1.含煤岩系沉积相类型、时空展布及演化特征
沉积学综合研究及图2-3表明，八道湾组在盆地南缘主要为冲积扇-扇三角洲-河流-湖沼相沉积。山前为冲洪积扇堆积的砾岩、砂岩。向盆地内部，过渡到辫状河-泛滥平原及辫状河三角洲-浅湖相。盆地腹部代表八道湾组底的反射波在横向上反射密集而连续，推测应以沼泽相沉积为主。在盆地西北缘，哈拉阿拉特山北麓和什托洛盖的八道湾组属冲积扇体系-扇三角洲或湖泊三角洲体系沉积；克拉玛依市吐孜阿克内沟的八道湾组为辫状河-湖泊相沉积。
图2-2 准噶尔盆地西山窑组沉积相柱状图
三工河组属湖泊体系的滨湖-浅湖沉积，局部为半深湖沉积。其中部分具斜层理或沙纹层理的细、中砂岩，或者代表滨岸沙坝沉积，或者属沙洲沉积；另一部分具粒序层理和变形层理的薄层砂则具有浅水重力流的沉积特征。在盆地南缘为河流-沼泽相沉积，向盆地内为曲流河-三角洲相和浅湖相沉积，厚800～882 m。在玛纳斯一带的三工河组则为扇三角洲体系向湖泊体系推进的沉积序列，在呼图壁也发育有半深湖相泥质沉积。沉积相带大致平行山系走向。
中侏罗统下部西山窑组为湖泊-沼泽相的砂岩、泥岩、炭质页岩夹煤层、煤线及菱铁矿。盆地南缘沉积较厚，一般600～800 m，底部发育块状灰白色石英质砾岩或灰白色巨厚的石英砂砾岩夹煤层，为辫状河-泛滥平原沉积，向北为辫状河三角洲及滨浅湖相，呼图壁以北发育有半深湖相。西北缘克拉玛依其由3个向上变粗的层序单元构成，亦显示三角洲体系的沉积特点，但三角洲前缘部分的砂质沉积物粒度较粗（细、中砂岩-砾岩）、三角洲平原部分无可采煤层，可能属扇三角洲体系的沉积。在盆地南缘其总体具有湖泊三角洲体系或河沼相—湖相—河沼相交替的沉积特点。其中玛纳斯河的西山窑组由16～20个三角洲体系单元组成，而在乌鲁木齐—阜康一带，该组的湖泊三角洲体系单元多达30～40个；不过，中下部的体系单元内，三角洲平原组合较发育，显示水退型湖泊三角洲沉积体系的层序结构；上部的体系单元中，三角洲平原相组合不甚发育，具有水进型湖泊三角洲体系特点。这一时期的沉积相带展布除呈现出平行南缘山系走向外，相带宽度狭窄，向北则逐渐变为宽阔。说明盆地具有不对称的结构形态，总体表现为南翼陡，北翼宽缓的不对称箕状前陆盆地，总体呈现为南厚北薄的沉积楔体。
图2-3 准噶尔盆地侏罗系沉积相对比柱状图
中侏罗统上部头屯河组至上侏罗统喀拉扎组基本保持了中侏罗世早期的沉积格局，盆地边缘发育冲积扇及辫状河流相的沉积，往北为曲流河、滨浅湖相沉积，但湖水明显变浅。头屯河组在盆地南缘的山前，垂向上表现为由山麓冲洪积扇和辫状河沉积→曲流河和泛滥平原→沼泽和浅水湖相的变化过程，反映侏罗纪另一个沉积旋回的开始。
上侏罗统下部齐古组分布范围较中下侏罗统煤系地层缩小，岩性为大套紫红、砖红色泥岩、砂质泥岩夹薄层-块状凝灰质砂岩，向上砂岩增多，与泥岩呈交互层状，反映为干燥炎热的浅水湖盆向河口三角洲和曲流河-泛滥平原的转化，在山前发育山麓辫状河及冲洪积砾岩夹砂质泥岩，总厚144～683 m。
喀拉扎组在盆地南缘为山麓冲洪积扇及辫状河堆积的大套棕红色巨厚块状泥砂质砾岩，见有交错层理，以玛纳斯河剖面为代表，在喀拉扎山至乌鲁木齐北，为灰绿色具交错层的块状粗至细粒长石砂岩夹细砾岩及泥砾团块，可能为扇三角洲的沉积，头屯河一带厚800 m。
2.含煤岩系沉积体系演化与岩相古地理面貌
准噶尔盆地经印支运动影响而广泛隆升之后，侏罗纪又接受沉积。研究表明，准噶尔侏罗纪聚煤盆地大体相当于现今的盆地范围，其沉积面积比三叠纪有所扩大（彭作林等，1991），造成侏罗纪沉积普遍超覆于老地层之上。下侏罗统与下伏中、上三叠统小泉沟群一般呈不整合接触，局部为平行不整合或整合（仅见于乌鲁木齐附近）。八道湾组主要为河流-沼泽相沉积；山前为冲洪积扇堆积的砾岩、砂岩；向盆地内部，过渡到辫状河-泛滥平原及辫状河三角洲-浅湖相。以玛纳斯—乌鲁木齐一带为沉降中心，泥岩厚度增大，沉积厚度也最大，向东、西两侧厚度逐渐减薄至100～167 m。
准噶尔盆地主体的下沉速度和沉积速度基本保持平衡。在早、中侏罗世的不同沉积时段大体可分为3个相区：冲积扇相区、河流相区和湖泊相区。八道湾组沉积时，冲积扇相区分布于盆地西北部的乌尔禾附近、北缘乌伦古河以南以及东部的奇台北山地区。它们均由冲积扇裙复合体组成。河流相区位于盆地四周，其中以盆地西北缘（红山嘴-乌尔禾）、北缘和东缘最为发育；南缘的河流相区相对较窄。需要特别指出的是，这里所说的河流相区不仅包括辫状河和曲流河体系的沉积，其前缘部分可能还囊括了部分河流三角洲体系的沉积。在上述河流相区内侧的盆地腹地，为浅（滨）湖相区的分布范围。盆地的沉积中心位于玛纳斯以北至呼图壁一线，并大体作北西向展布。
下侏罗统八道湾组分布广泛，在盆地南缘吉木萨尔水西沟向西经黄山、三工河、头屯河至玛纳斯河一带出露甚广，其中，盆地南缘山前阜康与吉木萨尔之间的小泉沟一带沉积厚度最大，按岩石组合特征可分为上、下两段。下段为巨厚含砾砂岩、砾岩夹粉砂质泥岩及煤层，代表以碎屑流和泥石流为主的冲积扇体系的沉积；上段岩石粒度变细，但下部以砂岩为主的层段属扇三角洲沉积体系，上部以泥岩、粉砂岩为主的层段代表湖泊体系（滨浅湖）沉积。
在盆地西北缘，哈拉阿拉特山北麓和什托洛盖的八道湾组厚682.3 m，由灰、灰黄、灰绿色含砾砂岩、砾岩，各种粒度砂岩，泥岩及煤层组成，也可分为上、下两段：下段岩性为厚层砾岩、含砾砂岩夹泥岩及煤线，属冲积扇体系沉积；上段岩性为中粒至细砂岩、粉砂岩，泥岩及煤层由7～8个扇三角洲或湖泊三角洲体系单元构成。克拉玛依市吐孜阿克内沟的八道湾组厚75.3 m，下部为含砾粗砂岩夹砾岩，属辫状河沉积；中上部为砂岩、泥岩夹煤线，含双壳类和叶肢介化石，属湖泊沉积。
三工河组沉积时没有明显的河流相区发育，仅在百口泉、和布克赛尔、乌伦古河西南侧、奇台北山、乌鲁木齐—阜康一带发育冲积扇和扇三角洲沉积，其他广大地区均被湖泊相区占据。值得注意的是，除了浅湖相区外，在其腹地还有大面积的深湖或较深湖沉积。三工河组沉积时的另一个重要特征表现为水盆地中心与沉积中心不一致。如果说按深湖相区确定的水盆地中心位于准噶尔盆地腹地的话，那么，沉积中心则位于该盆地南部山前地带，即安集海—玛纳斯—呼图壁。
三工河组分布较八道湾组广，为侏罗纪最大水进期的广湖阶段。盆地南缘为河流-沼泽相沉积，以中厚层砂岩、粗砂岩、含砾砂岩夹炭质页岩及煤线为主。向盆地内为绿灰、灰色泥岩夹薄层至厚层状中细砂岩、叠锥状泥灰岩、透镜状菱铁矿，顶部常发育粉砂岩、泥质砂岩、砂岩夹泥岩薄层和煤线，为曲流河-三角洲相和浅湖相沉积，厚800～882 m。在玛纳斯及呼图壁一带发育有半深湖相泥质沉积。沉积相带大致平行山系走向。
中侏罗世随着地势的进一步夷平、地势高差缩小，由早期的河流-湖泊相沉积为主逐渐转化为湖泊-沼泽相沉积。在温暖潮湿气候条件下湖沼发育，是新疆乃至西北地区的重要成煤时期之一。这种广泛的成煤环境反映了天山南北之间已无明显的阻隔，构造活动相对平静的特点。
中侏罗统下部西山窑组沉积时，基本保持了早侏罗世的沉积环境，为湖泊-沼泽相的砂岩、泥岩、炭质页岩夹煤层、煤线及菱铁矿。盆地南缘沉积较厚，一般600～800 m，底部发育块状灰白色石英质砾岩或灰白色巨厚的石英砂砾岩夹煤层，为辫状河-泛滥平原沉积，向北为辫状河三角洲及滨浅湖相，呼图壁以北发育有半深湖相。西山窑组沉积时的冲积扇相区（包括扇三角洲沉积）仅发育于北缘地区；河流相区分布于西北缘的红山嘴—乌尔禾、东缘的奇台北山以及南缘的乌苏—安集海—玛纳斯—呼图壁以南的山前地带及博格达山北侧；盆地内部被滨浅湖相区大面积占据。
盆地在这一阶段的沉积相带展布除呈现出平行南缘山系走向外，相带宽度狭窄，向北则逐渐变为宽阔。这一特点说明盆地具有不对称的结构形态，总体表现为南翼陡，北翼宽缓的不对称箕状。这一阶段盆地已经随着周缘山系的夷平及冲断活动的强弱变化，逐渐转化为由北向南倾斜和加深的统一前陆盆地，总体呈现为南厚北薄的沉积楔体，盆地的沉降、沉积中心明显偏向盆地南侧，说明天山山系的影响逐渐增强，改变了早先盆地周缘山带“三足鼎立”的格局，而成为“一枝独秀”。
中侏罗统上部头屯河组至上侏罗统喀拉扎组基本保持了中侏罗世早期的沉积格局，盆地边缘发育冲积扇及辫状河流相的沉积，往北为曲流河、滨浅湖相沉积，但湖水明显变浅。头屯河组与下伏地层在盆地南部几乎全为整合连续关系，仅在四棵树河地区局部可见极微弱的剥蚀现象，而盆地其他地方多表现为不整合、假整合，反映了西山窑组与头屯河之间存在着一次明显的变形过程，与吐哈盆地西山窑组与上覆三间房组之间存在着沉积间断相同，说明盆地阶段性的活动过程。
头屯河组底部为砾岩、砂岩夹砂质泥岩、炭质泥岩，局部可见达百米的砂岩，中上部以泥质沉积为主，常夹多层介壳层、砂质泥岩或泥灰质砂岩，总厚380～654 m，在盆地南缘的山前，发育为暗红色块状砾岩，头屯河组总体上由山麓冲洪积扇和辫状河沉积→曲流河和泛滥平原→沼泽和浅水湖相的变化过程，反映侏罗纪另一个沉积旋回的开始。
晚侏罗世盆地气候已有重大变化，主要为干热型。因此，出现大套红色沉积。上侏罗统下部齐古组由于燕山早期运动的影响，分布范围较中下侏罗统煤系地层缩小，岩性为大套紫红、砖红色泥岩、砂质泥岩夹薄层至块状凝灰质砂岩，向上砂岩增多，与泥岩呈交互层状，反映为干燥炎热的浅水湖盆向河口三角洲和曲流河-泛滥平原的转化，在山前发育山麓辫状河及冲洪积砾岩夹砂质泥岩，总厚144～683 m。
喀拉扎组沉积时，周缘山系尤其是北天山抬升速度加快，地势高差增大，盆地南缘为山麓冲洪积扇及辫状河堆积，大套棕红色巨厚块状泥砂质砾岩，见有交错层理，以玛纳斯河剖面为代表，在喀拉扎山至乌鲁木齐北，为灰绿色具交错层的块状粗至细粒长石砂岩夹细砾岩及泥砾团块，可能为扇三角洲的沉积，头屯河一带厚800 m。
侏罗纪末盆地边缘山系急剧隆升，盆地受其影响再次发生广泛抬升，造成白垩系不整合或假整合于侏罗系及更老地层之上。盆地南缘由于地层卷入冲断变形出现白垩系与侏罗系的不整合。
综上所述，准噶尔盆地八道湾组和西山窑组沉积时的岩相古地理面貌十分相似。在这两个沉积阶段内，湖盆水体很浅，湖泊三角洲体系发育。这种沉积环境在适宜的古气候、古植被条件的配合下，为稳定的、大面积的泥炭沼泽的形成创造了极为有利的环境，并最终导致优质厚煤层的形成。两套煤系之间的三工河组沉积时，占有重要地位的是大面积的湖泊相（尤其是深湖相和较深湖相）沉积，因此，不利于含煤岩系的形成。这一特征清楚地揭示了准噶尔盆地早、中侏罗世沉积古地理演化过程，即在最初阶段接受浅水沉积的基础上，经历一次大规模水体加深过程之后，湖盆又被淤浅。