Phần đồi núi thuộc huyện Sóc Sơn với diện tích trên 100 km2 lộ đá gốc và sản phẩm phong hố của chúng ngay trên mặt đất. Đá gốc có thành phần chủ yếu là sét, bột, cát, sạn sỏi kết hệ tầng Hà Cối và hệ tầng Tam Đảo. Phần còn lại nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, trên nền tràm tích Đệ Tứ khá dày, từ dưới lên có các địa tầng: Lệ Chi, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Hưng và Thái Bình.
Thống Pleistoxen dưới, tầng Lệ Chi (aQ1lc).
Trầm tích tầng Lệ Chi bị phủ hồn tồn bởi các trầm tích trẻ hơn, phân bố dọc phương hoạt động của sông Hồng cũ, bắt đầu xuất hiện ở phía trên Cổ Đơ và phát triển rộng về phía Nam, Đơng nam và ra ngồi phạm vi vùng Hà Nội, chiều sâu phân bố thường gặp 45 - 70m, gồm 3 tập:
- Tập 1 (dưới): gồm cuội, sỏi thạch anh, silíc, đá hoa,… sỏi lẫn ít cát, bột sét, đường kính cuội từ 3 - 5cm, thuộc tướng lịng sơng miền núi và vùng chyển tiếp, chiều dày 20m.
- Tập 2 (giữa): gồm cát hạt trung, hạt nhỏ, cát bột, thạch anh chiếm 90 – 97%, thuộc tướng lịng và gần lịng sơng vùng đồng bằng, chiều dày 3 - 10m.
- Tập 3 (trên): gồm bột, sét, cát, đơi nơi có mùi thực vật và cả thực vật chưa phân huỷ hết, đặc trưng cho tướng bãi bồi, chiều dày 1- 4,5m.
Tổng chiều dày của tầng là 25 - 30 m, trong phạm vi nghiên cứu chiều dày biến đổi ít hơn.
Thống Pleistoxen giữa- trên, tầng Hà Nội (a, ap,dp QII-IIIhn).
ven, tại trung tâm đồng bằng tầng bị phủ sâu ở độ sâu 17 - 45m. Trong phạm vi nghiên cứu trầm tích tầng Hà Nội có nguồn gốc sơng, sơng – lũ , bị phủ sâu 32 - 35m, gồm 3 tập:
- Tập 1 (dưới): gồm cuội tảng, sỏi sạn và ít cát bột xen kẽ, đặc trưng cho tướng lịng sơng miền núi. Chiều dày: 10 - 34m.
- Tập 2 (giữa): gồm cuội nhỏ, cát thơ, cát bột thuộc tướng lịng và gần lịng của sơng miền núi và vùng chuyển tiếp. Chiều dày 15 - 17m.
- Tập 3 (trên): gồm bột sét, bột cát, cát nhỏ đặc trưng cho tướng bãi bồi. Chiều dày 0-4m.
Tổng chiều dày của tầng ở vùng phủ khoảng 34m.
Tầng Hà Nội phủ không chỉnh hợp lên tầng Lệ Chi và các thành tạo trước Đệ Tứ.
Trầm tích tầng Lệ Chi và Hà Nội cịn ít được nghiên cứu chi tiết.
Thống Pleistoxen trên, tầng Vĩnh Phúc (aQIII2vp).
Tầng Vĩnh Phúc phân bố rộng rãi, lộ ra trên diện rộng ở huyện Sóc Sơn, Đơng Anh, ở Xã Cổ Nhuế, Xuân Đỉnh và trên những diện hẹp trong thành phố Hà Nội, phần còn lại bị phủ ở các độ sâu khác nhau, gồm 4 tập:
- Tập 1 (dưới): gồm cuội, cuội nhỏ, cát lẫn ít sét bột thuộc tướng lịng sơng vùng núi và vùng chuyển tiếp. Chiều dày: 3 - 10m.
- Tập 2: gồm cát, bột, có ít sét, cát vàng, đơi nơi có thấu kính sỏi nhỏ, đặc trưng cho tướng lịng và gần lịng sơng đồng bằng. Chiều dày 33m.
- Tập 3: gồm sét kaolinit màu xám trắng, sét bột xám vàng, có sự xen kẽ của cát bột, bột sét, sét và cát mịn, đặc trưng cho tầng bãi bồi. Phần trên của tập có màu loang lổ và các kết vón oxit sắt nhỏ chưa rắn chắc. Chiều dày biến đổi từ 0 đến 10 - 15m.
- Tập 4: gồm sét đen, bột sét màu nâu đen, xám vàng chứa tàn tích thực vật, đặc trưng cho tướng hồ, đầm lầy ven sông. Trong khu vực nghiên cứu, tập này gặp rất ít, chiều dầy 3 - 8m.
Tầng Vĩnh Phúc phủ không chỉnh hợp lên tầng Hà Nội và các trầm tích cổ hơn. Bề mặt tầng có xu hướng chìm sâu dần về phía nam, đơng nam vùng nghiên cứu, tổng chiều dầy 10 - 45m.
Một đặc điểm đáng chú ý là do bị xâm thực nên chiều sâu bề mặt tầng Vĩnh Phúc bị biến đổi mạnh và phức tạp. Theo đặc điểm này có thể chia ra 2 vùng: vùng bề mặt nổi cao và vùng bị đào sâu.
Vùng nổi cao phân bố không liên tục, trong vùng này bề mặt tầng khá bằng phẳng, phân bố ở độ sâu thường từ 1 - 2 đến 3 - 4m dưới lớp đất hoặc lớp mỏng trầm tích tầng Thái Bình.
Vùng đào sâu phân bố khá liên tục, nhiều nơi bề mặt tầng bị bào xói tạo thành các lạch và bồn trũng, phân bố sâu tới 15-20m và lớn hơn điển hình là các khu hồ Thành Công, Giảng Võ, Đống Đa, … Dọc sông Hồng và các sông nhỏ khác bề mặt tầng bị đào sâu cách mặt đất tới 25 - 30m và lớn hơn. Đặc điểm bị bào xói làm biến đổi mạnh chiều sâu phân bố và chiều dày trầm tích sét gây khó khăn khi xem xét khả năng sử dụng tầng này làm tầng cách nước chính, bảo vệ tầng chứa nước bên dưới.
Thống Holoxen, phụ thống dưới – giữa, tầng Hải Hưng (QIV1-2 hh).
Tầng Hải Hưng phân bố ở trung tâm và phía Đơng Nam thành phố, gồm 3 phụ tầng.
- Phụ tầng dưới (lbQIV 1-2 hh1):
Gồm các trầm tích nguồn gốc hồ - đầm lầy, thành tạo vào thời kỳ trước biển tiến. Trong phạm vi nghiên cứu phổ biến là trầm tích kiểu hồ - đầm lầy đồng bằng ven biển, phân bố khá liên tục, lấp đầy các bồn trũng và lạch sâu bào mòn trên bề mặt tầng Vĩnh Phúc. Theo đặc điểm thành phần có thể chia mặt cắt phụ tầng ra hai lớp: lớp trên là than bùn dày 0,4 - 2m, phổ biến là nhỏ hơn 1m, lớp dưới là lớp bùn chứa hữu cơ.
Than bùn gồm cành lá và thân cây bị phân huỷ ở các mức khác nhau, thường xếp thành lớp màu nâu đen, đen xám, độ ẩm và độ rỗng rất cao, tính bất đẳng hướng rõ rệt, có nơi lớp than bùn vắng mặt.
Bùn hữu cơ có thành phần khơng đồng nhất, theo chiều sâu hàm lượng hữu cơ có xu hướng giảm dần, lượng chứa hạt bụi và cát tăng lên.
Chiều sâu phân bố bề mặt phụ tầng khá ổn định, tăng dần theo chiều Tây bắc- Đông nam, từ 4 - 6m đến 5 - 7m, cá biệt 8 - 10m. Do trầm tích lấp đầy và phủ kín các bồn trũng và các lạch bào mịn nên chiều dày của phụ tầng biến đổi rất mạnh, ngay trong phạm vi của một cơng trình xây dựng, giá trị thường gặp
trong khoảng 2 - 12m, trong đó phổ biến là 2 - 6m và 8 - 12m, có nơi tới trên dưới 20m.
Trầm tích Hải Hưng dưới phủ khơng chỉnh hợp lên bề mặt bào mòn của lớp sét màu loang lổ hoặc lớp cát tầng Vĩnh Phúc. Đặc điểm về thành phần, tính chất và sự biến đổi mạnh chiều dày của phụ tầng Hải Hưng gây khó khăn lớn cho các cơng trình xây dựng .
- Phụ tầng giữa (m,l QIV1-2hh2):
Phụ tầng phân bố ở trung tâm, phía Nam và Đơng nam phạm vi nghiên cứu, thường đi liền với than bùn và bùn hữu cơ của phụ tầng dưới, diện phân bố không liên tục do bị xâm thực bới mạng sơng ngịi và khai đào của con người. Chiều sâu phân bố từ 3 - 6m.
Trầm tích có nguồn gốc biển và hồ lục địa.
Trầm tích biển là sét mịn, rất đồng nhất, có màu xám xanh lơ đặc trưng, có nơi loang lổ màu xám vàng ở phần trên, chiều dày 0,5 - 4m, thường là 2m.
Trầm tích hồ lục địa phân bố rất hạn chế, gồm sét màu xám xanh, xám vàng, phần dưới có lẫn sạn nhỏ, cát bột, kết vón oxit sắt, chiều dày khoảng 1m.
Do chiều dày nhỏ, phân bố khơng liên tục nên vai trị cách nước của trầm tích phụ tầng Hải Hưng giữa bị hạn chế.
- Phụ tầng trên (bQIV1-2hh3):
Gồm trầm tích giữa có nguồn gốc đầm lầy, thành tạo sau biển tiến, chỉ phát triển trong các trũng giữa các gò đồi gồm than bùn và sét bột lẫn mùn thực vật. Trong phạm vi nghiên cứu vắng mặt trầm tích này.
Như vậy, tầng Hải Hưng gồm các trầm tích mềm yếu, chiều dày biến đổi mạnh.
Thống Holoxen, phụ thống trên, tầng Thái Bình (QIV3tb):
Gồm 2 phụ tầng:
- Phụ tầng dưới (QIV3tb1): phân bố rộng rãi, trầm tích có nguồn gốc sơng là
chủ yếu, theo đặc điểm thành phần hạt và tính chất có thể chia thành 2 tập:
+ Tập dưới: có mặt ở phía Nam và Đơng nam dọc theo sông Hồng, gồm chủ yếu là cát nhỏ, cát bụi, phần dưới có cát trung lẫn sỏi nhỏ, trong cát thường
xen kẹp nhiều thấu kính và lớp mỏng cát pha, sét pha. Chiều sâu mái lớp dao động 4 - 8m, có nơi tới 12m.
Chiều dày tập phổ biến là 16 - 18m, phần ven sơng có thể tới 20m. Tập này phủ không chỉnh hợp lên tầng Vĩnh Phúc, có nơi trầm tích cát của tầng Thái Bình và Vĩnh Phúc phủ trực tiếp lên nhau.
+ Tập trên: Phân bố rất rộng gồm chủ yếu là sét pha, cát pha, đất sét ít gặp, màu nâu hồng, nâu xám, xen kẹp nhiều ổ, thấu kính và lớp mỏng cát nhỏ, cát bụi và cát pha.
Chiều dày tập thay đổi từ 2 - 3m đến 6 - 7m, có nơi tới 13 - 15m và lớn hơn.
Tập trên phủ lên tập dưới của tầng Thái Bình, tầng Hải Hưng và có nơi tạo thành lớp phủ mỏng trên trầm tích sét tầng Vĩnh Phúc.
Ngồi trầm tích sơng thuộc phụ tầng dưới cịn có trầm tích sơng – hồ - đầm lầy. Đây là trầm tích hồ sót ven sơng sau đó bị đầm lầy hố, phân bố rải rác với diện tích hẹp gồm bột sét, sét lẫn mùn thực vật và di tích sị ốc, chiều dày 1- 2m.
Chiều dày lớn nhất của phụ tầng dưới có thể tới hơn 30m.
- Phụ tầng trên (aQIV3tb2): đây là trầm tích ngồi đê sơng Hồng gồm 2 tập.
Tập dưới có sỏi nhỏ, cát lẫn ít bột sét, dày 3 - 10m. Tập trên gồm bột sét, cát bột, dày 2 - 5m.
Tổng chiều dày phụ tầng trên khoảng 15m.
Nhìn chung trầm tích Đệ Tứ ở Hà Nội được chia thành 5 nhịp ứng với các thời kỳ thành tạo khác nhau, trừ tầng Hải Hưng, mỗi nhịp bắt đầu bằng trầm tích hạt thơ, kết thúc là trầm tích hạt mịn.