合肥盆地中、新生界地层主要发育了冲积扇沉积体系、河流沉积体系、湖泊沉积体系等沉积体系，局部发育有风成体系、三角洲沉积体系等，现仅介绍三种主要的沉积体系。
1.冲积扇沉积体系
合肥盆地内中、新生代广泛发育冲积扇体系，其主要发育于中侏罗统凤凰台组、上白垩统戚家桥组以及下侏罗统、白垩系等地层的底部（杨有根，汤加富等，1995）。沉积特征为紫红色调为主，单个扇体的面积有限，沉积物的分选差，结构和构造成熟低，在近源部分缺乏流水产生的沉积构造等，可推知该盆地内冲积扇属旱地扇沉积。
图2-8 旱地扇沉积模式图
旱地扇一般比较小，成锥形，横剖面上凸，纵剖面下凹；表面积较小而坡陡（图2
-8），但是它们在山前也可相连构成山前的冲积平原如凤凰台组冲积扇构成了中侏罗世大别山北缘山前冲积平原，上白垩世大别山北缘的冲积平原就是由戚家桥组的冲积扇构成。
旱地扇由泥石流沉积、筛积叶状体、辫状河和漫洪沉积物组成，但是这些沉积物的比例在不同的扇中变化很大。凤凰台组冲积扇发育泥石流沉积、筛积叶状体沉积以及漫洪沉积物，戚家桥组冲积扇发育筛积叶状体、漫洪沉积物等，而发育于其他层位底部的冲积扇，以发育泥石流和辫状河沉积为主。
盆地内中、新生代冲积扇多沿大别山北缘以及盆地东北缘分布，它们往冲积扇下倾的方向上逐渐向河流相过渡，碎屑的粒度逐渐变细（图2-9）。从纵向上看冲积扇沉积可构成若干个沉积旋回，例如凤凰台组冲积扇沉积在剖面上构成了3次明显的反粒序沉积旋回（图2-10），反映了山前的沉降与山前的堆积关系的变化，山前冲积扇堆积快速向前推进的过程中山前盆地不断发生沉降的过程。而发育于黑石渡组、防虎山组、新庄组等层位下部或底部的冲积扇，其沉积在剖面上多呈正粒序沉积旋回；又如黑石渡组底部，冲积扇沉积，粒度向上变细呈正粒序沉积旋回。在横向上或在纵向上很快过渡为河流相，如下侏罗统防虎山组由大别山北麓的冲积扇沉积往北至吴山庙一带逐渐过渡为河流相、洪泛平原或湖泊沉积（图2-11）。
图2-9 肥南凤凰台组（J2f）冲积扇向肥西圆筒山组（J2y）河流相过渡示意图
2.河流沉积体系
河流沉积体系的主要作用是把沉积物汇集起来，并运到湖盆或海盆之中。合肥盆地中、新生代最为发育的沉积体系是河流沉积体系。合肥盆地中、新生代低弯度河即辫状河沉积体系广为发育，其次为高弯度河，即曲流河沉积体系，网状河沉积体系仅发育于个别层位。
辫状河体系的沉积广泛发育于下侏罗统防虎山组、中侏罗统三尖铺组、上侏罗统圆筒山组以及白垩系新庄组、邱庄组和张桥组等地层之中。从其沉积物的粒度以砾石和砂为主看，该盆地内辫状河沉积由粗粒沉积物为主，推移质与总负载比较高，悬浮质含较低。比如三尖铺组辫状河沉积中，砾岩、砂岩为主，局部夹粉砂岩、缺乏粘土岩，在剖面上辫状河沉积往往向上呈变细的趋势，局部垂向变化模糊不清。图2-12展示了上白垩统张桥组辫状河沉积向上粒度变细的正粒序性。
图2-10 沉积旋回示意图
图2-11 下侏罗统防虎山组沉积相平面分布图示
图2-12 上白垩统张桥组辫状河相沉积剖面示意图
辫状河沉积体系从纵向上看，在该盆地内主要表现为向上过渡为洪泛平原或湖泊相沉积。例如邱庄组下段在杨塘—藕塘一线为砾质辫状河沉积，往上过渡为洪泛平原相沉积，岩性由火山质砾岩、含砾岩屑砂岩过渡为岩屑砂岩与泥质粉砂岩互层；中段为砂质辫状河相沉积过渡为洪泛平原相沉积；上段出现浅湖相沉积。从横向上看，也不乏这样的实例，如新庄组中段，在西王—章广一带发育辫状河流相沉积，而在马湖—雨林集一带则发育了浅湖相沉积。
曲流河沉积体系发育于中侏罗统圆筒山组、上侏罗统黑石渡组以及古近系定远组地层中。曲流河沉积物与辫状河沉积物相比相对较细，分选、磨圆略好，推移质与总负载比降低，悬浮质含量较高，比如黑石渡组曲流河相沉积中洪泛盆地沉积可占沉积旋回厚度的50%。在气候干燥条件下，河漫滩的沉积物可经风的改造作用形成砂丘。从纵向上看曲流河沉积体系可过渡为湖泊沉积体系。而湖泊沉积体系也可过渡为曲流河沉积体系，例如中侏罗统圆筒山组中下部便由曲流河相向上过渡为滨浅湖相沉积，再往上又过渡为曲流河相沉积，这种沉积体系的迁移与构造活动以及沉积作用等因素的控制有关。这在陆相沉积体系中是相当普遍的现象。
合肥盆地中、新生代为一个内陆盆地，在侏罗纪时期河流体系之源头来自大别山北麓，并向北延伸至盆地中心，到了白垩纪河流体系的源头一个来自大别山北麓，另一个来自盆地东北缘的张八岭山，其伸延方向一个向北，另一个向西，新生代的情况与白垩纪相似，但盆地已因构造运动分割成几个小盆地。总的看来，南北方向上发育的河流体系比较接近理想河流体系的分布情况，而东西方向上发育的河流体系与理想河流体系相比，普遍缺乏曲流河沉积体系，而直接过渡为湖泊沉积，这与东西向河流流程较短暂有关。
3.湖泊体系
湖泊沉积在大陆沉积上占有极为重要的地位。合肥盆地中、新生代广泛发育湖泊。然而，从现有的资料来看，发育于盆地内中生代的湖泊水体比较浅，而其分布范围及规模尚有待进一步研究确定；古近系定远组为湖泊相沉积。从湖泊的类型看，盆地内发育有淡水湖、盐湖，在早白垩世肥南地区还发育有火口湖等。
淡水湖从湖边到湖中心碎屑沉积物大致依次出现砾、砂、粉砂、粘土的分布规律。从沉积环境上可进一步划分为滨湖区、浅湖区和深湖区。在研究古代湖泊沉积时，滨湖和浅湖沉积往往不易区分，可笼统地称之为滨浅湖沉积。中侏罗统圆筒山组的中部、上侏罗统黑石渡组、白垩系新庄组、邱庄组、张桥组的上部均发育有滨浅湖相的沉积，它以深灰色、灰绿色粉砂质泥岩、细砂岩夹含砾砂岩为主，发育有脉状、透镜状、水平层理、微型交错层理、波状层理、虫迹，含丰富的动植化石等为特点。其中在新庄组、邱庄组中局部地区还发育有深湖相的沉积，如早白世晚期在西王—章广一带的断陷盆地中沉积了灰、灰绿薄层的粉砂质泥岩、泥岩夹钙质细砂岩和泥灰岩透镜体，水平层理发育，富含双壳类动物。水体比较浅的湖泊的存在时间毕竟是短暂的，它们因为气候的转向潮湿，水量增加并注入洼地而成，也会因为气候变干燥以及沉积堆积填满而消失。故纵向上，它可由河流沉积体系转变为湖泊沉积体系再向上转变为河流沉积体系，横向上，它往往位于河流的终点。
盐湖沉积发展可分为三个阶段：硫酸盐阶段、硫酸盐阶段和氯化物阶段。盐湖从湖边到湖中心依次分布碳酸盐、硫酸盐和氯化物。古近系定远组发育有盐湖相沉积。盐湖的发展与演化与气候关系密切，当气候转为干燥时，淡水湖，尤其是水浅的淡水湖，因强烈蒸发而转变为盐湖。相反，也会出由盐湖转化为淡水湖的现象，正因为这样的原因造成了白垩系新庄组、邱庄组、张桥组淡水湖相沉积中可夹有薄层的膏盐层。我们注意到在定远组第四段盐湖沉积过程中，缺乏碳酸盐期阶段的沉积，从淡水湖泊相沉积往上直接过渡为硫酸盐沉积→氯化物沉积，再往上又出现硫酸盐沉积，再往上直接为淡水湖泊相沉积所覆盖，其原因与湖水中缺乏碳酸钙溶质有关。在定远组二段中下部仅发育硫酸盐期沉积物。