所謂華北地區包括黃河中、下遊以及海河和灤河流域的廣大地區。該區第四紀地層主要分布在上述河流及其支流的河流階地、三角洲、渤海海灘和海成階地所組成的華北平原，以及壹些山間斷陷盆地和河谷兩岸，其中包括太行山、呂梁山、燕山和陰山山嶽地區的壹些山間斷陷盆地和河谷。在華北平原和壹些山間盆地內，第四紀堆積物達到很大的厚度。在第四紀時期內，由於山嶽地區與鄰接的平原和山間盆地地區的差異性升、降運動的發展，在山嶽地區各時期第四紀堆積物的山露情況良好；但在平原和盆地區的早期第四紀堆積物被埋藏於地下，保留得較為完整，具有較好的連續性。華北地區第四紀堆積物的主要成因類型有沖積物、洪積物、湖積物、風積物、冰川及冰水堆積物、海積物等。這些堆積物的巖相特點清晰，並含有大量化石。
上述這些特點非常有利於華北地區第四紀地層的研究。華北地區是我國新生代地質研究（其中包括第四紀地層的研究）進行得最早和研究程度最高的地區。數十年來，國內外許多地學工作者在這壹地區進行了大量的第四紀地層的研究工作，建立了標準地層剖面。華北地區的研究，為中國第四紀地層的研究，打下了良好的基礎。
1.下更新統
（1）泥河灣組
泥河灣組的典型地區位於河北省桑幹河河谷盆地，陽原縣泥河灣村壹帶。泥河灣組是以湖相沈積為主的地層，在底部及盆地邊緣有河流相沈積。沈積物的厚度可能超過600m在盆地中心至今未揭露到底。泥河灣組以灰綠色、灰藍色、灰白色粘土、砂質粘土和泥灰巖層為主；有些地方上部具有淺紅、淺黃、灰黑等雜色砂與砂質粘土層；個別地方發育沼澤相泥炭層；在底部及盆地邊緣有砂、礫石層。細粒的粘土層具完整的大型水平層理；砂礫石層有明顯的交錯層理。含有豐富的淡水軟體動物化石、魚化石及豐富的哺乳動物化石。在壹些層位中發現了半鹹水有孔蟲化石。上述特征表明，泥河灣組是以大型淡水湖泊沈積為主，在某些時期可能有海水侵入。這壹套沈積集中分布於汾、渭地塹的壹些大型斷陷湖盆地中，例如延慶懷來盆地、蔚縣陽原盆地、大同盆地、汾河河谷盆地、渭河河谷盆地、黃河中遊三門峽地區等。
泥河灣組地層中發現了早更新世的長鼻三趾馬-真馬動物群，於是將它與維拉弗朗階對比，成了我國和世界上第四系下更新統的標準地層。
泥河灣動物群（即長鼻三趾馬-真馬動物群）的主要代表如下：
長鼻三趾馬（Proboscidipparion sinensis） 翁氏轉角羚羊（Spirocerus wongi）
三門馬（Eguus sanmeniensis） 中國羚羊（Gazella sinensis）
板齒犀（Elasmotherium sp.） 直隸狼（Canis chihliensis）
納瑪象（Palaeoloxodon namadicus） 中國貉（Nyctereutes sinensis）
巨駱駝（Paracamelus gigas） 國獵狗（Hyaena sinensis）
步氏大角鹿（Eucladoceros boulei） 泥河灣劍齒虎（Megantereon nihowanensis）
四不象鹿（Elaphurus bifurcatus） 丁氏鼢鼠（Myospalax tingi）
中國古野牛（Bison palaeosinensis）
此外，泥河灣組還含有大量軟體動物化石，常見的有下列幾種：螗螺（Limnaea）、平卷螺（Pianorbis）、蜆（Corbicula）、麗蚌（Lamprotula）和楔蚌（Cuneopsis）。
泥河組地尚有許多問題，有待進壹步研究、現據近來壹些工作中獲得的資料簡單介紹如下：
① 泥河灣組下部直接覆蓋在含三趾馬的上新統紅土層之上。在陽原—蔚縣盆地南部壺流河西的蔚縣紅崖村，發現的剖面（圖13-6）中，1975年有人提出含三趾馬紅色粘土礫石層底部有1.7m是冰磧，定為“紅崖冰期”。從而對第四系界線提出推到三趾馬紅土層以下的建議。這個建議尚未被采納。
② 目前測得比較系統的泥河灣組剖面是郝家臺剖面，實際它只是露出地表百余米的地層，並不能代表厚達600m以上的泥河灣組全部
圖13-6 河北蔚縣紅崖村亂石矻塔溝剖面
1—中生代火山巖；2—下第三系；3—上第三系三趾馬層，4—下更新統F部（泥河灣組）灰綠色泥灰巖及砂質粘土
郝家臺剖面位於陽原縣化稍營鄉小渡口東南角（圖13-7），被桑幹河與壺流河切割的湖積臺地上，高出桑幹河147m，地層總厚113m。上部為灰黃色砂質粘土與雜色亞砂土互層；下部為含鈣較多的灰綠、灰白色砂質粘土或泥灰巖與灰黃含礫亞砂土互層。
③在泥河灣村的下沙溝剖面是發現化石比較豐富的地點，含泥河灣動物群的大部分哺乳動物化石。下沙溝剖面相當於泥河灣組上部。它在泥河灣期處於湖積平原與山麓交界處，因而形成壹套砂、礫和砂質粘土的河湖交替相沈積。該剖面***厚43.6m（圖13-8）。
圖13-7 河北陽原郝家臺剖面
1—黃土；2—鈣結核；3—砂；4—砂質粘土；5—泥巖；6—泥灰巖；7—砂礫石透鏡體；8—無脊椎動物化石；9—脊椎動物化石
圖13-8 河北陽原泥河灣下沙溝剖面
1—黃土；2—交錯砂層；3—砂；4—砂礫；5—粘土；6壹鈣結核；7—無脊椎動物化石；8—脊椎動物化石
圖13-9 河北蔚縣東窯子頭東南三裏蔚縣—宣化公路東側第四紀泥河灣海相層實測剖面（據汪品先等）
④目前與這壹層相當的，在懷來盆地的暖泉也發現了半鹹水有孔蟲化石。聯系到華北平原的海相層，很可能在早更新世時的某壹段時間，桑於河的斷陷盆地是和海水相通的。在這時，海水可以沿著某壹通道侵入盆地中，帶入壹些有孔蟲，在淡化半鹹水的特殊條件下，出現壹種變異的有孔蟲並繁殖了壹段時間。發現海相化石的剖面位於蔚縣東窯子頭東南三裏，蔚縣—宣化公路東側（圖13-9）。所含有孔蟲有山西九字蟲（Nonion shansiensis）僅壹屬壹種，但數量很多，占微體化石部分的90%。其余10%有半鹹水介形蟲6屬11種。還有可生活於淡水、微鹹水及半鹹水的瓣鰓類豆蜆（Pisidium）及陸生瓦婁蝸牛。
（2）三門組
這是與泥河灣組可以對比的壹套下更新統河湖相沈積。三門峽位於黃河中遊的斷陷盆地中，北界中條山，南接秦嶺，西通汾渭河谷，東界三門峽谷。在這個盆地中堆積了總厚度約200—900m的河湖相砂礫石層和泥灰巖層，沿河谷兩岸可以見到許多露頭及部面（圖13-10）。這壹地層過去籠統地都稱為“三門系”，1959年根據三門峽第四紀地質現場會議，將原來的“三門系”分為五層，多數人的意見，其中③、④層是下更新統，稱為三門組，①、②應屬於上新統上部，第五層爭論較多，暫列為中更新統。現簡述如下：
⑤砂、砂質粘土層夾礫石層，分布於黃河Ⅱ、Ⅲ級階地之下部。
剝蝕間斷面
④棕紅色砂質粘土層夾粘土、砂及礫石層。粘土質含量較高，含泥化蝸牛化石，沈積以後常遭受侵蝕，分布不廣。 厚60m
③礫石，砂礫、砂的互層。向盆地中心相變為夾粘土的細砂、粉砂層。礫石磨圓度高，主要為石英巖、石英砂巖、砂層中有明顯的交錯層理，含有豐富的蚌殼的哺乳動物化石。 厚70—100m
上新統上部：
② 砂質粘土層夾礫石層或粘土夾砂層，顏色棕紅色，巖性堅實，礫石分選性差，含李氏三趾馬（Hipparion richthofeni）。 厚200—240m
① 底礫巖層，灰白色由石英巖，石英砂巖，石灰巖，片巖及噴出巖組成，礫石分選差，略帶棱角，鈣質膠結堅硬。 厚10—90m
不整合
下復地層為下第三系平陸組
圖13-10 三門峽壹帶的三個剖面（據賈福海）
A—山西平陸黃底河；B—三門峽市東坡溝；C—三門峽夭頭溝剖面及柱狀圖
解放前楊鐘健在東延村下部砂礫層中發現過米諾鼠（Minomys orientalis）這在歐洲是早更新世的化石；卞美年在風陵渡砂層地表上發現過腫骨鹿的下顎骨。解放後發現哺乳動物化石甚多，除壹些層位不明者外，在張峪後溝砂層中發現步氏鹿、原田鼠、鹿、犀牛、鬣狗等，裴氏板齒犀可能從這裏產出。在山西臨猗采集到平額象、三門馬、秀麗黑鹿（Rusaelegans）布氏鹿，四角鹿（Euctenoceros tetroceros）羚羊等。這表明屬於泥河灣動物群。在三門組中還發現現在生活於南亞的龜類（Clemmys sp）植物孢粉資料證明沈積時是森林草原環境，比現在略濕潤的溫帶氣候，屬於間冰期氣候。
在華北，泥河灣組及三門組地層，大部分遭受了構造變動，地層傾斜並發生了斷裂。由此可證明早更新世以後的新構造運動是很激烈的這壹期構造運動在華北稱為“三門運動”
早更新世的“三門運動”及“元謀運動”以後，中部斷陷沈積區的絕大多數斷陷盆地，不再保存湖盆地的古地理面貌。除少數盆地有繼承性的湖泊發育外，多數成為河谷的谷地。發育了不同時期的沖積層或間有其它成因類型的沈積。在中部斷陷區，除了在谷地的沖積層外，由於氣候向幹旱方向變化，在北方地區發育了厚度很大的黃土層。黃土可覆蓋在不同成因類型的沈積物及地形上，其分布區也超出了中部斷陷沈積區的範圍，是以反映氣候分帶為主要特征的沈積層。
2.中更新統
華北地區中更新統，過去稱為周口店組，自從“藍田猿人”化石發現以來，產藍田人化石的泄湖組也成了壹個標準地點，而且由於藍田公王嶺人化石較“北京猿人”老壹些，所以泄湖組下部的時代可能也較早壹些。
（1）泄湖組 標準地點在陜西藍田的塬上和灞河的第Ⅲ、Ⅳ級階地上。沈積物的性質和成因，最主要的有兩大類，即河流沖積的礫石層和紅色土。前者分布於灞河沿岸，特別是灞河右岸，在稠水河、安溝及公王嶺等地礫石層厚達40米左右，向西北逐漸變薄，以至尖滅；後者分布於黃土塬及灞河的Ⅲ、Ⅵ級階地上。根據脊椎動物、埋藏土與剝蝕面，可以分為上、下兩部分：
泄湖組下部 在黃土塬區，為黃褐色黃土狀砂質土，含大塊鈣質結核，埋藏土壤A、B層顏色不明顯，產狀基本上與第四紀前基本壹致。此外，在黃土塬區下層，還有壹套具水平層理的褐色砂質土和亞粘土沈積，與下伏地層呈不整合接觸，可能是黃土塬區古老沖溝的產物。分布在灞河階地的有礫石、砂質上和紅色亞粘土層，與下伏的第三系呈不整合接觸，礫石層近於水平，在受新構造破壞區礫石層發生變位，並有斷裂發生。
泄湖組上部 上層是棕紅色或紅褐色黃土狀砂質土，鈣質結核常富集成網狀，有時連成條帶，埋藏土壤A、B層顏色鮮艷，表面起伏，可具有10°左右的傾角；下層亦為黃土狀土，鈣質富集成板狀，埋藏土壤A、B層顏色淡。堆積範圍較小。
在藍田地區，“藍田猿人”化石在兩個地點發現，壹是公王嶺，另壹地點是陳家窩村。它們分別屬於泄湖組的上部和下部（圖13-11）。
從泄湖組各處剖面對比看，泄湖組有以下特征：
① 泄湖組下部沈積了河流相沈積物，在塬上為古沖溝沈積；②泄湖組上部主要是土狀沈積；③泄湖組上部埋藏土壤顏色較鮮艷，鈣質結核零星；下部埋藏土壤顏色淡，鈣質結核呈板狀；④黃土塬上泄湖組上、下部產狀不壹致，上部傾角10°—15°，下部近於水平，兩者之間有剝蝕面；⑤泄湖組上部化石與“北京猿人”化石地點接近，公王嶺動物群則介於泥河灣動物群與周口店動物群之間，且更接近於後者；⑥公王嶺下部礫石層的時代可能屬中更新世，也可能屬早更新世。對礫石層的成因，也曾引起壹些爭論，壹種意見認為是水流沈積，另外也有人提出是冰磧層，並且稱作“公王嶺冰期”。看來要把“公王嶺冰期”確立起來，還應作細致的工作。
圖13-11 公王嶺“藍田人”化石產地—水子溝口剖面及藍田泄湖組柱狀對比圖（據賈蘭坡等簡化，1964年）
（2）周口店組 周口店組曾作為我國華北中更新統標準地點，它是位於北京房山區周口店的洞穴堆積。在周口店地區，裂隙及洞穴堆積甚多，周口店組是指“北京猿人”化石產地周口店第壹地點的洞穴堆積而言，其沈積巖性很難與洞穴外對比，然而它含有極豐富的哺乳動物化石，周口店組的哺乳動物群，稱之為中國猿人—腫骨鹿動物群，是我國北方的標準動物群。
周口店第壹地點物物化石名單：
北京猿人（Sinanthropus pekinensis） 居氏大河貍Trogontheriumcf.cuvieri
後丁氏鼢鼠 Myospalax epi-tingi 虎 Felis cf.tigris
鼢鼠 Myospalax sp. 豹 Felis pardus
竹鼠 Rhizomys sp. 獵豹 Cynailurus sp.
豪豬 Hystrix subcristata 納瑪象 Palaeoloxodon cf.namadicus
狼 Canis lu pus 三門馬 Equus sanmeniensis
變種狼 Canis lupus var.variabilis 梅氏犀 Rhinoceros mercki
中國貍 Nyctereutes sinensis 披毛犀 Coelodonta antiquitatis
豺 Cuon alpinus var.antiqua 李氏野豬 Sus lydekkeri
洞熊 Ursus spelaeus 巨駱駝 Paracamelus gigas
熊貓 Ailhuropoda sp. 葛氏斑鹿 Pseudaxis grayi
獾 Meles cf.leucurus 腫骨鹿 Megaloceros pachyosteus
貂 Martes sp. 德氏水牛 Bubalus teilhardi
中國鬣狗 Hyaena sinensis 野牛 Bison sp.
洞穴鬣狗 Crocuta ultima 翁氏轉角羚羊 Sipirocerus cf.wongi
劍齒虎 Megantareon inexpectatus 羚羊 Gazella sp.
這壹動物群的特點是：代表第三紀殘留種屬有的已滅絕，如三趾馬，但有極少數的殘留種，如劍齒虎。出現了中更新世代表種屬，如腫骨鹿、中國鬣狗、居氏大河貍等。也有些更現代化的種屬，如狼、狐、猞猁、駱駝等。
周口店第壹地點，解放前及解放後五十年代的發掘，揭露地層厚達40m，***劃分了十三層（圖13-12）。從探井底部揭露出紅粘土礫石層，稱為“底礫石層”。1978—1979年，在對周口店進行綜合研究過程中，揭露了探井中厚達10m的地層，繼續按原劃分的十三層再向下劃分出第十四至第十七層。原稱為“底礫石層”者是第十四層。
第壹層 粗角礫巖層。 厚約3m
第二層 石灰華層，為膠結堅硬的粉紅色土，位於洞的最高處。含有化石、石器及人類的材料。 厚約1m
第三層 不規則的巨大角礫巖層，含有極大的石灰巖塊，是洞頂崩塌造成的，下部較軟的堆積物受巨石壓力，有折曲現象。 厚約3米
第四層 為壹極厚的紅、黃、紫、黑色細土層。黑色者為炭灰。紅黃、紫色是受了烘烤的泥土。該層發現的石塊及化石，也都經過火燒烤，改變了顏色和形狀。這壹層化石以嚙齒類最多，由於有較多的石器存在，因之稱為“上文化層”。 西部厚約6米，至東部尖滅
第五層 含化石的黑色硬灰層，壹部分為角礫巖層或“上文化層”的底部。 西部漸變為厚約壹米的石鐘乳層，東部漸薄而消失
第六層 含化石的角礫巖層，內有大石塊，石器很少。
第七層 深灰色松散砂層。化石保存完好，以野豬為最多，鹿次之，肉食類較少，其它如水牛及水獺等都發現在這壹層理。 此層西部較厚，約壹米，東部漸薄
第八及第九層 為不規則的角礫巖層，其中夾有薄灰燼層，化石豐富，且較完整。有鹿、豬、馬、犀、狼、狐及鬣狗。這兩層的石器及人類化石也最多，因此稱為“下文化層”。 厚約6m
第十層 上部為含化石的紅色土層，下部為灰燼層。 厚約2m
第十壹層 為含化石的角礫巖層。 厚約2m
第十二層 紅色粗砂層，含小礫石和化石碎塊，化石碎塊受磨蝕。 厚約2m
第十三層 紅色粘土層夾紅色或灰色砂透鏡體，底部有巨大石灰巖塊。 厚約2m
第十四層 棕紅色粘土質砂及礫石混雜的粘土礫石層。下部礫石減少，星散於粘土之中。該層即過去所稱“底礫石層”。因上部被掘去並已填土，不能正確估計其厚度。 可見厚約4m
第十五層 棕紅色粗砂礫石層及含礫細砂層。 厚約1m
侵蝕面
第十六層 灰色薄層狀具平行層理的粉砂層，產狀傾斜，80°（10°）上部有明顯的侵蝕面的痕跡。厚約1.5m
第十七層 黃棕色粗砂礫石層，未見底。可見厚度約1m
根據對這十七層的綜合研究，包括年代學沈積環境、古氣候及古生物的研究，將侵蝕面以下的第十六、十七兩層劃為下更新統，第十四、十五層為距今0.7—0.8Ma的中更新統早期，相當於公王嶺藍田猿人產出層位，命名為“龍骨山組”。第十三層以上為“周口店組”。並按氣候演變劃分為五段。
對周口店地區洞穴內外對比研究，建立了這壹地區晚新生代以來的地層系統（表13-2），可以作為對比我國北方的第四紀地層的參考。
圖13-12 周口店第壹地點剖面（據賈蘭坡）
1—角礫巖；2—灰燼；3—石灰華；4—砂；5—紅色土，6—泥砂；7—礫石；8—石灰巖
表13-2 周口店地區晚新生代地層簡表
續表
*據孔昭宸、張子斌等
圖13-13 山西襄汾丁村第四紀地質剖面及98地點剖面圖（據裴文中、賈蘭坡）
3.上更新統
（1）丁村組 丁村剖面位於山西省襄汾縣丁村至柴莊間的汾河沿岸。因剖面中挖掘出大批脊椎動物化石，人類化石及文化遺物而馳名。後來又發現了壹個幼年人顱骨。對古人類研究提供了新資料。
丁村組沈積屬河湖相沈積（圖13-13），位於汾河河谷第三級階地上，上覆微紅色黃土（紅色土上部）。
丁村組的砂礫層中所含脊椎動物化石很豐富，主要有方氏鼢鼠、野驢、野馬、納瑪象、梅氏犀、披毛犀、葛氏斑鹿、原始牛、轉角羚羊、羚羊等24種；還有魚類、瓣鰓類化石。從動物群性質看，比周口店第壹地點的北京人——腫骨鹿動物群要晚。所發現的丁村人為較直立人進化的“古人”，其創制的石器有第二次加工痕跡。所以它的時代應晚於中更新世周口店期，應歸入上更新世早期。在1959年地層會議上作了這樣的暫定，但是壹直有人認為丁村組應屬於中更新世。
（2）薩拉烏蘇組 該組最初發現於內蒙古河套南部烏審旗和陜北格林等地，為河湖相沈積，常構成二、三級階地。由於在這壹地層中發現了“河套人”化石，脊椎動物化石又很豐富，為我國北方上更新世標準動物群——薩拉烏蘇動物群。
各層均為連續沈積，層中發現了豐富的動物化石，薩拉烏蘇動物群稱赤鹿—最後鬣狗哺乳動物群，動物名單如下：
披毛犀 Coelodonta antiquitalis 野驢 Equus hemionus
野馬 Equus przewalskyi 轉角羚羊 Spirocerus kiakhtensis
雙峰駱駝 Camelus knoblochi 普氏羚羊 Gazella przewalskyi
赤鹿 Cervus canadensis 盤羊 Ovis ammon
鄂爾多斯大角鹿 Megaloceros ordosianus 諾氏象 Palaeoloxodon namanni
王氏水牛 Bubalus wansijocki 最晚斑鬣狗 Crocuta ultima
原始牛 Bos primigenius 野豬 Sus scrofa
薩拉烏蘇組的剖面，最早是德日進測得。相當於薩拉烏蘇組的地層，目前發現地點很多，整個黃河中遊及華北地區幾乎都有分布。
薩拉烏蘇組的巖性為黃、灰黃、灰綠色粉細砂，夾含鈣質結核的黃土狀砂質粘土及粘質砂土。具有水平層理及交錯層理。剖面情況如圖13-14所示。
圖13-14 薩拉烏蘇河地層剖面圖（據P·德日進）
1—風成砂丘；2—黃土；3—淡水沈積；4—砂層；5—砂質粘土；6—風化層；7—脊椎動物化石；8—石器；9—軟體動物化石；10—剝蝕階地及沖積階地
薩拉烏蘇組的底部砂層中含河套人（Ordos man）和大量脊椎動物化石，重要種屬有洞穴鬣狗、披毛犀、野驢、蒙古野馬、赤鹿、河套大角鹿、納瑪古象等，還有駝鳥。並發現了尖狀器、刮削器、雕刻器等舊石器。
薩拉烏蘇動物群與丁村動物群相比，有壹些代表古老時代的動物，如原齒象、梅氏犀、大型馬等都已絕滅。堆積物中大批“細石器”的出現，標誌著向中石器時代過渡的象征。所以薩拉烏蘇組是晚於丁村組的上更新統地層。在許多地方又發現薩拉烏蘇組上面覆蓋著厚度不等“馬蘭黃土”
（3）遷安組 該組標準地點是河北遷安爪村，位於灤河第二級階地上，為河流沼澤相沈積。其中發現了大量的脊椎動物化石，與薩拉烏蘇動物群相當。
遷安組地層剖面（圖13-15）是沖積亞砂土層，中夾有厚1.2—2m的沼澤相黑土，其中含豐富的脊椎動物化石。
遷安組中脊椎動物化石主要有披毛犀、野驢、野豬、赤鹿、轉角羊、原始牛、納瑪象等。所含軟體動物及介形蟲很豐富。孢粉分析結果證明，爪村的上更新統遷安組，大約相當於晚更新世的壹次冰期。從孢粉資料可分為三個帶（表13-3）。脊椎動物繁盛時期相當於孢粉劃分的較溫暖的間冰階，其中也還有喜冷的披毛犀化石。哺乳動物種類比較單純，是典型的北方動物群。
圖13-15 遷安爪村灤河南岸階地剖面示意圖（示哺乳動物化石產物）（據裴文中等）
1—基巖；2—沖積物（礫石及砂）；3—沖積物（砂質上）；4—坡積物；5—沼澤堆積（黑土）；6—沖積物（亞砂土）；7—化石產地底部碎石層；8—沖積物（砂）；9—化石產地
表13-3 遷安爪村“遷安組”孢粉分析反映的氣候變化
（據地質科學院地礦所新生代孢粉組資料）
（4）華北平原第四紀地層 根據華北平原鉆探巖心第四紀堆積物的礦物學、巖石學及其中所含生物殘骸的研究結果，可以分出四個冰期、三個間冰期和壹個冰後期的堆積物。華北平原第四紀堆積物主要是源出或流經平原西面和西北面的黃土高原和山區，有黃河、海河和灤河等河流的幹流及其支流搬運沈積下來的。
在第四紀冰期與間冰期的交替過程中，形成了冰期堆積物和間冰期堆積物的交替順序。華北平原第四紀堆積物的主要類型是冰川及冰水堆積物、沖積物、洪積物、海積物、湖沼堆積物、殘積物等。由太行山、燕山山區經山麓、山前地帶向平原和海濱方向去，第四紀堆積物的顆粒由粗變細。由於華北平原在第四紀過程中是壹個斷陷堆積平原，所以，第四紀堆積物被較完整地保留在埋藏剖面中。華北平原基底各個部分的斷陷運動的強度是不壹致的。第四紀堆積物的厚度，隨平原基底各個部分斷陷運動的發展而不同。在斷陷運動劇烈發展的部分，第四紀堆積物的厚度可達1000m以上，大部分地區的壹般厚度在5—700m之間。
華北平原第四紀地層的基本順序如下：
第壹冰期堆積物 山麓和山前平原多為紫色冰川泥礫和粘土；平原中部和海濱地帶多為紫紅色的冰水砂礫、砂和粉砂層，含暗針葉林及草甸沼澤植被孢子花粉。喜冷植物雲杉及雪杉孢粉含量高達51%。計算當時年平均溫度較現時低達10℃左右，年平均溫度在0℃以下。
第壹間冰期堆積物 第壹冰期堆積物頂部被風化形成的鐵、錳鋁土質殘積物（埋藏風化殼）；在斷陷運動劇烈發展的地區和壹些古河床中，出現沖積物和湖沼堆積物；在海濱地帶出現海積物。含闊葉林或針闊葉混交林孢粉，在壹些地方山毛櫸含量高達15—22%。計算年平均溫度10—11℃。
第二冰期堆積物 山麓和山前平原地帶為紅色冰川泥礫和粘土；平原中部和海濱地帶為埋藏冰水砂礫、砂和粉砂層。暗針葉林及草原帶孢粉。雲杉及冷杉孢粉達47.5%。
第二間冰期堆積物 發育於第二冰期堆積物頂部的鐵錳質殘積物（埋藏風化殼）；在埋藏古河道、斷陷運動劇烈的部分和海濱地帶出現沖積物、湖沼堆積物和海積物。針闊葉林草原帶。推定年平均溫度為12℃左右。
第三冰期堆積物 在山麓和山前平原地帶為褐色冰川泥礫和冰水砂礫、砂和粉砂層。在平原中部和海濱地區為冰水砂礫、砂和粉砂層。粉砂在壹定程度上黃土化。暗針葉林草甸沼澤至針葉林草甸沼澤。雲杉及冷杉占46.46%—14%。
第三間冰期堆積物 發育在第三冰期堆積物頂部的鐵、錳、碳酸鹽質殘積物（古風化殼）。埋藏古河道、斷陷運動劇烈發育的部分，出現沖積物、湖沼堆積物，在海濱地帶出現海濱堆積物。針闊葉林草原至針葉林草原。計算年平均溫度8—10℃。
第四冰期堆積物 埋藏的冰水砂和砂層，粉砂輕微黃土化。暗針葉林草原帶孢粉。雲彬、苔蘚植物多。計算年平均溫度較現時低11—13℃。
冰後期堆積物 主要為河漫灘堆積物，主要為粉砂和細砂，在壹些地方出現湖沼堆積物；在海濱地帶分布著海濱堆積物。在壹些河間地帶，出現埋藏的碳酸鹽質風化殼和古土壤。
根據海相堆積物以及其中有孔蟲和介形蟲的研究，可以確定華北平原存在著六次海進和壹次推定的海進。分別命名為渤海海進、海興海進、黃驊海進、青縣海進、滄西海進、獻縣海進和泡東海進。這些海進皆發生於間冰期或間冰階和冰後期內。其中滄西海進的14C年齡為22900±1100a，獻縣海侵的年代為距今8500—5500a，滄東海侵距今5000—3500a。
華北平原第四紀堆積物中夾有玄武巖和凝灰巖，火山堆積物古地磁年代學測定結果如下：更新世初，相當於古地磁年表中的Mammth事件，距今3.05—3.15Ma；第二冰期、第二間冰期交界線，相當於Olduvai事件，距今1.67—1.90Ma；第三冰期—第三間冰期交界，大致相當於Brunhes-Matuyama磁世之間，距今0.7—0.9Ma。