地层油气藏是指由构造运动引起的沉积间断、剥蚀、超覆沉积等作用下，储集体沿不整合面或侵蚀面上下，被非渗透层所围限或遮挡，形成的油气藏。按照油藏所处的位置、产状、基岩卷入状况、遮挡条件的不同，进一步将地层油气藏分为三个亚类，即地层超覆、地层不整合和古潜山油气藏（本书对于古潜山油气藏不做论述）。地层油气藏所包含的潜山油气藏在裂谷盆地十分发育，尤其是中国东部地区的裂谷盆地潜山油气藏丰富多彩。但关于潜山油气藏专著已出版多部，本书对于潜山油气藏不再做论述，本书主要对非构造油气藏的主体以碎屑岩储集层的地层油气藏、岩性油气藏及复合油气藏进行研究和探讨。
（一）地层超覆油气藏
地层超覆油气藏位于不整合面或侵蚀面之上，其上为不渗透层封盖，侧向为不整合面或侵蚀面以下不渗透层遮挡。只有当储层超覆线与构造等深线相交时，才能形成有效圈闭。
地层超覆油气藏主要分布在裂谷盆地或凹陷的斜坡带、盆地内部的古隆起、古凸起的周缘。在我国已发现的地层超覆油藏规模相对较小，如江汉盆地潜江凹陷钟市地层超覆油藏，二连盆地巴音都兰凹陷巴1井北地层超覆油藏，渤海湾盆地济阳坳陷陈家庄地层超覆油藏，辽河坳陷西部凹陷齐家地层超覆油藏等。世界上发现的大型地层超覆油藏有加拿大阿尔伯达盆地（属地台型盆地）皮斯河地层超覆油藏，含油面积约6500km2，地质储量约11×108t。该油藏为重质油油藏，原油密度为0.913～1.00 g/cm3，储层为下白垩统砂岩，不整合超覆在侏罗系、二叠系、密西西比系和泥盆系之上。
（二）地层不整合油气藏
地层不整合油气藏位于地层不整合面或侵蚀面之下，其上被不渗透层不整合覆盖或沥青稠油封堵，当不整合线与储层顶部构造等深线相交切时，形成地层不整合圈闭。
地层不整合油气藏多分布在裂谷盆地或凹陷的斜坡带、盆地内部的古隆起和古凸起的周缘。如渤海湾盆地冀中坳陷牛北斜坡地层不整合油藏，济阳坳陷东营凹陷南斜坡金家地层不整合油藏，辽河坳陷西部凹陷西斜坡曙光地层不整合油藏，二连盆地乌里雅斯太凹陷东坡地层不整合油藏等。世界上发现巨型、大型地层不整合油藏为数不少，如美国墨西哥湾盆地著名的东得克萨斯地层不整合油藏。该油藏位于上白垩统前奥斯丁阶区域不整合面之下伍德宾阶（上白垩统）砂岩储层，含油面积 540km2，可采储量 8.1×108t（В.В.СЕМЕНОВИЧ，1982）。又如利比亚锡尔特盆地梅斯拉地层不整合油田。该油藏位于上、下白垩统之间的不整合面下，下白垩统萨里尔组河流相砂岩储层，最大厚度约150m，含油面积200km2，探明石油地质储量约4.3×108t。