松辽盆地中、新生界地层厚逾万米，泉头组以下地层为深部断陷型沉积组合，主要分布于断陷盆地，岩性变化较大，自下而上为：侏罗系中统白城组分布于白城、洮南一带，中央坳陷、东南隆起可能存在该组地层。由灰色砂岩、砾岩及灰黑色泥岩、粉砂岩夹紫红色凝灰岩、凝灰质砂岩、泥岩不等厚互层，夹薄煤层，厚370.3 m，与下伏二叠系不整合，与上覆火石岭组不整合。侏罗系上统火石岭组分布于深部断陷盆地附近，由一套中性、中基性及酸性火山岩、火山碎屑岩、碎屑岩组成，厚160～938 m。白垩系下统沙河子组，有多口深井钻遇该地层，为暗色含煤砂岩、砂砾岩、泥岩组成，厚114～1256.5 m，不整合或假整合于深部断陷火山岩系之上，或超覆于不同时代基岩之上。白垩系下统营城组分布于中央坳陷东部和东南隆起，其它地区大部分缺失，与上下层为不整合或假整合。有三种组合，一为酸性、中酸及中基性火山熔岩、碎屑岩，厚320 m；二为含煤砂、泥岩，偶夹凝灰岩，厚240～580 m；三为杂色砂岩、泥岩、偶夹凝灰质砂岩，厚337～515 m。白垩系下统登娄库组分布于中央坳陷、东南隆起的德惠、梨树一带。岩性组合有两类，一为自下而上砂砾岩段、暗色泥岩段、块状砂岩段、杂色砂泥岩段，厚1547 m；二为自下而上暗色泥岩夹粉细砂岩段、砂砾岩与暗色泥岩互层段、杂色砂岩夹粉细砂岩段，厚1209 m。
早白垩世断陷盆地沉积相，沙河子组总体为水进序列，岩性逐渐变细。初始充填期为冲积扇或河道冲积沉积，谷地占优势，有小面积湖泊沼泽。明显分化期为盆地中心形成浅水湖泊并不断扩大加深，周缘发育三角洲、扇三角洲。最大水进期形成深水湖泊，湖面扩大，周缘三角洲、扇三角洲缩小，水下重力流发育。湖盆转化期由补偿加速深水湖盆转化为浅水湖盆阶段。营城组为浅水湖盆期，已转化为浅水湖泊及周缘扇三角洲和三角洲，部分地区出现泥炭沼泽化。登娄库组为浅水湖盆周缘三角洲、扇三角洲、冲积平原。
早白垩世断陷盆地主要沉积类型为冲积扇—扇三角洲相。冲积扇沉积主要分布在断陷盆地底部和断陷陡坡一侧，洪水携带近源的泥、砂、砾进入盆地形成扇形体，当冲积扇进入盆地水体后形成扇三角洲。三角洲相在十屋、柳条断陷岩性为灰—深灰色泥岩、粉砂岩和中细砂岩，主要发育在十屋断陷东缓坡带和北部斜坡带。进积式（水退序列）三角洲相组合主要发育于沙河子组和营城组上部。退积式（水进序列）三角洲相组合主要发育于沙河子组和营城组下部。湖泊重力流相（狭小）包括滨浅湖泊沉积、深湖泥质沉积和水下重力流沉积。在长岭、乾安、德惠断陷湖泊沉积所占比例较小，主要为滨湖相及湖沼沉积，局部形成薄煤线。在湖泊被充填消亡阶段，有时出现扇三角洲、浅湖相沉积，有时出现含煤的冲积扇、扇前冲积平原相沉积，扇前冲积平原类型中辫状河型冲积平原含煤性差，网结河型冲积平原含煤性好。发育较好的冲积平原可以形成煤，当冲填后的湖泊被淤平沼泽化时，才能形成较好的煤层。十屋、柳条断陷湖泊沉积占比例较大，间夹中粗粒重力流沉积，火山岩或火山碎屑岩主要分布于盆地底部基岩之上。松辽盆地中新生代岩浆活动强烈，断陷形成的早期火山岩发育广泛，盆地北部和中部在营城期或期后，也有火山岩喷发或岩浆侵入，常见火山岩夹层或凝灰岩夹层。
松辽盆地含煤地层为侏罗系和下白垩统。分布在松辽盆地西缘万宝、扎鲁特、林西一带为早侏罗世红旗组、中侏罗世万宝组。红旗组为一套陆相含煤碎屑岩沉积，不整合于二叠系地层之上。下部为砾岩、砂岩及中酸性凝灰质砂岩，中部为细砂岩、粉砂岩与煤层互层，上部为粉砂岩、泥岩夹少量砂岩及薄煤层。北部厚100 m，南部780 m，局部达1300 m。含煤22层，可采煤15层，单层均厚1～1.5 m，最厚2.55 m。万宝组为陆相河湖相含煤碎屑沉积，夹有中酸性火山岩或火山碎屑岩，含煤性较差。
分布在松辽盆地东缘九台—营城、碑岭—陶家屯、四平、昌图沙河子一带为早白垩世沙河子组、营城组。沙河子组为一套陆相含煤碎屑夹火山碎屑沉积，由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，厚210～690 m，含煤2～24层。沙河子组可分三个岩性段：下段含煤段为砂岩、粉砂岩、泥岩，含煤1～5层，1～4层为可采煤，厚15 m。中段为泥岩段，上段为砂泥岩段。营城一带含煤5～11层，可采煤2～4层，厚0.76～12.88 m。其它地区煤层厚5.93～7.0 m，可采煤厚0.76～11.78 m，一般为2.65～6.17 m。营城组为一套火山岩含煤沉积，由下而上为中基性火山岩段、酸性火山岩段、含煤段、火山岩段，厚877～1421.4 m，与下伏沙河子组整合或平行不整合接触。羊草沟一带下含煤段含煤14层，2层可采煤，上含煤段含煤8层，可采煤3层，煤厚5.93 m，最厚11.69 m。九台孙家沟含煤1层，厚1.37 m，刘房子含煤17层，可采煤11层，单层厚1～2 m。
分布在松辽盆地南缘铁法、康平一带含煤岩系为早白垩世沙海组和阜新组。沙海组为陆相含煤碎屑岩，厚578～1370 m。分三个岩性段：下部砾岩段为厚层砾岩、粗砂岩夹细砂岩，薄层粉砂岩，厚72 m；中部含煤段为粗至细砂岩及粉砂岩夹多层薄煤层及煤线，厚145 m；上部泥岩段为泥岩、泥质粉砂岩夹薄层砂岩、砾岩，厚371 m。康平、铁法以砂岩、砂砾岩为主夹泥岩、粉砂岩及砾岩，厚300～670 m。阜新组为一套粗碎屑含煤沉积，与沙海组为整合接触，厚655～1200 m。自下而上为高德段、太平段、中间段、孙家湾段、水泉段。高德段为粉砂岩、泥岩夹含砾砂岩，上部夹2～3层稳定薄煤层，厚20～25 m。其上四个段岩性相似，由含砾砂岩、粉砂岩互层，煤层、粉砂岩组成沉积旋回。太平段、中间段、孙家湾段为主要含煤段，上部均有巨厚煤层，顶部水泉段含10余层不稳定薄煤层。铁法含煤20层，可采煤层12层，厚15.3～31.3 m。
据已有钻井等勘探资料证实，在松辽盆地中央坳陷带徐家围子断陷有数口井在早白垩世地层中见有煤线，乾安、长岭断陷盆地及东部断陷带的德惠断陷盆地，在滨浅湖相与湖沼相沉积形成薄煤层。东部断陷带的十屋断陷盆地在滨湖、三角洲相带形成薄煤层。
对松辽盆地深部晚侏罗至早白垩世断陷盆地中的含煤岩系赋存状况，虽然已在诸多深井中见有煤层或煤线，由于深部勘探程度较低，总体面貌并不十分清晰，因此对其认识也有所不同。一种认为根据盆地自身和周缘、周邻盆地地质构造条件，推测深部断陷盆地中可能有较好的含煤岩系存在。另一种认为松辽盆地晚侏罗至早白垩世含煤岩系之所以发育不好，是因为松辽盆地内部断陷盆地面积较大，而盆地周缘可成煤的有机质—烃源岩的物源供给不足，造成盆地聚煤状况不佳。
松辽盆地地处西伯利亚板块与塔里木-华北板块相结合的部位，位于准噶尔—兴安、天山-赤峰活动带的东部，濒临太平洋陆缘活动带，燕山期形成的断陷—坳陷盆地基底为前震旦纪古老变质岩系，基础是显生宙以来褶皱系。松辽盆地含煤岩系形成于晚侏罗-早白垩世，其成煤期即是断陷盆地发育期，含煤地层主要分布在断陷盆地之中。松辽盆地含煤岩系主要发育在深部的断陷盆地，断陷盆地规模不等，主要为地堑型、半地堑型或复合型。含煤岩系属陆内沉积，为陆相沉积地层，有利聚煤相带形成于被充填的湖泊沼泽或扇前冲积平原相带。燕山期岩浆活动强烈，中晚侏罗世含煤地层往往发育在火山岩系与沉积岩系之间，早白垩世以陆相碎屑岩为主的含煤岩系往往亦有火山岩夹层。从盆地热演化分析，晚侏罗—早白垩世断陷含煤岩系埋深均已达到生烃门限。松辽盆地具有高热流值、高地温场特点，有机质演化的两个门限深度很浅。Ro为0.5%的门限深度约为1200～1400 m，Ro为1.3%的门限深度为2200～2400 m，比中国东部其它张性盆地浅1000 m，较西部压性盆地浅两倍以上。盆地内测定的镜质体反射率呈现盆地中部高，向盆地边缘逐减的趋势，反映了深部煤化程度深，煤阶增高的特点。从盆地含煤岩系的保存条件分析，晚侏罗—早白垩世含煤岩系组合上，有登娄库组及其以上晚白垩世沉积岩层大面积覆盖，在区域上对下伏煤系地层的保存十分有利。登娄库组沉积后沉积间断，对未被登娄库组覆盖的断陷盆地或登娄库组被剥蚀的断陷盆地保存都是不利的，但登娄库期后盆地深拗扩展，泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组在整个盆地披盖式的沉积，泥质岩类发育，对下伏的含煤岩系的保存又是有利的。
参见《中国煤层气盆地图集》“中国东北部晚中生代断陷盆地分布图”、“松辽晚侏罗—早白垩世断陷盆地分布图”、“松辽盆地地层综合柱状图”、“松辽盆地地质剖面图”、“松辽盆地晚侏罗—早白垩世早中期岩相古地理图”、“松辽盆地早白垩世晚期岩相古地理图”、“松辽盆地下白垩统营城组顶面构造图”、“松辽盆地下白垩统营城组—沙河子组厚度图”、“松辽盆地营城组顶面有机质演化程度图”。