准噶尔盆地是我国大型含油气盆地之一，面积约13×104km2，盆地四周被褶皱山系所围限，西北边界为扎伊尔山和哈拉阿拉特山，东北边界为阿尔泰山、青格里底山和克拉麦里山，南界为伊连黑比尔根山和博格达山，总体形状为三角形，东西长，南北窄。
一、构造特征
准噶尔盆地是欧亚板块的组成部分，北邻西伯利亚板块，西接哈萨克斯坦板块，南依天山造山带。区域构造位于阿尔泰褶皱带、西准噶尔褶皱带和北天山褶皱带所夹持的三角地带。盆地内发育较全的上古生界至新生界地层，其中石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系构成了盆地内主要含油气勘探目的层，在盆地南部其累计厚度最大达18000m，盆地内的一般厚度也在10000m左右。准噶尔盆地自石炭纪以来，经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅等多期构造运动，形成了多个不整合面与构造层。断裂发育主要有三期，即海西期、燕山期和喜马拉雅期，目前三叠系及以下地层中主要为逆断层，侏罗系和白垩系中发育正断层，盆地南缘则以逆断层和走滑断层为主。
准噶尔盆地可以划分出8个一级单元(图5－1)，分别为乌伦古断陷、三个泉隆起、西北缘冲断带、玛湖－漠区坳陷、中央隆起带、北天山山前坳陷、博格达山前坳陷及沙－奇隆起区。
二、地层分布及沉积特征
准噶尔盆地的沉积盖层发育，在晚海西期褶皱带基底石炭系火山岩与变质岩之上的沉积层都是盆地的沉积盖层。自老至新依次为上古生界的石炭系、二叠系，中生界的三叠系、侏罗系和白垩系，新生界的古近系与新近系(图5－2)。
1.石炭系(C)
属于准噶尔沉积盆地基底岩性，下石炭统为变质凝灰岩及安山岩;中石炭统为为火山岩及火山碎屑岩，主要分布在西北缘、陆梁隆起、克拉麦里山前;上石炭统为边缘海相碳酸盐岩，分布局限(仅分布于准东外围石钱滩凹陷)。
2.二叠系(P)
佳木河组下亚组(P1j1):为一套杂色砾岩、火山碎屑岩夹熔岩，最大厚度可达4000m。
佳木河组上亚组(P1j2):为一套火山熔岩夹火山碎屑岩。在中拐五区、八区为流纹岩、安山岩、凝灰岩及凝灰碎屑岩，未穿视厚度268～350m，风成城地区407m;陆梁地区为紫褐色、紫灰色杏仁状橄榄安山玄武岩及安山质熔结角砾岩夹棕红色砂质泥岩、细砂岩，未穿视厚度139m。
图5－1 准噶尔盆地构造单元分区图(据郑和荣等，2007)
风城组(P1f):为一套暗色泥质、凝灰质白云岩，白云质泥岩夹砂岩、粉砂岩及薄层灰岩，为滞留海湾或湖沉积，其分布主要在玛湖－漠区坳陷的北段，以乌尔禾－黄羊泉一带最厚，厚700～900m。为玛湖－漠区坳陷内的主力生油层。
夏子街组(P2x):为棕褐色、杂色及灰绿色砾岩夹褐色薄层砂岩，砾石成分复杂，主要为变质岩、火山岩和泥岩等，分选及磨圆度差，砂泥质胶结。夏子街地区变细，出现较多棕色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，未发现任何化石。属于一套山麓洪积扇体堆积。
下乌尔禾组(P2w):分布于克－乌断裂、夏红北断裂下盘，为灰色、灰绿色砾岩夹同色砾状砂岩及深灰色、灰黑色泥岩，属于山麓河流洪积－湖沼沉积。
上乌尔禾组(P3w):仅分布于乌尔禾－夏子街地区的构造低部位，为棕褐色砾岩夹砂质泥岩，为山麓洪积扇体堆积。
3.三叠系(T)
百口泉组(T1b):分布于百口泉－夏子街地区，沉积厚度80～200m，为一套灰绿－棕红色块状砾岩夹薄层透镜状砂岩和泥岩，为山麓辫状河沉积。
下克拉玛依组(T2k1):分布于百口泉－夏子街地区。岩性为一套灰绿色、棕褐色的厚层砾岩、含砾状巨－粗砂岩、中－细砂岩、粉砂岩与泥岩的正韵律组合，为洪积相沉积。
上克拉玛依组(T2k2):分布基本同T2k1，下部为灰白、灰褐色含砾粗砂岩，上部为灰白色中－细砂岩、泥质砂岩及粉砂岩，为洪积相与辫状河沉积。
图5－2 准噶尔盆地地层与生、储、盖组合图
白碱滩组(T3b):分布于克拉玛依油田七区、八区及十区等地区，为湖相深灰色、灰色泥岩，顶部为砂岩、泥岩互层，为曲流河河道或三角洲分流河道砂体与河泛平原沼泽沉积。
4.侏罗系(J)
八道湾组(J1b):分布于西北缘红山嘴油田的红浅1井区，克拉玛依油田二区、七区、八区、530井区及乌尔禾－夏子街地区。与下伏上三叠统黄山街组不整合接触。岩性为绿色、灰白色砾岩，含砾砂岩，砂岩的块状层与灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、炭质泥岩的不等距韵律状交互层，为河流、沼泽相沉积。
三工河组(J1b):遍布全盆地，岩性为绿灰色、灰色泥岩夹薄—厚层状中细砂岩、叠锥状泥灰岩、透镜状菱铁矿，少量灰白色薄层凝灰岩;砂、泥岩亦呈韵律状交互结构;顶部呈变粗趋势，均有一段灰白色粉砂岩、泥砂岩、砂岩夹泥岩薄层和煤线，和八道湾组一道组成侏罗系下统的粗－细－稍粗的巨型旋回。盆地北部砂层薄而细，一般不含炭质泥岩。为湖相细碎屑沉积。厚19～288m。
西山窑组(J2x):遍布全盆地，连续堆积在三工河组上。岩性为灰色、灰白色砂岩，砾状砂岩与棕红、暗褐及灰绿色泥岩互层，夹薄煤层，横向上可出现红色夹层，为河沼相沉积。
头屯河组(J2t):其分布基本上与西山窑组相同，岩性为灰绿色夹紫红色、棕红色的条带状泥岩，砂质泥岩与厚层—块状砂岩的韵律状交互层;夹炭质泥岩、薄煤层和煤线，偶有菱铁矿薄透镜体。底部较粗，砂砾岩集中，为黄绿色砾岩夹砂质泥岩、炭质泥岩，属于河流沼泽相沉积。
齐古组(J2q):分布于盆地西北缘的红山嘴油田、克拉玛依油田和风城油田，不整合于下伏头屯河组之上。岩性为暗紫红色泥岩、砂质泥岩夹粉红色薄层－块状凝灰质石英砂岩。下部以紫红色泥岩为主，上部砂岩增多加厚，与泥岩呈交互层状，反映沉积环境由干燥炎热的浅水湖盆向河口三角洲和曲流河泛平原的退化。
喀拉扎组(J3k):分布较齐古组更为局限，盆地北部仅克拉玛依局部有保存。整合在齐古组之上，为山麓辫状水系的扇形洪积层和扇三角洲堆积。洪积相为棕红色巨厚的块状交错层泥砂质砾岩，无层理，底部有少量泥岩、砂岩、砾岩交互的过渡层，厚0～350m，见于紫泥泉子－头屯河上游及水磨河上游等地。在此相带的北面，由头屯河西岸的喀拉扎山至乌鲁木齐北部为灰绿色具交错层的块状粗－细粒杂砂质长石砂岩，头屯河最厚为800m。由西山中段往东，逐渐被砖红色取代，至乌鲁木齐北市区内己全为红色，厚度往东亦逐渐减小。
5.白垩系(K)
下白垩统吐谷鲁群是一套以泥质为主的湖相和湖沼相沉积，在盆地广泛分布，为杂色条带状泥岩夹薄－中层状中－细粒粉砂岩，自上而下分为:连木沁组(K1l)、胜金口组(K1s)、呼图壁河组(K1h)、清水河组(K1q)。
上白垩统自上而下可分为东沟组(K2d)和艾里克湖组(K2a)。上白垩统在盆地北部和东部的大部分地区缺失。东沟组是一套山麓河流相的红色沉积，横向变化剧烈，厚46～813m，一般在300～600m。在盆地西北缘仅分布于艾里克湖东岸，岩性主要为灰白色石英砂砾岩夹棕色、棕黄色砂质泥岩，含脊椎动物、恐龙蛋壳、介形类化石。该组地层与上覆古近系一般为不整合接触;艾里克湖组在盆地边缘为山麓辫状水流堆积的块状砾岩，盆地内为河床河漫滩相的沉积。
6.古近系－第四系(E－Q)
盆地内新生界很发育，主要为陆相地层，特点是:盆地北部厚度小、岩性粒度细;盆地南部厚度大、岩性粒度粗。安集海河组厚44～800m，一般350～600m，为稳定的浅－深湖相泥质沉积，是南缘的一套区域性盖层。
新近系下部以浅水湖沼相泥岩、砂质泥岩为主，上部以河流相沉积为主，横向和纵向变化都很大。自上而下，可分为独山子组(N2d)、塔西河组(N1t)、沙湾组(N1s)。新近系在南缘厚度巨大，可达2000～2300m。
第四系为山麓洪积相砾岩及黏土沉积。
三、西北缘地区石油地质特征
(一)生油层特征
准噶尔盆地西北缘石炭系、二叠系、三叠系都具有一定的生烃潜力。
石炭系生油层，以碎屑岩、火山凝灰岩为主，夹有碳酸盐岩薄层，间有少量中基性浅成侵入岩，其中有一套海相黑色泥岩。该层有机质丰度低，有机碳平均含量为0.67%，氯仿沥青“A”含量为78mg/kg，总烃含量为37mg/kg，生油潜量S1+S2为0.18mg/g;有机质类型差，以腐殖型为主;热演化程度高，镜质体反射率Ro为1.01%～3.34%，绝大多数在1.3%以上(《中国石油地质志(卷十五)》)。
在早二叠世，盆地西北缘的玛湖坳陷，为咸化湖或残留海湾沉积;在晚二叠世，这些大型坳陷中广泛分布了有利于油气生成的湖泊相沉积，形成了盆地主要生油层。
风城组烃源岩有机碳含量平均为1.30%，氯仿沥青“A”为1342mg/kg，总烃含量为498mg/kg，生油潜力S1+S2为6.77mg/g;有机质丰度高。有机质类型较好，主要为腐殖－腐泥型，多数镜质体反射率Ro为0.75%～1.16%，个别达1.52%，属成熟－高成熟阶段，为较好－好的生油岩(《中国石油地质志(卷十五)》)。
乌尔禾组下亚组有机碳含量平均为1.01%、氯仿沥青“A”为283mg/kg，总烃为100mg/kg，生油潜量S1+S2为0.28mg/g，有机质类型为腐殖型，热演化程度处于成熟－高成熟阶段，属较差的成熟—高成熟的生油岩。
(二)储层特征
准噶尔盆地西北缘储层从石炭纪火成岩至白垩系沉积岩各层位都有分布。石炭系及佳木河组储层岩性以火山岩为主，上二叠统以上层位以碎屑岩为主。西北缘的碎屑岩以冲积相砂砾岩、砾岩为主(方朝亮等，2003)。
1.石炭系储层
石炭系储层按岩性特征可分为熔岩类和火山岩类。储集空间以裂缝－孔隙型为主，局部发育有孔隙型储层，总体上是一套中－低孔隙度、低－特低渗透率、非均质性极强的储集岩，主要分布于盆地西北缘车排子－百口泉地区(方朝亮等，2003)。
2.二叠系储层
(1)佳木河组储层:岩性为一套熔岩、火山碎屑岩及砂砾岩互层，岩屑成分主要为凝灰岩、变质岩，分选差，颗粒呈次棱角状，泥质中等胶结。属于中等孔隙度、中等渗透率的较好储层。主要分布在西北缘和腹部地区。
(2)风城组储层:其上部以细粒沉积为主，局部夹不等厚的粗碎屑岩，顶部发育有渗透性较差的细碎屑岩作为较理想的盖层。下部为一套粗碎屑岩沉积，岩性为砂质砾岩、砂砾岩夹砂岩，厚30～260m，钙质胶结，孔隙结构以粒间孔与构造缝为主，有效孔隙度为6%～12%，平均8%;渗透率小于1×10－3μm2，为低孔低渗储层。主要分布在西北缘和腹部地区，以风城地区和中拐五区、八区为代表。
(3)夏子街组储层:以粗碎屑岩为主夹不等厚的细碎屑岩，泥质、钙泥质胶结，孔隙类型以粒间孔、粒间溶孔、界面孔为主。孔隙度为6%～14%，平均9%，渗透率小于1×10－3μm2，总体为低孔低渗储层。主要分布在西北缘和陆梁隆起。
(4)乌尔禾组储层:岩性为灰绿色砂砾岩夹少量不等粒小砾岩和含砾不等粒砂岩。硅质胶结，孔隙以粒间溶孔为主，粒内溶孔和界面溶孔次之。为低孔中渗储层。
3.三叠系储层
主要为中、下三叠统的洪积相、河流相和三角洲相的砂砾岩体，孔隙度平均变化于10.9%～22.3%之间，渗透率平均变化范围为3.4×10－3～386.4×10－3μm2，总体为中低孔隙度、中低渗透率的中等－差储层。
4.侏罗系储层
侏罗系储层岩石类型较多，有砾岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩，但以中、细砂岩为主，属于中等储层。
(三)盖层特征
准噶尔盆地西北缘存在区域盖层与局部盖层(方朝亮等，2003)。
1.区域盖层
准噶尔盆地全盆分布的区域性盖层主要有两套:三叠系和侏罗系的区域性盖层。三叠系上统白碱滩组的大套泥岩在全盆地均有分布，其厚度在100～400m之间。侏罗系三工河组上部大套泥岩段厚60～80m，泥岩总厚为60～200m，在盆地内分布广泛。
2.局部盖层
准噶尔盆地各沉积时期储层之上或之间有塑性地层，受沉积环境影响，局限于某一局部地区，同样对油气有一定的封闭能力，形成一定规模的油气藏。主要的局部盖层有:在西北缘的克乌油区及石西地区主要分布着石炭系及下二叠统佳木河组顶部风化壳，如中拐五区、八区已发现的佳木河组天然气就是以风化壳为盖层。石西地区石炭系火山岩油气藏盖层也为风化泥岩层，以棕红色泥岩为主，厚约20～30m，为良好的盖层。西北缘下二叠统的风城组中的白云质泥岩及上二叠统乌尔禾组的泥岩及粉砂质泥岩均可作为好的局部盖层。中、下三叠统中砂砾岩层之间的泥岩隔层，如夏子街地区百口泉组、下克拉玛依组、上克拉玛依组气藏，泥岩隔层厚度为2～6m。这些泥岩已经作为该区天然气的局部有效盖层。
(四)油气运聚特征
由于受构造运动的影响，准噶尔盆地西北缘油气运移的特征，一是沿断层面作长距离运移，在燕山期，主断裂附近含油层位多，油层厚度大，原油沿断层面运移，直到遇到合适的圈闭聚集成藏;二是沿不整合面作长距离运移，由于海西期、印支期、燕山期等多次构造运移使得各层系之间及内部的不整合发育，为油气长距离运移、形成多层系含油创造了优越条件。
(五)油气藏特征
1.西北缘稠油油藏的基本类型
受构造活动和沉积作用的影响，盆地西北缘主要的油气藏类型多样，主要有断层遮挡的地层—岩性油藏、地层不整合遮挡—岩性油藏、背斜—岩性油藏、背斜油藏、断鼻油藏等，以前三种类型为主，如克拉玛依九区稠油油藏属断层遮挡的地层—岩性油藏(方朝亮等，2003)。
2.稠油油藏的分布及地层水特征
准噶尔盆地西北缘蕴藏着丰富的稠油资源，横向上，由红山嘴至夏子街绵延150km的中生界中均有稠油分布。已发现的稠油油藏和山麓露头区大面积的油砂、沥青脉，这表明，逆掩断裂推覆体主体及其上覆地层超覆尖灭带是稠油的富集高产带，稠油油藏主要分布在红浅1井区、克拉玛依油田、风城油田和乌尔禾—夏子于街地区(图5－3)。纵向上，稠油主要分布在盆地的上部构造层或上覆较年轻的地层中，一般情况下埋藏较浅，多小于600m。稠油层位主要为中三叠统克上组(红浅1井区、黑油山地区、四2区)、下侏罗统八道湾组(风城地区、红浅1井区)、上侏罗统齐古组(风城地区、六区、九区、红浅1井区)、下白垩统吐谷鲁群(乌尔禾、夏子街地区)以及推覆体主体石炭系基岩。其中侏罗系的储量占西北缘稠油油藏总储量的80%以上(方朝亮等，2003)。
图5－3 准噶尔盆地西北缘油藏分布略图据方朝亮等，2003)
稠油油藏的地层水类型与水动力条件、岩性条件以及油气藏的保存环境有关。侏罗系地层水水型以NaHCO3型为主，在车18井和车26井区为CaCl2水型，侏罗系地层水的矿化度表现为白碱滩地区最低，仅为5000mg/L，夏34井以西地区次之，为7000mg/L，车26井所在地区为最高，达21000mg/L，夏子街地区次高。三叠系地层水的矿化度在乌尔禾以南与克浅28井所在地区最低，仅5000mg/L，外拐和玛湖两地区较高。三叠系地层水水型主要为NaHCO3型，在红43－车002井地区为CaCl2型水(方朝亮等，2003)。