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沙湾凹陷位于准噶尔盆地中央坳陷西南部,是重要的二叠系生烃灶。本论文针对沙湾凹陷石炭-二叠系地质结构与形成演化展开研究,以断层相关褶皱理论、石油地质综合研究方法、平衡剖面复原技术为指导,结合地震、测井、钻井、岩心等资料,建立沙湾凹陷及邻区石炭-二叠系综合地层系统,识别区域性不整合面和局部不整合面,划分构造层序。利用10条格架大剖面和160余条联络短剖面对沙湾凹陷及邻区各个层系进行闭合追踪,识别深层断裂,进行断层组合,研究断裂系统的形成规模、活动期次、平面分布特征。结合不整合特征和断裂系统特征,借助石炭-二叠系残余厚度进行地质结构划分。利用演化剖面探讨后期叠加作用对地质结构的影响。在此过程中,取得以下主要成果:（1）沙湾凹陷及邻区自晚石炭世以来,共发育有7期重要的区域地层不整合界面,分别是E/K、K/J、J/T、T/P3、P3/P2、P2/P1和P1/C2。据此将研究区地层划分为7个构造层序,其中石炭-二叠系共划分出上石炭统-下二叠统构造层序、中二叠统构造层序、上二叠统构造层序3个构造层序。（2）沙湾凹陷及邻区识别出17条石炭-二叠纪断层,其中,正断层7条、逆断层4条,下正上逆断层6条。平面走向以NW-SE向、近SN向为主。且以“梳状”、“倒八字”、“八字”3种组合样式存在,剖面上多显示为平行多米诺式、“Y”字型两种样式。沙湾凹陷及邻区晚石炭世-中二叠世经历了晚石炭世伸展断陷、早二叠世伸展坳陷和中二叠世早期挤压反转3个演化阶段。（3）利用沙湾凹陷及邻区石炭-二叠系残余厚度、区域性不整合分布情况和断裂系统平面特征,将沙湾凹陷及邻区上石炭统划分为6个凸起和5个凹陷、下二叠统划分为2个凹陷和1个凸起、中-上二叠统1个统一凹陷。（4）沙湾凹陷与盆1井西凹陷之间存在一个平面走向近NW-SE的中二叠世“古隆起”,平面具有向两侧凸起带拓宽、向凹陷内部变窄的特征。（5）沙湾凹陷及邻区主要经历了6期构造演化,分别为:晚石炭世-早二叠世（C2-P1）的伸展断陷盆地阶段、中-晚二叠世（P2-P3）挤压反转阶段、三叠纪-早侏罗世（T-J1）陆内坳陷阶段、中-晚侏罗世（J2-J3）压扭盆地阶段、白垩纪-古近纪（K-E）陆内坳陷阶段以及新近纪-第四纪（N-Q）陆内前陆盆地阶段。