准噶尔盆地是中国西部油气资源丰富的大型多旋回叠合盆地之一。其中的次级构造单元柴窝堡凹陷位于盆地南缘，是一个在下石炭统褶皱基底上发育起来的小型山间叠合凹陷。该区具备叠合盆地独特的石油地质特征，发育多套生烃层系、多套储盖组合，具有较好的油气勘探前景。本文针对该区油气藏分布的复杂性，以板块构造、陆相层序地层学及现代含油气盆地地质学理论为指导，以叠合盆地复合含油气系统勘探的方法为依据，遵循动态研究、重点解剖、综合分析相结合的研究思路，从叠合凹陷形成及演化的整体出发，探讨该区油气成藏的特点和规律，分析了油气富集的主要控制因素。通过对柴窝堡凹陷主要不整合面的识别及剥蚀厚度的求取，结合博格达造山带的演化历史及区域构造应力场特征，认为自晚古生代到新生代，柴窝堡凹陷的总体沉降表现为早中二叠世快速沉降→晚二叠世微弱抬升→三叠纪—中侏罗世缓慢沉降与调整→晚侏罗世抬升→白垩纪持续沉降→第三纪至今快速沉降、快速抬升。根据研究区不同时期的沉降特点，相应地经历了晚石炭世—中二叠世裂谷盆地、晚二叠世—白垩纪拗陷盆地以及第三纪—第四纪山间盆地演化阶段，具有复杂叠合盆地的特征。运用陆相层序地层学原理和方法，将柴窝堡凹陷上石炭统—第四系分为三个盆地充填层序、六个一级层序(构造层序MS_Ⅰ-Ⅵ)、九个二级层序(亚构造层序SS_1-9)和二十一个三级层序(SQ_1-21)。层序界面主要由规模不等的不整合面、沉积间断界面、河道冲刷面、古土壤及岩性突变界面等构成。晚石炭世—中二叠世陆内裂谷形成阶段，构造运动、沉积物的供给是影响层序发育的主导因素；晚二叠世—白垩纪拗陷盆地形成阶段，沉积物供给和古气候是控制层序的主导因素；第三纪至今山间凹陷形成阶段，博格达造山带的强烈隆升对层序的发育起到了控制作用。在等时地层格架内，对各体系域控制的沉积相展布做了系统分析。裂谷盆地演化阶段(一级层序MS_Ⅰ-Ⅱ)，研究区北部发育湖侵体系域背景下的浅—深湖相沉积，凹陷北部及博格达地区芦草沟组深湖相暗色泥岩的有机质丰度高、生烃潜力大、热演化程度高，是研究区最重要的烃源岩。研究区南部以冲积扇、扇三角洲为主，形成该凹陷的主要储集层。此时物源主要来自于南部伊连哈比尔尕构造带和中天山构造带。拗陷盆地演化阶段(一级层序MS_Ⅲ-Ⅴ)，研究区北部主要发育滨浅—半深湖、辫状河、辫状河三角洲相沉积，南部以冲积扇、辫状河为主，此时主物源区仍在南部，北部的博格达构造带为次要物源区。在系统研究叠合凹陷储集层形成及埋藏过程中物性变化的控制因素的基础上，针对柴窝堡凹陷储层岩性致密、物性差、裂缝发育的特点，通过裂缝成因分析、裂缝样品驱替实验及裂缝发育带的三维模拟对该区裂缝进行了系统研究并对裂缝的发育区进行了预测。柴窝堡凹陷发育多套烃源岩、油气藏具有多期生烃、多次运移、多期成藏、多套储层、多期改造及控油地质因素复杂的特点，发育中二叠统（P₂h，P₂l）—中上三叠统(T_2-3xq)延变型复合含油气系统（·），指出北部西疙瘩构造带是油气成藏的有利部位，是中国西部典型的叠合型含油气凹陷。