根据对研究区石炭系—二叠系露头观察、沉积环境和沉积相分析结果，并结合地球化学特征在纵向上的变化特征，可将研究区沉积环境演化总结如下。
晚石炭世初期，盆地整体沉降，在经历了长期风化夷平的中奥陶世石灰岩顶面上，接受了来自北东方向的海侵，开始陆表海的演化历史；古地形北高南低，北面阴山古陆呈高耸的山地或高原，为当时主要物源区，研究区为地形坡度很小的潟湖，垂向演化规律较明显，其中滨外碳酸盐岩陆棚相和潟湖相构成了该期岩相古地理沉积格架。从旋回发育情况看，河北省中部开平、井径及燕山南麓一带一般发育四个旋回；向南至石家庄以南仅发育了3个旋回；至邢台一带一般仅有2个旋回；峰峰一带多数为一个不完整旋回，滨外碳酸盐岩陆棚相基本不发育，说明本期海侵方向主要来自东北方向。
晚石炭世，海侵范围扩大，沉积了太原组底部的下架灰岩，之后，海侵方向改变为南东方向，河北南部峰峰一带石灰岩发育最好，多达4～5层，向北层数减少，渐变为海相泥岩，为沼泽—滨外碳酸盐岩陆棚—潟湖相的多次次一级的海水进退旋回演化序列，沉积环境垂向演化总的规律是陆表海清水沉积与浑水沉积交替出现，构成滨外碳酸盐岩陆棚—障壁砂坝混合体系的岩相古地理演化序列，滨外碳酸盐岩陆棚相石灰岩为其沉积格架。
早二叠世，随着华北板块不断向北仰冲，继续海退。研究区古地理以滨外碳酸盐岩陆棚体系和障壁—潟湖体系为主，发育1～2层石灰岩（野青灰岩和一座灰岩，野青灰岩较为稳定，一座灰岩仅在峰峰一带发育），以北其他地区基本无石灰岩沉积，接着发育2个旋回，下面旋回为滨外碳酸盐岩陆棚—潮坪—泥炭沼泽—潟湖河口坝，泥炭沼泽环境发育差，仅形成煤线，上面旋回为河口坝—分流间湾—泥炭沼泽—分流间湾—分流河道，自下而上代表了滨外碳酸盐岩陆棚体系—障壁砂坝—潟湖体系—三角洲体系演化过程，在分流间湾环境中形成了较稳定的2＃煤层。
中二叠世，海水大面积向南退缩，广大地区都已演化成三角洲平原环境，分流河道与泛滥盆地并存。研究区峰峰—邢台一带，仍存在部分三角洲前缘亚环境，为早二叠世早期古地理继续发展，以三角洲前缘的分流间湾—分流河道环境为主，接着为分流河道—天然堤—泛滥盆地的多次重复，反应了三角洲平原分流河道的不断迁移。泛滥盆地有时可局部沼泽化，形成煤线。
晚二叠世早期，随着海岸线的向南迁移，区内岩相古地理进一步演化，峰峰—磁县一带保留小范围的三角洲环境外，其余广大地区被河流体系沉积所占据。总体上为北高南低河流广布的冲积平原面貌。随着海退的发展，区内古地理格局分化程度也越来越小，垂向演化规律性明显，自下而上由河流边滩沉积，演变为泛滥盆地，代表河流体系的一个完整沉积旋回，构成了该期环境垂向演化的全部内容。但在峰峰一带仍为三角洲平原环境，所以南侧海水偶尔可涌进沿海三角洲平原地区，将正常海相生物带进陆地，并在地形低洼处形成薄层含海绵骨针的硅质泥岩，其层位为上石盒子组三段顶部，成为本区地层对比的良好标志层。
晚二叠世晚期，研究区峰峰、邢台一带仍为河流、湖泊并存，早期的泛滥盆地向湖泊转变，峰峰地区湖泊中有薄层淡水石灰岩或泥灰岩沉积，表明该期湖泊相沉积较早期有发展扩大的趋势。