依兰盆地始新世是各类沉积体系发育的主要时期。在古新世研究区处于抬升剥蚀时期，未接受沉积。进入始新世，由于受到南北向压扭性拉张环境，形成拉分盆地，基底开始沉降;始新世早期，盆底基底凹凸不平，总体呈现东南高西北低，盆地沉降缓慢，表现为“填平补齐”性质的沉积。此时期湖盆范围较小，冲积扇-河流沉积体系占主导地位。冲积扇沉积在东南部F2断裂边缘发育，河流沉积主要分布于西北部;始新世中期，为湖泊沉积体系与沼泽沉积体系发育的主要时期，由于F2边缘断裂进一步活动，湖泊分布范围扩大，泥页岩颜色以还原环境下形成的灰、灰黑色为主，并发育煤层和油页岩。在东南部F2断裂边缘发育冲积扇—扇三角洲沉积，西北部为湖沼-浅湖-半深湖相沉积体系;始新世后期，盆地在原来基础上继承性发展，受F2断裂活动影响。沉降幅度和沉降速度较大，沉积体系表现半深湖—滨浅湖沉积。在东南部湖盆接受了大量浅湖-半深湖相沉积，西北部主要为扇三角洲沉积;始新世末期，沉积体系主要为河流-三角洲沉积体系，由于湖平面缓慢下降，湖水变浅，湖盆进一步缩小，在西北部湖盆沉积中多为三角洲沉积体系，在东南部冲积相区则多为河流沉积。
沉积体系演化在垂向上表现出底部砂砾岩段发育冲积扇-河流沉积体系，下部含煤段为湖泊沉积体系与沼泽沉积体系，中部厚层油页岩段发育浅湖相-半深湖相，上部砂页岩段冲积扇-河流-三角洲沉积体系发育。达连河组沉积自下而上，湖盆范围由小变大，再趋于萎缩，盆地水体由浅变深再变浅，沉积物粒度由粗变细再变粗，沉积体系发展演化构成一个水进-水退完整旋回。沉积体系时空演化及展布特征表明，形成油页岩沉积环境主要为湖泊沉积体系与沼泽沉积体系。