中国沉积盆地深层的油气勘探实践不断取得进步，提出了与之密切相关的油气地质基础科学问题，凝练与分析这些问题将为深化我国沉积盆地深层地质研究与油气勘探提供引领。近年来，我国在深层海相碳酸盐岩、砂砾岩、火山岩、变质岩与页岩气等勘探领域中发现了一系列大型油气田，油气勘探发现深度推进到7 000~8 500 m，勘探前景良好。但由于沉积盆地深层经历了长期构造演化，温、压场与应力场变化大，地质结构多变，油气成藏过程复杂，深层油气勘探面临着一系列关键地质问题，主要包括：中国大陆的形成演化及其构造古地理，中国小克拉通地块之上海相盆地的原型及演化，中国沉积盆地的多期改造过程与叠加地质结构，沉积盆地的成因机制与动力学演化，深层烃源岩发育、成烃机制及其演化，深层储集体的形成机制与分布，深层油气成藏机制，多期叠加、改造背景下油气聚集与分布规律， 深层页岩气赋存机制与分布规律，过程导向的沉积盆地4D动态模拟。我国沉积盆地深层的油气地质基础研究与实际应用需求相比有较大差距，需要立足于中国大陆实际，在盆地的形成演化过程与油气成藏动力学等方面进行深入探索，期望在活动论构造古地理、三维构造复原、流体岩石相互作用与四维动态模拟方面取得实质性进展。

中国多旋回盆地超深层海相碳酸盐岩储层成因具有多因素联合控制与多阶段复合成因的总体特点。塔里木盆地阿满过渡带北部地区超深层奥陶系鹰山组、一间房组之上存在相对完整的上奥陶统、志留系，几期不整合没有叠加且暴露时间相对较短，储层发育受控于沿断裂发生的深循环岩溶作用，主要沿断裂带分布。阿满过渡带南部地区奥陶系超深层储层发育受控于走滑断裂活动强度、分段性及热液流体改造，分别形成了热液白云岩储层(古城墟隆起鹰山组下段)、热液流体交代形成的硅化岩储层(顺南斜坡区鹰山组上段)、热液流体改造形成的微生物岩储层(顺托顺南地区一间房组)。基于断裂流体主控型碳酸盐岩储层发育地质模式和针对性的地震采集、处理工作，通过叠前各向异性裂缝反演、多参数定量雕刻与叠后储层、裂缝预测技术及与应力场模拟的结合，可预测储层空间分布。

根据地表露头、地震、钻井、测年资料，应用地层回剥方法，对准噶尔盆地深层结构进行了解剖。现今的构造区划是石炭系顶面隆坳格局的反映，深、浅层地层沉积隆坳格局和构造变形特征存在差异。石炭纪末的构造事件导致盆地褶皱变形、隆升剥蚀，形成了北西向为主的背向斜构造。早二叠世—中二叠世，沉积在南部，存在多沉积中心、多构造应力环境，形成了二叠纪早中期重要的烃源岩层系。晚二叠世—侏罗纪存在两期大型湖进坳陷盆地沉积，将下伏盆地埋藏，为盆地重要的区域盖层。早侏罗世—中侏罗世西山窑组含煤岩系是盆地内重要的烃源岩层系，中侏罗统头屯河组沉积前，盆地内形成西南高、北东低的大型车莫古隆起，并遭受了强烈剥蚀。白垩系沉积前，盆地受深层断裂活动控制，在侏罗系形成雁列组合正断层构造。白垩纪—新生代，盆地发生翘倾构造作用，北天山山前强烈沉降，褶皱变形，北部隆升。盆地深层存在石炭系、二叠系和侏罗系富含有机质的烃源岩，与叠合连片发育的三叠系、侏罗系、白垩系、新生界泥岩、煤系、膏泥岩等构成了盆地内多套源盖组合，成为盆地油气富集的基础。盆地深层油气围绕构造变动后的富烃中心区赋存。