天山造山带位于中亚造山带南部，主要经历了古生代碰撞增生和新生代再造山活动，是陆内造山作用和盆山关系研究的热点地区。天山北侧的准噶尔盆地南缘地区受新生代造山作用的影响，发育一系列构造变形带，出露完整的上古生界至新生界地层，蕴含丰富的油气资源。对准噶尔盆地南缘地区沉积-构造-热演化过程的深入研究，既可以进一步深入认识天山北缘地区的盆山耦合关系，又有利于查明准南地区的油气资源成藏及分布规律，为天山北缘大型油气藏的勘探提供依据。　　本文在对准噶尔盆地南缘地区进行沉积演化、构造变形研究的基础上，重点通过磷灰石裂变径迹和镜质体反射率等热年代学手段，研究其热演化过程，分析探讨沉积演化、构造变形与热演化之间的相互关系。　　系统的碎屑锆石物源分析、盆地演化阶段研究表明，准噶尔盆地南缘东、西段地区的盆地演化过程类似，都经历了二叠纪-早三叠世张性环境的断陷-裂陷盆地、中晚三叠世-早中侏罗世稳定沉降、晚侏罗世开始的构造挤压反转和晚新生代以来的再生前陆盆地等演化阶段。准噶尔盆地南缘东、西段地区的物源组成总体相似但存在一定差别。除了与西段地区相同的北天山晚古生代岩浆岩物源外，东段地区的二叠纪物源主要为同期的、近源火山碎屑物源。早三叠世的主要物源相同，都来自于进一步隆升剥露的北天山地区。早中侏罗世的主要物源相似，但东段地区开始加入了少量博格达山物源。中晚侏罗世物源差异明显，东段地区主要为中生代火山碎屑物源和博格达山物源，而西段地区主要为中生代火山碎屑物源和北天山物源。　　构造变形分析、野外地质观测、遥感构造解译及地震剖面分析表明，准噶尔盆地南缘地区的构造变形特征自西向东逐渐复杂化。准噶尔盆地南缘西段地区上古生界与中生界多以角度不整合或断层接触，山前深部构造变形以楔形体逆冲为主，浅部沉积盖层多发生断层相关褶皱和层间滑脱逆冲，逆冲断层多未突破地表。准噶尔盆地南缘东段地区深部多为基底卷入的叠瓦逆冲构造，浅部的地层多被一系列突破地表的逆冲断层所冲断，受冲断作用影响各断块多发生掀斜。　　镜质体反射率特征及相应最大古地温研究表明，准噶尔南缘地区的玛纳斯河地区和三屯河地区的镜质体反射率最高，由此向东、向西逐渐减小。这种分布规律与侏罗系及白垩系的沉积厚度分布特征相一致，反映了沉积埋藏的控制作用。由于先存古地形及构造埋藏作用的共同影响，使得盆缘地区埋深浅而盆地内的埋藏深，从而导致西段地区靠近山前的小范围区域内，由南向北随地层沉积年龄降低，镜质体反射率却逐渐增加。　　对准噶尔盆地南缘地区详细的磷灰石裂变径迹分析表明，研究区的磷灰石裂变径迹年龄主要分布在白垩纪至新生代之间，多小于相应地层的沉积年龄，反映普遍受到退火作用的影响。热历史模拟结果显示中下侏罗统及以下地层多经历了晚侏罗世—早白垩世和中新世以来的两次快速冷却降温阶段;中上侏罗统及白垩系地层多只经历了中新世以来的一个快速冷却降温阶段。　　准噶尔盆地南缘地区所经历的热演化过程是对盆地沉积演化及构造变形作用的热力学响应。晚侏罗世时，由于受到来自天山地区的构造挤压，盆地内先存的正断层反转逆冲，沉积地层开始抬升剥蚀，快速冷却降温;晚白垩世至渐新世为一个稳定时期，古地温维持在部分退火带内;晚新生代以来，受印—亚板块碰撞的影响，天山地区构造复活，快速隆升剥蚀，形成中新世以来的冷却降温过程。东西段地区晚新生代以来不同的构造变形特征导致剥蚀速率不同，使得东段地区现今出露地层的裂变径迹年龄普遍年轻，西段地区则记录了相对较老的裂变径迹年龄。准噶尔盆地南缘地区的构造热演化过程表明，该地区具有形成油气成藏的有利条件，为今后大型油气藏的勘探提供了必要依据。