塔里木盆地自中生代三叠纪开始进入陆相沉积盆地发展阶段，在塔里木古陆（或低地）与天山构造带、昆仑构造带、阿尔金构造带之间形成了一系列断陷盆地和坳陷盆地，即塔北盆地、西南盆地、江格沙依盆地。
早—中侏罗世是湖盆演化的最盛时期，发育了以含煤建造为特征的湖泊相、河流相、沼泽相沉积。在深水湖相区为生油坳陷区。自中侏罗世晚期以后盆地逐渐萎缩，山麓相-河流相沉积占主导地位。古气候也由温暖潮湿向干旱转化。
因资料有限，现将各盆地岩相古地理概况简述如下。
1.塔北盆地
塔北盆地位于塔里木古陆与天山构造带之间，是继三叠纪发育起来的大型湖沼盆地，也是早—中侏罗世塔里木古陆外围盆地中最大的聚煤盆地。北侧天山为盆地主要物源供给区，南侧古陆为次。盆地内部由于阿克苏—轮台一线为一岛链状水下隆起带，又将该盆地分为南北两个次级盆地，即库拜盆地、满加尔盆地。
（1）库拜盆地
库拜盆地是继三叠纪之后发展起来的山前坳陷盆地，聚煤期自三叠纪末期至中侏罗世早期，盆地北侧天山为剥蚀区，是盆地主要物源供给区；盆地北缘是冲积扇-河流发育区，盆地内部及南缘为湖泊发育区，受山前盆缘深大断裂的控制，该盆地为一北深南浅的箕状盆地。
在聚煤早期，即塔里奇克组（J1t）沉积期，气候进一步转暖，北型似丹尼蕨-贝尔脑蕨植物群中混生南型网叶蕨-格子蕨植物群分子。北部山前为河流沼泽相沉积区，形成3个由粗到细的正粒序旋回，每个旋回下部由灰绿、灰白色砂岩、砾岩、砂砾岩组成。碎屑分选、磨圆较好，为河道亚相沉积；上部为灰绿、深灰色泥岩、炭质泥岩、页岩、浅色粉砂岩，其中夹多层可采煤，为河漫沼泽或三角洲平原沼泽沉积。实际上每个旋回上部河道相砂体的消失都反映了一次盆地环境的变迁，显示了湖泊的一次扩大；河道砂体的每次发育都显示了湖泊范围的一次萎缩，因而盆内湖泊也时深时浅，形成湖相粉砂岩、泥质岩夹泥炭沼泽相薄煤沉积。
该组在拜城库尔阿肯最厚，达527 m。表明此处为盆地沉降中心，其东部库车卡普沙良地层厚为320～380 m。煤层最大可采厚为36 m。为该组沉积期的聚煤中心，向盆地东西两端地层变薄，可采煤层总厚也变薄。说明当时的泥炭沼泽主要发育在湖盆的滨湖地带。
早侏罗世阿合组（J1a）沉积期，盆地北缘断裂活动加剧，盆地内外差异升降明显，天山南麓河流冲积物大量南泄，在盆地北缘形成了规模宏大的冲积扇裙，发育了众多的辫状河，沉积了一套冲积相砂岩、砂砾岩、砾岩等粗碎屑岩。库车河一带最厚达518 m，阳霞厚达415 m，向西变薄，至温宿北仅140 m，沉积中心明显东移。此时盆内湖区明显缩小，形成细碎屑泥质沉积。
早侏罗世晚期阳霞组（J1y）沉积期盆地北缘地区为河流沼泽发育区，但河流为曲流河，河道亚相以粗砂岩为主，局部夹细砾岩，分选、磨圆均较好。较细的砂泥质层段一部分为河漫滩亚相沉积；另一部分为湖相沉积，因其中夹有菱铁矿透镜体，薄层泥灰岩和具水平层理、缓波状层理、双向交错层理发育的粉砂岩、泥岩，说明湖泊有时扩大侵入该区。泥炭沼泽相是在河湖共同作用地带得以广泛、多次、长期发育。盆内部仍为湖泊发育区，湖泊有时扩大或缩小，时深时浅，在其淤浅地段形成泥炭沼泽。
据盆地北缘该组地层厚度推测，沉积中心仍在库车—阳霞一带，向西变薄；泥炭沼泽发育程度，也是东厚西薄；泥炭沼泽开始发育时间自东向西越来越晚，如阳霞始于早期，库车、阿艾始于中期，铁列克始于晚期。而结束的时间基本相同。该组沉积期为一重要聚煤期。
中侏罗世早期克孜勒努尔组（J2k）沉积期，整个库拜盆地几乎均为湖泊沼泽相，广泛接受了灰绿色粉砂岩、黑色炭质页岩、灰白色石英砂岩夹煤层及黄铁矿结核等砂泥质含煤沉积，泥炭沼泽发育程度同样是东部好西部差。
中侏罗世晚期虽然仍为湖泊沉积，但气候已变得干旱，不利于植物生长。失去了泥炭沼泽发育的物质条件，结束了聚煤史。
（2）阿克苏-轮台-库尔勒隆起带（塔北隆起）
该隆起形成于加里东期（奥陶纪后），自中生代三叠纪随着塔北盆地的形成开始以水下隆起接受滨湖相沉积。
（3）满加尔盆地
该盆地是在长期发育的塔里木古陆基础上形成于早三叠世的大型宽缓坳陷盆地，其范围与塔中坳陷构造范围大致相当或略大。由于早中侏罗世含煤岩系深埋于地下3000余米，地表又无露头，仅有石油物探和几个钻孔的点滴资料，所以对其岩相古地理仅作简要推断性概述。
据盆地中部偏西的跃参1井和西部的沙参1井及阿参1井揭示的三叠纪地层资料分析，三叠纪地层自跃参1井向西、地层渐厚、粒度渐粗，暗色泥岩渐少，而跃参1井三叠系地层剖面均为湖相粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩，只有下三叠统有少量砂岩夹细砾岩。而在晚三叠世末均有湖沼相炭质泥岩、煤线、薄煤层沉积。上述情况说明：①自盆地形成就是一个十分宽阔的湖泊；②同样具有环状相带分布特征；盆缘为河流、滨湖相，向内为浅湖相、半深湖-深湖相；③塔北隆起南北岩相迥然不同，北部变化大，而南部几乎无变化。说明物源供给区不同是直接原因。④晚三叠世末均发育含煤地层，说明隆起南北有共同的发展史和共同的聚煤期。因此推测在晚三叠世末沉积期，该盆地盆缘地带均为河流沼泽-滨湖沼泽相区，盆内均为湖泊沼泽相区。
据盆地东部英南1井、铁南2井、铁南1井，揭示的下—中侏罗统地层资料，主要岩性为河流相灰白色砂岩、砾岩，蓝灰色-灰黑色泥灰岩、粉砂岩，有的夹炭质泥岩和煤层。而英南1井、铁南2井岩性粗煤层少，铁南1井岩性较细，煤层较多。如铁2井，砾岩占17%，砂岩占56%，地层厚400余米，铁南1井砂岩占54%，泥岩占37.9%，煤层占8%，达50余米，地层厚500余米。而且均主要在中上部含煤。上述情况说明：①该盆地与库拜地区有相同的聚煤期，说明发展史相同，沼泽相在盆地中普遍发育，具有区域性，而且由盆缘向泥炭沼泽发育，则聚煤中心在盆地腹地。②盆地腹地为湖相区，满加尔一带可能为半深湖-深湖相区，边缘为河流-滨湖相区，具环状相带分布特征。
2.塔西南盆地
该盆地位于昆仑山山前，呈北西—南东向延伸的狭长带状盆地。该盆地形成于二叠纪，其西北段处于昆仑山、天山两大构造系复合部位，东南段为昆仑山与塔里木古陆所挟持。早—中侏罗世聚煤期有两个次级盆地，一个在叶城西南呈西南深北东浅的箕状盆地；另一个为吐云盆地，为一中部深东西浅的断陷盆地，其古地理环境的变迁和岩相带的分布受盆地构造控制。
在早侏罗世早期由于盆地与外围山区地形高差较大，因而山麓相、河流相普遍发育，形成一套以河流相为主的不含煤沉积，在早侏罗世晚期由于经过了早期盆地的填平补齐作用和盆地外围山区的剥蚀作用，盆地扩大且平缓，同时地壳运动趋于稳定沉降，则湖泊扩大，形成以湖相为主的砂泥岩沉积，仅在局部河湖交互地带形成泥炭沼泽相，而在盆地的两个沉降中心地带形成深湖相泥岩夹油页岩、泥灰岩沉积。到中侏罗世早期由于盆地处于有节律的沉降状态，湖泊相对收缩，湖滨河口、三角洲相较发育，在这些地带多次形成了泥炭沼泽，因而中侏罗世早期形成了一套河湖沼泽相含煤沉积，成为该盆地早—中侏罗世最重要的聚煤期。盆地的沉降中心泥炭沼泽形成得早，但发育时间短暂，次数多，因而形成较多的薄煤层，煤层总厚较大。中侏罗世晚期虽然仍以河漫滩-湖泊相砂泥岩沉积为主。但由于气候变得干旱，植物生长困难，失去了形成泥炭沼泽的气候和物质条件，因而未形成煤层，但形成了较多的褐红色杂色岩层，尤其在中侏罗世末期。
该盆地早—中侏罗世岩相分布总体情况如下：
吐云—乌恰一带由于是中心式沉降，因而中心部位为含砂泥岩相带，属半深湖-浅湖环境。边缘为泥质砂岩相区，属湖滨、河流三角洲环境，两者之间为砂质泥岩相区，属滨浅湖环境。
英吉沙—和田一带因西南边缘深大断裂的控制为箕状，则由盆地沉降中心（棋盘、普沙）向北、北东、东三个方向依次分别为含砂泥岩相区，砂质泥岩相区，泥质砂岩相区，分别属半深湖、浅湖、滨湖河口环境。
自柯克亚向西有砂岩减少、暗色泥岩增加的趋势，推测棋盘附近为较深湖相区。
3.塔东南江格沙依盆地
该盆地为一狭长断陷盆地，在早—中侏罗世有两个沉降中心：一个在西部民丰南布雅—吾鲁克赛一带，为中心式沉降；一个在东部且末南克孜列拉—江格沙依一带，由于南缘深断裂控制为南深北浅的箕状。两者之间沉降幅度小，因而盆地内部呈现出东西低中部高，西部中部低南北两侧高，东部南低北高的古地理面貌。盆地北侧为塔里木古陆，长期剥蚀已准平原化；而南侧的阿尔金山、昆仑山为高山剥蚀区，为盆地的主要物源供给区。上述古地理总貌控制着早—中侏罗世沉积厚度、岩相分布、聚煤作用。
在早侏罗世早期，由于盆地与南侧阿尔金山、昆仑山高差很大，在盆地依山一侧形成众多的冲积扇，河流发育于全区，湖泊零星发育于盆地中部偏北及东部江格沙依等地。因而形成一套以冲积相为主的粗-细砾岩、砂岩沉积；西部部分河泛平原上形成不稳定的泥炭沼泽相沉积。
早侏罗世晚期，由于盆地处于稳定的节律性的沉降阶段，湖泊逐渐扩大，冲积扇、河流逐渐退缩，在湖泊水体逐渐扩大的总体进程中，在冲积平原、滨湖河口三角洲地段多次发育泥炭沼泽；另因地域狭窄，湖泊为滨浅湖环境，不时淤浅沼泽化，从而形成较多的厚薄不一的不稳定的煤层，成为该盆地早—中侏罗世最重要的聚煤区。
中侏罗世早期，盆地继续稳定沉降，湖泊水体继续扩大，形成湖相砂泥岩沉积。由于初始阶段气候尚且温暖潮湿，在局部河流的湖滨地段形成不稳定泥炭沼泽；此后，气候逐渐变得干旱炎热，植物萎缩，失去泥炭沼泽的物质基础，未形成煤层，却形成较多的紫红色、棕红色岩层。
中侏罗世晚期，湖泊水体退缩、河流水系又较发育，但气候仍为干旱，从而形成一套河湖相砾岩、砂泥岩杂色沉积。
总体来看，该盆地早—中侏罗世岩相分布较为简单，除克孜列拉—江格沙依一带为砂质泥岩相区，属浅湖环境外，其他广大地域均为泥质砂岩相区，为冲积扇、河流、湖滨环境。