冀北地区的土城子期沉积发育较好，岩性较为单调，但与辽西地区相比，火山物质大大增加，有些地区甚至夹有火山熔岩。整个岩系以红杂色河湖相砾岩、砂岩、砂泥岩为主，间夹火山碎屑及中酸性火山岩层，没有见到风成沙漠沉积。它们虽然在总体上也是在晚侏罗世早期干旱气候控制之下，但在某些地区或某些时期则以半干旱气候为主。按岩性特征大体上也可划分为下、中、上三部分：下部为暗紫、紫红和紫褐色砾岩、凝灰质砾岩及含砾粗砂岩，夹砖红、紫红色粉砂质页岩、粉砂岩和凝灰岩；中部为紫红、砖红色间夹灰绿色砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩、页岩及少量含砾粗砂岩，夹流纹岩、安山岩及凝灰岩；上部为紫红色厚—巨厚层砾岩、砂砾岩，夹粗面岩、流纹岩、安山岩和凝灰岩，砂岩、粉砂岩中有时夹有炭质页岩及煤线，个别地点可能还夹有薄层劣质煤。岩层总厚各地不一，变化于160～4425 m之间。其下与中侏罗统髫髻山组为假整合接触，其上被张家口组中酸性火山岩假整合覆盖。不同地区的岩性、岩相、厚度变化不一，以下选几个有代表性剖面分述如下。
1.平泉杨树岭上侏罗统土城子期沉积剖面
（1）剖面描述
河北地质局区调二队（1976）在1∶20万区调报告中认为平泉杨树岭上侏罗统原后城组剖面缺失一段和二段下部的岩层。经本次建阶研究，对该剖面进行复查后，认为其层序基本上是全的，所以对剖面的岩性段作了调整，并对剖面分层描述如下（图1-4-6）：
上覆地层：上侏罗统义县阶凝灰砾岩
不整合
上侏罗统 土城子组 总厚1095.10 m
三段厚819.90 m
17.灰色砾岩 72.6 m
16.褐灰、灰色砂岩夹砾岩 60.6 m
15.褐灰、灰绿色泥岩夹灰色细砂岩 49.8 m
14.灰色含泥钙质团块泥质粉砂岩 12.6 m
13.褐灰色砂岩夹砾岩 88.8 m
12.灰、褐灰色砾岩夹含砾粗砂岩 80.07 m
11.褐灰色砂岩夹砾岩101.2 m
图1-4-6 河北平泉杨树岭土城子组实测剖面
10.灰色中薄层砂岩11.0 m
9.灰绿色薄层泥岩。底部含叶肢介 Beipiaoestheria yangshulingensis（=Yanshanoleptestheria yangshulingensis Wang，1984），B.minor（=Yanshanoleptestheria minor Wang，1984），Mesolimnadia cf.jinlingsiensis，M.cf.recta 和介形虫化石：Mantelliana reniformis，M.banqiaoensis，M.yangshulingensis，Eoparacypris pingquanensis，Stenestroemia pingquanensis，S.yangshulingensis，Darwinula yangshulingensis 等，共生的还有叶肢介和植物等69.9 m
8.绿黄色泥质粉砂岩夹褐色粉砂质泥岩。泥岩中含叶肢介和介形虫化石 Djungari-ca dorsalta，D.subpostacuminata，D.yangshulingensis，D.pingquanensis，Eopara-cypris pingquanensis，Stenestroemia yangshulingensis 等70.3 m
7.灰绿色砂岩79.0 m
6.褐灰色细砂岩与泥质粉砂岩互层，泥质粉砂岩中含叶肢介和介形虫化石，介形虫有 Djungarica yunnanensis，D.dorsalta，D.yangshulingensis，D.subpostacumi-nata，Mantelliana banqiaoensis，M.subreniformis，M.obliquovata，M.reniformis，Da-monella ovata，D.depressa，D.orbiculata，D.suborbiculata，D.?subquadrata，Eop-aracypris pingquanensis，Darwinula yingshugouensis（sp.nov.）等1.80 m
二段厚62.30 m
5.褐灰色砾岩62.3 m
一段厚267.50 m
4.灰色泥质粉砂岩夹含砾粗砂岩51.7 m
3.褐灰色细砂岩夹泥质粉砂岩213.5 m
2.灰褐色含砾粗砂岩16.1 m
1.紫褐色砾岩36.2 m
不 整 合
下伏地层：下奥陶统冶里组浅灰色白云质灰岩
（2）沉积旋回及相分析
杨树岭土城子期沉积剖面的旋回及沉积相（图1-4-7）等，大体上与辽西地区土城子阶标准剖面是可以对比的。
Ⅰ级沉积旋回底部以下奥陶统冶里组与土城子阶底部砾岩之间的不整合面为底界，其顶部则以与义县阶底部凝灰质砾岩以下的不整合面为顶界，两个界面之间的沉积代表土城子阶地层的Ⅰ级沉积旋回。Ⅰ级旋回中包括两个Ⅱ级旋回（Ⅱ1—Ⅱ2），代表由粗到细的两个充填序列。
图1-4-7 河北平泉杨家岭土城子期沉积充填系列
Ⅱ1旋回，大体相当于土城子阶下部（岩石地层单位的下段）沉积，它包括两个Ⅲ级旋回（Ⅲ1—Ⅲ2）。Ⅲ1旋回代表下奥陶统冶里组白云质灰岩沉积之后，地壳上升，在长时间遭受剥蚀的古老风化面上，直至晚侏罗世早期才开始下沉接受土城子阶底部砾岩沉积，这套沉积与山麓冲积扇沉积相相当，下部的粗碎屑砾岩为扇根，上部的含砾粗砂岩相当于扇端亚相。经过大面积的冲积扇充填后，古地形开始准平原化，形成贮水洼地，出现湖泊相沉积，但水体很浅，沉积物以细、粉砂岩为主，偶夹泥质粉砂岩，水平层理相当发育，可能为滨湖亚相，上部偶尔有含砾粗砂岩出现，可能为砂堤或砂坝，但时间和空间不大，故未单独分出。整个土城子阶下部沉积迄今尚未发现可供鉴定的生物化石。
Ⅱ2旋回相当于土城子阶的中部和上部沉积层（岩石地层单位的中段和上段）。其中包括多个Ⅲ级沉积旋回（Ⅲ3—Ⅲ11）。
Ⅲ3沉积旋回，代表Ⅱ2旋回最底部的粗碎屑砾岩沉积，可能属于一次较大的暴洪冲积扇。在冀北地区土城子阶中部沉积的底部没有像辽西地区的较大相体系转换面，因为这里始终没有出现风成沙漠相沉积。
Ⅲ4—Ⅲ5两个旋回由连续的水进转换面构成湖泊相，由滨湖转向浅湖亚相。在这两个沉积亚相中含有较丰富的叶肢介、介形类及少量植物化石。浅湖亚相代表本区最大的湖泛期。
Ⅲ6旋回相当于一次最大湖泛后，水位开始下降，湖水变浅，沉积碎屑颗粘变粗，主要由不同粒级的砂岩组成，偶尔出现边滩或砂坝，夹有少许的砾岩或砂砾岩层。
Ⅲ7—Ⅲ8沉积旋回，由滨湖亚相转向河流相沉积，Ⅲ7以粗碎屑的砾岩为主，磨圆较好，具有一定的分选性，夹有粗砂岩层，它们可能代表河道中的滞流沉积物。向上（Ⅲ8）沉积物的颗粒变细以砂岩为主，间夹有少量砾岩层，可能代表河漫或边滩的环境。
Ⅲ9旋回代表又一次的水进，形成滨浅湖亚相。不久滨浅湖水位逐渐降低，露出大面积的湖岸，形成边滩，可能局部在洪泛期有冲积相的砾石带入（Ⅲ10）。
Ⅲ11旋回，代表在强烈干旱气候影响下，湖水可能已干枯，由于暴洪出现，形成较大规模的洪积扇相，由此结束本区土城子阶的沉积。
2.北京延庆花盆盆地土城子期沉积旋回
该盆地土城子期沉积发育较好，萧宗正等（1994）曾详细地测制了地层剖面。在本次研究中，我们对该剖面进行了实地观察并补采了化石，但通过与辽西地区土城子阶典型剖面对比之后，认为在岩石地层单位中，岩性段的划分应作适当调整。萧宗正等在花盆盆地的土城子阶剖面之上，用柏木井—佛爷顶剖面增补了第4岩性段，该段地层是否确属土城子阶上部沉积层尚需进一步研究证实，所以在本文中未作引用。
（1）延庆花盆盆地土城子期沉积剖面
该剖面（图1-4-8）从花盆西山经后山，至原乡政府北山，全长约3 km，岩层总厚约1150 m。
上覆地层：未见顶部层
土城子阶 总厚1150.80 m
上部 厚234.10 m
37.灰紫色厚层含砾粗砂岩 11.6 m
36.紫色薄层粉砂岩 3.1 m
35.紫灰色厚层含砾粗砂岩 5.2 m
34.灰紫色薄—中厚层粉砂岩与粗砂岩互层 11.2 m
33.紫灰色中厚层—厚层含砾粗砂岩 14.8 m
32.灰紫、灰绿中厚层—厚层凝灰质含砾砂岩 45.5 m
31.杂色中厚层砂岩17.5 m
图1-4-8 北京延庆花盆盆地土城子阶实测剖面
30.灰紫色厚层含气孔粗安岩15.4 m
29.紫色中厚层粉砂岩19.6 m
28.紫色中厚层含细砾沉凝灰岩38.9 m
27.紫灰色巨厚层粗面角砾熔岩51.3 m
中部厚27.60 m
26.紫灰色巨厚层砾岩127.6 m
下部厚789.10 m
25.紫、棕黄色含砾粗砂岩与紫色粉砂岩互层52.4 m
24.紫色中厚层粉砂岩夹灰绿色粗砂岩152.1 m
23.黄绿色薄—中厚层细砂岩13.9 m
22.土黄色厚层砾岩夹含砾粗砂岩11.7 m
21.土黄色厚—巨厚层含砾粗砂岩14.1 m
20.紫色薄—中厚层粉砂岩35.7 m
19.紫灰色厚层含集块角砾岩6.9 m
18.褐黄色厚层含砾粗砂岩夹杂色细砂岩41.6 m
17.紫、灰绿色薄与中厚层粉砂岩互层，底为厚层中粗粒砂岩32.5 m
16.黄绿色薄层细砂岩与中厚层中粒砂岩互层28.6 m
15.棕色厚层中粒砂岩10.9 m
14.黑色薄层页岩，含叶肢介、昆虫及植物化石，叶肢介有 Euestheria sp.；昆虫有Rhipidoblattna；植物有 Coniopteris sp.及鱼骨碎片等31.4 m
13.灰绿色薄层粉砂岩，含双壳类化石 Unio，Margaritifera 10.0 m
12.棕黄色厚层粗砂岩5.0 m
11.杂色薄层凝灰质细砂岩，含硅化木 Xenoxylon 77.0 m
10.杂色厚层含砾凝灰质粗砂岩7.0 m
9.灰绿色薄层凝灰质细砂岩夹凝灰质粗砂岩20.4 m
8.紫色厚层晶屑粗砂岩夹凝灰质细砂岩67.0 m
7.紫、绿色薄层凝灰岩夹晶屑粗砂岩37.0 m
6.浅绿色厚层石英粗面质凝灰岩夹粗安质角砾凝灰岩45.1 m
5.紫色中厚层凝灰岩夹晶屑粗砂岩16.2 m
4.绿色厚层晶屑粗砂岩23.0 m
3.紫色薄层凝灰岩夹中厚层晶屑粗砂岩14.7 m
2.紫色厚层晶屑粗砂岩16.3 m
1.紫色中厚层玻屑凝灰岩17.6 m
不 整 合
下伏地层 中元古界雾迷山组白云岩
本剖面11～14层内产双壳类、叶肢介、昆虫、植物及硅化木等化石。双壳类有Unio lufengensis，U.crassus，U.grabaui，U.obrutschewi，U.cf.submoldavicus，U.cf.huainingensis，U.clinovata，U.yanqingensis，U.subtriangularis，Margarittifera tugrigensis，M.isfarensis，M.antique，Mengyinaia mengyinensis，M.huapenensis Shan；叶肢介化石丰富；昆虫化石有Triassoblatta fussiformis，T.damiaoliangenssi，Rhipidoblattina（Canaliblatta）hebeiensi，Fusoblatta arcuata，F.cf.arcuata，Sinonitidulina liugoensin，S.sp.，Necrotaulius sp.，Necropsus paludis，N.sp.；植物化石有Coniopteris hymenophylloides，Ginkgoites sp.，Pityophyllum sp.，Elatides sp.，Podozamites sp.及硅化木Xenoxylon latiporosum，X.sp.，本次研究中补采到Brachyphyllum sp.及Pagiophyllumsp.，Pityolepis sp.等植物碎片。上述化石名单因未经核实，仅供参考。
（2）沉积旋回及沉积相
花盆盆地土城子期的沉积旋回及沉积相（图1-4-9），与辽西地区该阶典型剖面大体上亦可进行对比。
Ⅰ级沉积旋回的底界与下伏中元古界雾迷山组白云质灰岩所构成的不整合面为界，但顶界由于未见到直接覆盖层而不明。推测在此剖面顶部因遭受剥蚀而岩层未能全部保存。Ⅰ级旋回中大体上也可划分出2个Ⅱ级旋回（Ⅱ1和Ⅱ2）。
Ⅱ1沉积旋回相当于土城子阶下部（岩石地层单位的土城子组下段）沉积层。Ⅱ1旋回下部（Ⅲ1—Ⅲ2）由湖泊相沉积构成，上部则为河流相沉积（Ⅲ3—Ⅲ5）。Ⅲ1旋回底部缺乏不整合面之上常常会出现的粗碎屑打底的河湖相砾岩层。这可能是因断层切割而缺失的，因为在此剖面与下伏古老岩层接触部位存在有较大的断层（参见剖面图）。所以沉积旋回一开始就进入了湖泊相的滨湖亚相。由于湖水有两次连续水进使湖水不断加深，由滨湖逐渐过渡为滨浅湖，最后达最大的湖泛期而形成浅湖。在滨湖和滨浅湖中均含有较多的火山碎屑物质及火山灰，生物贫乏，化石较为稀少，仅见到有些硅化木的断块出现。但在浅湖亚相中发现有较丰富的多门类化石，如叶肢介、双壳类、鱼和昆虫等及少量植物化石。在沉积物中的有机质含量较高，出现有较厚的炭质泥岩或页岩，偶见夹有煤线，表明当时在湖泊的周围存在着较发育的植被，所以这里的环境，虽然是处于大环境中干旱气候条件的控制下，但在花盆一带，包括千家店下德隆湾地区曾生长有乔木状的异木属（Xenoxylon）森林。这反映出此时在花盆地区的小生态环境中曾保持有一度的温热而半潮湿的气候。Ⅲ1旋回的晚期，湖水逐渐减少，水位降低，最后又被滨湖亚相所取代（Ⅲ2）。Ⅱ1旋回的上半部（Ⅲ3—Ⅲ5），由于湖盆的不断萎缩或干枯，渐渐转换成河流相沉积。经过多次河床—河漫滩、心滩或边滩的转换。
图1-4-9 北京延庆花盆地区土城子期沉积充填序列
Ⅱ2沉积旋回相当于土城子阶的中部和上部（岩石地层单位的中段和上段），包括有4个Ⅲ级旋回（Ⅲ6—Ⅲ9）。Ⅲ6旋回以暴洪强水流携带粗碎屑砾石为特征，形成巨厚的洪积扇，大量的砾石滞留于河床河道之中。Ⅲ7旋回代表暴洪之后，水动力大大减弱，大量的火山灰落入河漫滩而形成的泥砂岩，偶尔含细砾。Ⅲ8旋回主要为火山喷发的中酸偏碱性的粗面岩类堆积下来，形成火山岩喷发岩相。Ⅲ9旋回代表火山喷发间歇后的河流相沉积，主要为一套含砾的粗砂岩堆积，它们可能是经受后期剥蚀后残留的岩层。
在这条剖面上，土城子阶下部沉积，与典型剖面相似，中部沉积层亦可比较，只是上部沉积因后期剥蚀、破坏，显得厚度太小，它们与副层型剖面相比，缺乏风成沙漠相沉积，而是以河流相夹火山岩层为代表。
3.滦平盆地长山峪土城子期沉积旋回
在冀北地区，介于延庆和平泉之间的承德地区，土城子期沉积分布很广，如承德盆地、滦平盆地、寿王坟盆地及密云新城子一带大面积分布。本区土城子期沉积的特点是厚度大，出露好，地层稳定，地貌独特，山高谷深，造型美观，如著名的承德风景区的“棒槌山”、双塔山等都属土城子阶的产物。
在这里，土城子期沉积为一套紫红、灰紫色块状复成分砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩沉积。在岩石地层中，河北省区域地质矿产勘查开发局（2000），按岩性自下而上分为5段，1、5段为砾岩，2、4段为砂岩，3段为泥岩。从宏观上看，这里的土城子阶是下部和上部岩性粗，以砾岩为主，中部岩性较细以砂泥岩为主。这样的充填序列与辽西有所不同。后者是中部岩性较粗以砾岩为主，而下部和上部较细以砂泥岩为主。这可能是由于各地区及各盆地构造、古地理等的背景不同而引起的。
现将滦平（A）、寿王坟（B）及承德（C）3个主要盆地土城子期沉积岩性分布（相当于岩石地层单位中的段）示意如下图（图1-4-10）。
在本文中，我们根据辽西地区典型剖面与各地区的对比关系，将本区的土城子阶划分为上、中、下三部分。下部包括岩石地层的1～3段，中部相当于4段，上部相当于5段。
4.滦平长山峪土城子阶剖面
在承德地区各盆地中，以滦平长山峪土城子阶发育最好，层序最全，具有代表性。现将剖面（图1-4-11）分层描述如下：
上覆张家口组：灰紫色流纹质凝灰岩
假整合
-土城子阶 总厚1406.11 m
图1-4-10 冀北土城子阶在各地分布特征
图1-4-11 河北滦平长山峪土城子阶实测剖面图
上部 厚353.65 m
30.紫褐、紫红色块状、厚层中粗砾复成分砾岩夹薄层砂岩透镜体 93.78 m
29.紫红色巨厚层复成分砾岩 87.63 m
28.紫红色巨厚层复成分砾岩夹粗砂岩透镜体，砂岩中槽状交错层理发育 47.68 m
27.紫红色巨厚层复成分砾岩与粗砂岩，夹薄层粉砂岩及凝灰岩构成韵律43.55 m
26.上、下部为灰紫色块状中砾复成分砾岩夹粗砂岩透镜体，中部为含砾粗砂岩、砂岩夹砾岩透镜体81.0 m
中部厚471.07 m
25.紫灰、紫褐色粗砂岩，含砾粗砂岩，板状交错层理发育，该层中见潜粗安岩侵入30.56 m
24.紫灰色块状复成分砾岩夹粗砂岩透镜体53.61 m
23.灰紫色厚层含砾粗砂岩、砂岩夹薄层凝灰岩18.68 m
22.紫褐、紫红色粗砂岩夹砾岩透镜体19.48 m
21.紫灰色中厚层含砾粗砂岩、细砂岩，构成向上变细的韵律7.20 m
20.紫灰色中厚层复成分砾岩12.20 m
19.紫褐色中厚层含砾粗砂岩及细砂岩6.40 m
18.暗紫色复成分砾岩13.60 m
17.紫褐色粗砂岩，底部为灰褐色含砾粗砂岩，交错层理发育51.61 m
16.暗紫色含砾粗砂岩、砂岩、粉砂岩构成向上变细的韵律89.80 m
15.灰紫色中厚层含粗砂岩夹流纹质凝灰岩及砾岩透镜体167.98 m
下部厚581.39 m
14.下部为浅黄色粉砂岩，上部为黄褐色粉砂质泥岩 13.00 m
13.灰、浅绿色中粒岩屑砂岩夹泥质粉砂岩 28.19 m
12.下部为紫红色细砂岩、上部紫红色粉砂岩、泥岩 23.75 m
11.暗紫、紫褐色粗砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩，构成向上变细的韵律 24.8 m
10.下部深灰色长石砂岩，上部紫灰色粉砂质页岩 27.72 m
9.紫灰色钙质胶结岩屑砂岩夹含砾粗砂岩透镜体 22.82 m
8.紫红、灰绿色含钙质结核钙质粉砂岩夹砂岩透镜体 60.71 m
7.下部灰绿、浅黄色粗砂岩；中部灰白色砂岩；上部深灰紫色粉砂质页岩夹粉砂岩 33.37 m
6.灰紫色流纹质凝灰岩 6.93 m
5.暗紫褐色复成分砾岩夹薄层砂岩透镜体 7.62 m
4.暗褐紫色流纹质凝灰岩 0.69 m
3.紫、紫灰色厚层复成分细砾岩夹粗砂岩透镜体 27.03 m
2.紫褐色厚层细砾复成分砾岩夹薄层砂岩透镜体85.90 m
1.紫灰、紫褐色块状、巨厚层中粗砾复成分砾岩，夹砂岩透镜体，偶夹薄层紫红色粉砂岩218.7 m
假整合
图1-4-12 河北滦平地区土城子期沉积充填序列
下伏髫髻山组：灰、灰紫色粗安岩，粗安质火山角砾岩
根据以上土城子阶剖面可以看出，它的Ⅰ级旋回底部与髫髻山组及顶部与张家口组两个假整合面为界，整个充填序列是由粗到细一个正韵律和由细到粗一个反韵律组成，其中包括与其对应的两个Ⅱ级沉积旋回（图1-4-12）。
Ⅱ1旋回相当于土城子阶下部（岩石地层单位的1-3段）沉积层，包括3个Ⅲ级旋回，代表冲积扇（Ⅲ1）、扇三角洲（Ⅲ2）及滨浅湖相（或亚相）（Ⅲ3）冲积扇环境。Ⅱ2旋回相相当于土城子阶的中部和上部（岩石地层单位的4-5段）沉积层，包括两个Ⅲ级旋回（Ⅲ4和Ⅲ5）。Ⅲ4沉积旋回由几个小的由细到粗的反韵律层构成，相当于扇三角洲亚相。Ⅲ5旋回下部砾岩、砂岩互层，砾岩夹砂岩；上部为厚层砾岩夹砂岩透镜体，可能代表暴洪形成的洪积扇，为盆地结束期的产物。