华北地区自早寒武世海侵开始至早奥陶世亮甲山期海退为第一沉积旋回。由于怀远运动的影响，造成了早奥陶世亮甲山期与“马家沟期”之间的平行不整合。自“马家沟期”至中奥陶世峰峰期华北地区出现了更大规模的海侵，构成了第二沉积旋回。在这两个明显的二级沉积旋回控制下，华北地区的沉积环境经历了由简单—复杂—简单的发展和演化。
海侵初期古陆及古隆起提供了丰富的陆源物质，致使围绕吕梁古陆发育的潮坪相区接受了陆源碎屑沉积。辛集期吕梁古陆分布范围较大，将华北地区以中部为界分为南、北两部分，辛集期后全区发生了短时间的海退，在华北北部地区形成了沉积间断，表现为平行不整合。至馒头期、毛庄期及徐庄早期华北地区均仍以潮坪相沉积为主，形成了一套碎屑岩、泥岩和碳酸盐岩的沉积建造。这一时期全区以潮坪环境为主，其中包括潮上、潮间潟湖和局限海湾、滨岸滩坝等环境，辛集期在华北北部存在开阔海环境。这一时期华北南部最早发育滨岸滩坝，并逐渐向开阔海环境演化，反映出这一时期海侵方向以南及东南方向为主，但也存在北及东北方向的海侵，尤其是辛集期较为明显。徐庄晚期海侵范围日渐扩大，至中寒武世张夏期华北地区几乎全被海水漫浸，海侵达到最大。水下高地演化为浅滩环境，这些地区久处浪底之上，频受水体簸选和搅动，所以多形成鲕粒、砂屑和生屑等颗粒灰岩。与浅滩环境密切伴生的则有局限海和开阔海展布于滩后或滩间。由于海域面积不断加大，古陆由物理风化向化学风化转化，远离陆源区渐以碳酸盐岩沉积为主，距陆源区较近地区仍可夹有少量页岩、粉砂质页岩，而陆源碎屑砂岩则极为少见。泥岩-碳酸盐岩组合为这一时期的典型沉积建造。
范围较小，仅表现为南部地区地壳轻微的抬升。但仅此及全球海平面的下降共同作用，晚寒武世华北地区明显发生了海退，导致全区再次出现潮坪、滨岸浅滩环境，并有泥质条带状泥晶灰岩、竹叶状灰岩的广泛分布。海退以晚寒武世长山期、凤山期表现强烈，海水由南向北退出，因此，华北南部地区以潮坪环境为主。在南部局部地区如鲁山辛集一带已缺失上寒武统的沉积。
晚寒武世之后至亮甲山期，怀远运动强烈影响了华北地区，华北南部地壳抬升形成熊耳伏牛古陆，而华北北部地壳相对下沉。使华北南部部分地区缺失了冶里组及亮甲山组的沉积，形成了平行不整合，下马家沟组直接覆盖于晚寒武世凤山组地层之上。华北地区沉积沉降中心由寒武纪时期的南部转移至华北北部一带。华北北部地区因受怀远运动影响较小，所以冶里期沉积环境仍具有明显的继承性，张夏期浅滩环境，如唐山、北京、易县、曲阳等地在冶里期接受了生物泥晶灰岩、竹叶状灰岩、泥质条带泥晶灰岩和云斑灰岩或中细晶白云岩等沉积，反映了水下浅滩与开阔海或局限海的交替沉积环境。亮甲山晚期白云岩含量骤增，局部地区如临清坳陷、峰峰等地均有石膏出现，表明了海退期潮坪、潮间潟湖与局限海交替沉积环境的广泛分布。自冶里期开始，因地表的长期夷平，已很少有陆源物质供给，开始了清水碳酸盐沉积，相应形成了以碳酸盐岩为主的沉积建造。
华北地区早古生代第二沉积旋回自“马家沟期”开始，无论其海侵规模或沉积厚度均较第一旋回要大。华北地区南部下马家沟组底部（相当于马一段）以白云质泥岩、钙质云岩为主，至华北中部及北部则以准同生泥质白云岩、盐溶角砾岩为主，常见石膏、石盐假晶及泥裂、鸟眼及鸡笼状构造。这些海侵初期的产物反映了当时的潮上和潮间环境，但随着海侵规模和范围的迅速扩大，下马家沟组上部就已转为厚层状泥晶灰岩，夹泥质灰岩，其沉积环境以局限海和开阔海交替为主。上马家沟组与下马家沟组相同，底部（相当于马三段）以盐溶角砾岩为主，上部以厚层状泥晶灰岩为主。反映了“马家沟期”由于海平面的升降发生了两次海退、海进，从而形成了两个三级旋回，沉积环境由潮坪演变为开阔海的两次交替。中奥陶世峰峰期与“马家沟期”相似，早期为潮坪沉积，形成了含膏云灰岩，局部地区膏、盐后期溶蚀垮塌形成盐溶角砾岩，晚期则演变为开阔海环境，沉积形成了一套灰色厚层泥晶灰岩。
总之，华北地区早古生代沉积旋回清晰，环境分异显著，各地质时期沉积建造互不相同（表1-3-1），碎屑岩-泥岩-碳酸盐岩建造多见于早期，冶里期之后本区开始了清水碳酸盐岩沉积。早期沉积旋回形成的岩石类型复杂、多变、单层厚度较小，并以潮坪为主。这些特点反映了海侵初期地壳升降频繁、沉降幅度小、海侵和沉积速度均较缓慢等特点。中、后期海侵范围、规模均较早期广泛，一般海侵迅速达到最大，所以其岩性较为单一，单层厚度、较深水相和广海生物组合多见，如马家沟组二、四段厚层泥晶灰岩中含有丰富的螺类、笔石等生物化石，显示了环境相对稳定、沉积速度较快等特点。
表1-3-1 华北地区早古生代沉积环境演化及对比
此外，华北地区早古生代沉积环境演化的另一特点是具有明显的继承性，突变环境较为少见。潮坪与局限海、局限海与开阔海，及台地浅滩与开阔海环境间相互转化的实例极为普遍，从而反映了华北稳定台地发育历史的总特征。