘县、南宫、大营镇、巨鹿、南和、邯郸、东濮及汤阴等10个凹陷及堂邑、明化镇、馆陶、广宗、鸡泽、武城及内黄等7个凸起。在中生代断-坳型沉积盆地基础上演化而来，二者呈叠置关系。老第三系包括孔店组、沙河街组及东营组，与渤海湾断陷区其他盆地所不同的是该区老第三系（除东濮凹陷外）以红色碎屑岩为主，生油岩不发育。
（六）济源-黄口断陷
该区位于南华北断陷区的最北部，呈东西向展布。西起济源以东，东至徐州以西，东西长约450km，南北宽约20～50km，面积为11000km2。北界为焦-商断裂，南临太康隆起，自西向东包括济源、中牟、民权、黄口四个凹陷，与中生代盆地为继承性发展，呈叠置关系。老第三系主要有孔店组（黄口凹陷的官庄组），沙河街组的4段、3段、2段（仅在中牟凹陷发育沙1段）及东营组。老第三系主要为一套河湖相砂泥岩，暗色地层较薄，生油条件差。
（七）周口断陷
该区位于南华北断陷区的中部，西接豫西隆起区，北邻太康隆起，东邻徐淮隆起，南为秦岭褶皱带。面积约32600km2，受北西西向与北北东向两组断裂双重控制，由北部凹陷带、北部凸起带、中部凹陷带、南部凸起带及南部凹陷带组成。堆积的老第三系以红色地层为主，生油岩不发育，仅在午阳、襄城、谭庄及巨陵四个凹陷内老第三系的核桃园组为较好生油层。
综上所述，华北地区老第三纪沉积盆地类型简单，以裂谷盆地为特征。在裂陷发育区，一般表现为盆地之下地壳变薄，上地幔隆起、高热流值及高地温梯度等。如渤海湾断陷区地壳厚度为29～37km，地温梯度为33～45℃／ km，重力特征为（10～20）×10-5m／s2，磁场为北东向正负异常。
沉积类型组合表现为裂谷发育初期玄武岩的大量喷发，红色碎屑岩，含膏泥岩建造。裂谷发育中期为欠补偿型暗色湖相砂泥岩建造等特征。地震反射下部为弱振幅、空白反射成层性差的反射单元，反映裂谷初期火山岩及火山-碎屑岩的反射特征。中-上部为中-强振幅中-高频的层状楔形反射单元。砂岩、泥岩、灰岩呈薄层韵律式发育，反映裂谷发育期升降频繁的湖相沉积特征。与下伏地层呈角度不整合接触。
二、新第三纪沉积坳陷与沉积类型组合
新第三纪，华北地区在热沉降及重力均衡作用下，进入坳陷盆地演化阶段。除燕山隆起区、山西隆起区及鲁西隆起区的局部地区接受薄层新第三系沉积外，渤海湾断陷区及南华北断陷区则进入大型统一的陆相坳陷沉积盆地，沉积了一套陆相砂砾岩地层。渤海湾地区构造线仍为北北东向展布，西薄东厚，东部沉积最厚大于3500m，断裂活动及火山活动微弱，在郯庐断裂带附近断裂及火山活动较强烈。南华北地区该期也转向北北东向展布，沉积厚度最厚为1000m左右，断裂活动及岩浆活动微弱。
山西隆起区该期发育新第三纪山西裂谷系。斜列于山西中部呈箕状特征的桑干河、滹沱河、晋中及临汾-运城裂陷盆地，开始接受河湖相砂泥岩沉积。沉积厚度一般在2000～3000m之间，最大厚度为5000m左右。
总之，华北地区新第三纪沉积盆地以坳陷型广盆为主，沉积类型为洪积平原相以类磨拉石建造为主，表现为灰白、浅灰、红棕色等杂色砾岩、砂砾岩及砂泥岩大量发育。地震反射下部为强振幅中-高频平行层状反射结构，席状外形。中上部为中振幅高频平行层状反射结构。