吐鲁番-哈密盆地是新疆境内三个重要的含油气盆地之一。盆地完全镶嵌于北天山造山带之中，北侧为博格达山，南侧为觉罗塔格山，近东西走向的博格达山和觉罗塔格山向东在甘新边界合围，形成盆地东界，北东—南西走向的喀拉乌成山将吐哈盆地和柴窝铺盆地分开，形成盆地西界。 航磁资料表明，吐哈盆地具有双重基底四重结构，即前寒武基底，古生代火山基底，早二叠世构造转换层和中新代沉积盖层。前寒武基底呈现出与准噶尔盆地结晶基底相关联的古老陆块特点，古生代火山基底反映了古生代北天山地区古洋盆形成，俯冲，古陆块会聚，碰撞造山以及构造变形，岩浆侵位的构造作用过程。 早二叠世是吐哈盆地重要的构造转换期，标志着盆地基底演化的结束和盖层演化的开始。在吐哈及邻区发现了多种类型的早二叠世沉积地层剖面，既有海相沉积，也有海陆交互相沉积和陆相沉积。根据不同的地层剖面和钻井剖面，可以区分出三种沉积类型：1.裂谷型海相火山喷发沉积相，2.裂谷型陆相火山喷发沉积相，3.造山带前陆磨拉石沉积相。吐哈盆地南部的下二叠统为陆相磨拉石沉积，包括砾岩，砂砾岩，硬砂岩，硅质岩和生物碎屑灰岩。砾石成分包括火山岩，花岗岩，石灰岩，大理岩，硅质岩和变质岩。吐哈盆地北部和东南部的下二叠统包括浅海相碳酸岩和双峰式火山岩，不整合在晚石炭火山弧之上，其上为滨海相和深湖相。根据沉积特征和构造分析，早二叠世在吐哈及邻区存在两种不同类型的盆地：一种为前陆盆地，另一种为裂谷盆地。 总体而言，吐哈盆地与周边山脉为断层接触关系。博格达山和喀拉乌成山从北和北西方向向盆地逆冲，但是盆地南缘与觉罗塔格山的构造接触关系在不同位置表现不同。作者发现了三种构造接触类型：1.托克逊冲断带型；2.鄯善伸展构造型；3.哈密和缓褶皱型。 吐哈盆地中央带构造形成于三叠纪晚期至侏罗纪早期，表现为伸展构造特征。生长断层上盘地层厚度明显大于下盘，并于断层上盘所在的台北凹陷形成沉降中心。晚侏罗世，由于拉萨陆块与欧亚大陆的碰撞作用导致吐哈盆地由伸展盆地转变为挤压盆地，中央构造带也于此时发生构造反转，由早期的伸展正断层转变为挤压逆断层。发生于55Ma的喜山构造事件对天山地区产生了深刻的影响，但影响时间略有滞后，大致发生在晚渐新世至早中新世，中央构造带即在此次构造事件中强烈变形，逆冲出露于地表。 运用裂变径迹方法研究了吐哈盆地热历史及周边山脉隆升剥露史。对博格达—哈尔里克山火山岩和花岗岩的15个磷灰石样品和5个锆石样品的裂变径迹年龄测定表明，磷灰石的裂变径迹年龄为109.3±6.1Ma～11.9±4.1Ma，锆石的裂变径迹年龄为81.7±7.8Ma～56.8±5.1Ma。矿物对法计算得到，该地区晚白垩世至新生代中期的视剥露速率为0.157～0.222km/Ma。热史模拟结果表明，博格达—哈尔里克山自白垩纪以来经历了多期冷却剥露，分别是早白垩世(119～105Ma)，晚白垩世晚期(67～65Ma)，新生代早中期(47～31Ma)和新生代晚期(12～7Ma)。觉罗塔格地区延东岩体三个样品的磷灰石裂变径迹年龄介于94.7～87.4Ma之间，说明隆升作用至少在晚白垩世就已经开始。研究表明，样品裂变径迹年龄与高程之间存在较好的正相对应关系，即高程越高，裂变径迹年龄越老。利用外推法得到岩体平均抬升速率为0.039km/Ma。采用高差法计算得到94.7～93.6Ma期间，延东岩体的隆升速率为0.046km/Ma；93.6～87.4Ma期间，延东岩体的隆升速率为0.027km/Ma，说明中生代以来觉罗塔格山隆升速率非常低。对吐鲁番—哈密盆地中部连木沁剖面和南北山前带的9个样品进行磷灰石裂变径迹测年发现，7个侏罗系样品的裂变径迹年龄皆小于地层沉积年龄，而2个白垩系样品裂变径迹的年龄则大于或等于地层沉积年龄，表明侏罗系样品经历过退火或部分退火，而白垩系样品则未退火。进一步的热模拟研究发现，在晚白垩世120～100Ma，吐哈盆地发生构造抬升，地层快速冷却剥露，岩层在新生代二次埋藏加热，至10～8Ma又再次剥露。 印度板块与欧亚板块的强烈碰撞产生走滑和冲断两种远距离效应，走滑作用为亚洲东南部构造表现形式，冲断作用则是中亚地区的构造表现形式。中国西北部新近纪以来的挤压构造环境，其动力来源即来自于这种远距离效应，南北向挤压导致大型逆冲推覆构造的产生。盆地向山脉下的A型俯冲作用是造成盆地消亡，同时导致山系形成的重要原因，这种盆山构造的耦合现象可能是盆地深部地幔流作用的结果。盆地深部地球物理资料表明，不仅塔里木盆地和准噶尔盆地，就连较小而狭窄的吐哈盆地，布格异常都反映出地幔上隆与盆地呈镜像关系，而盆地周边的造山带都有非常深的山根。地球卫星所获得的全球重力资料，反映了地幔物质密度及其运动状态，计算结果表明：在亚洲地幔物质对流应力图上，塔里木盆地、准噶尔盆地都属张应力区，即地幔上涌地区，而它们周边的造山带则为地幔流汇聚地带。上升的地幔流拖曳盆地向造山带的根部地带蠕动，其应力的量级可达107N/m2，这样的应力量级可以把造山带边缘受热软化的地壳剪破。A型俯冲的动力来源与地幔流向造山带下蠕动有关，同时地幔流导致早期伸展作用形成的犁式正断层岩片向造山带下进行A型俯冲。换句话说，前陆地区逆冲断层带沿着早期犁式正断层面向盆地中心方向逆掩，即发生构造反转。