吐哈盆地煤系地层主要构造线由西向东为北东—北西—北东—北西，呈“W”形特点。北东构造线主要发展在西部的托克逊凹陷和台北凹陷鄯善构造以东至了墩隆起，北西向构造线主要在台北凹陷西部地区、艾丁湖斜坡和哈密凹陷（图1-5）。形成这种“W”形构造线的原因主要是受基底背景和周边山系的影响。喀拉乌成山、博格达山、哈尔里克山构成盆地北部边界。这些山体不同时期、不同规模的活动，控制着盆地内主要构造线走向。印支运动时期哈尔里克山活动，产生一系列北西向构造，燕山运动时期喀拉乌成山活动，产生一系列北东向构造，两组构造线彼此穿插，形成燕山期盆地网状构造格局。喜马拉雅期博格达山隆升，产生近南北向挤压应力，复合、调整原有构造线并形成一些近东西向延展的构造和近南北走向的直立断层。受多期构造变动的叠加复合作用，吐哈盆地总体上以南北向分带为基本特征（图1-6），盆地（主要是吐鲁番坳陷北部凹陷带）出现构造成带分布特点。
图1-5 吐哈盆地南北向剖面图
1.构造特征
（1）北部凹陷带构造特征
北部凹陷带位于吐鲁番坳陷的北部。北界为博格达山脉，南界为火焰山-七克台断裂，西端自然翘起，东端止于了墩隆起，面积约9600 km2。北部凹陷带是吐鲁番坳陷重要的构造单元之一，发育有吐哈盆地最厚的沉积层系，上石炭统—中上三叠统、下中侏罗统煤系与中侏罗统湖相地层总厚最大达900 m。
北部凹陷带南北分带、东西分块明显。按照现在的构造格局，自北而南可划分为北缘地表构造带、山前逆冲背斜带、中部下滑脱系第一前锋带、南部下滑脱系第二前锋带和由西向东被撕裂断层分割的东西5大区块。北缘地表构造带由二叠系、三叠系组成。构造呈左行雁行排列，与山界排列是一致的，地貌上表现为低山和丘陵。山前逆冲背斜带由一系列的山前逆冲断裂及背斜构造组成，背斜一般为南陡北缓的不对称背斜，南部多发育逆冲断层，是由博格达山向南挤压而成。该带在平面上具有明显的分段性，西段的七泉湖、恰勒坎地区发育背冲构造样式，东段的小草湖、大步地区发育叠瓦式逆冲断裂系，在中段的红旗坎发育三角带构造。
中部第一滑脱前峰带的压扭型构造带以鄯善构造为界，分成东西两段，西段为胜北构造带，走向北西，局部构造左行雁行排列。东段由丘东、温吉桑、大墩、金水、小草湖、红台、十三间房等构造带组成，走向北东，局部构造右行雁行排列。各带均发育一系列平行博格达山的逆冲断层，断面多北倾，向南逆冲，在上盘形成南陡北缓的不对称背斜。
南部第二滑脱前峰带的北东向七克台背斜带，在中生代应为台北凹陷的南斜坡，燕山中晚期的压扭运动使早期的正断层复活发生反转。喜马拉雅期的强烈挤压运动使北部地层沿煤层滑脱，向南逆冲，在上盘形成拱出地表的侏罗系褶皱，成为现今主要为复合式的中央隆起带构造样式。北西向火焰山背斜带形成较晚，主要在喜马拉雅期形成。
（2）托克逊凹陷构造特征
托克逊凹陷向东与北部凹陷带相连，但两者在基底构造及内部和边界构造变形、构造样式等方面有很大差异。托克逊凹陷基底相对活动，横亘于凹陷北部的布尔加凸起，是以石炭系为主的基底隆起。另外，沿鱼儿沟、肯北断层及科牙依南断层的上升盘，石炭系均被直接冲断上升露出地表，且沿断层呈东西向展布。因此，托克逊凹陷参与构造变形的地层包括基底及上部地层，现今构造面貌是基底断裂多期继承性发育的结果。由于断裂间基底块体的抗变形性，所形成的局部构造以平缓背斜为主。
图1-6 吐哈盆地构造分区图
托克逊凹陷受西北缘喀拉乌成山的影响，主要构造线走向为北东向，并具有北强南弱的特点。褶皱断裂活动具有多期性、继承性，且其形成时代由北向南逐渐变新。伊拉湖-盐山口构造带多形成于印支末期，燕山、喜马拉雅期受到进一步改造。断裂自二叠系到三叠系均有发育。南部的大墩构造则是喜马拉雅期形成的晚期构造，它使第三系和侏罗系、三叠系发生同步变形。
（3）艾丁湖区构造特征
位于托克逊凹陷以东，北部凹陷带以南的广大地区，由西向东表征为两凸两凹构造格局，即西部的鲁西凸起、鄯南凹陷、库木塔克凸起及塔南凹陷。艾丁湖区侏罗系断层不发育，构造平缓，侏罗系前的地层主要发育北西和北西西向两组构造线。构造变动多涉及基底，发育基底卷入型构造样式。北西向构造带主要分布在凹陷内部，控制二级构造带的主断裂为北倾的逆冲断裂，形成宽缓的背斜；北西西向构造带主要分布在觉罗塔格山前，为一组南倾断层控制的斜列断裂带，是觉罗塔格山向北逆冲形成的。侏罗系前的构造应力场的主压应力方向为北东，向南的推挤作用微弱，而觉罗塔格山是被动响应，正是在这种区域应力场作用下形成了南部凹陷带内一系列的北西向古构造带，后来的燕山、喜马拉雅等构造运动对该区影响不大。
（4）哈密凹陷构造特征
哈密凹陷面积约12000 km2，是吐哈盆地另一主体沉积凹陷。凹陷的主体发育期为二叠纪、三叠纪，最大厚度为4000 m，侏罗纪以来的发育呈抬升趋势。该区沉积序列发育不全，各组厚度越来越小，燕山期的构造活动明显减弱，构造式样比较单一，以基底卷入型背斜及断背斜为多。凹陷的构造带展布，受基底结构影响较大，北东向构造线占主导地位。凹陷内早期构造多，断裂多涉及基底，局部构造网状交织，与吐鲁番坳陷成排成带分布的特征形成鲜明对比。哈密凹陷在印支期受北部哈尔里克山与南部觉罗塔格山东段展布与活动的影响，断裂以扭压性逆冲断层为主，局部构造为左行雁列式展布。燕山期北缘大断裂的强烈活动，使凹陷东北部侏罗系中上部遭受剥蚀，造成黄田凸起上隆，其上三叠系—侏罗系地层剥蚀殆尽。
五堡凹陷侏罗系剥蚀边界呈北西走向，形成北西走向构造带，同时由于派生的次级应力场具左旋性质，造成北西向挤压分力，使前期北东向断裂复活，二者叠置形成以北东向为主的网状构造面貌。喜马拉雅期哈尔里克山进一步向南西方向挤压，受南缘山系的阻挡，北东向构造线进一步压扭，三道岭断裂在运动中复活，从而确定了凹陷以北东向断裂与构造带为主，北西向断裂与构造带为辅的基本格局，其中北东向断裂具有规模大、延伸远与活动期长的特点，而北西向断裂则具规模小、活动时间短、对局部构造形态及展布影响较弱的特点。
（5）了墩隆起
了墩隆起面积16000 km2，是盆地三个单元中惟一的隆起构造单元，其发展历史大部分处于抬升时期。从沉积层序的发育来说，表现出地层发育不全与层薄的特点；从构造发展来看，表现出以抬升为主，基岩裸露地表形成天窗与局部构造不发育的特点；从基底埋深看，是盆地最浅的区域，而且前寒武系结晶地块埋深也最浅。了墩隆起的产生有深部的地质背景。前述表明，沿隆起带是莫霍面上隆区，因而这一隆起形成较早，对东西凹陷的分隔比较明显。
2.构造应力场
吐哈盆地是由不同时代、不同性质的沉积盆地叠加的复合盆地，处在中国西部三大板块的汇合处，边界条件十分复杂。前人根据不同构造层的构造特征，分析了吐哈盆地所经历的区域构造应力场及次级构造应力场，即早二叠世北东-南西向张拉区域应力场、晚二叠世近南北向挤压区域应力场、印支期北西-南东向挤压右旋次级应力场、燕山期北东-南西向挤压应力场及派生左旋次级应力场、喜马拉雅期北东-南西向挤压应力场。对台北凹陷丘陵油田进行的数值法模拟，得出该地北西-南东向最大挤压的古应力场，其最大挤压应力场压应力方向为120°，现今应力场最大挤压应力方向为165°（图1-7、1-8）。
吐哈盆地经地震解释确认的断裂有数百条，大部分为逆冲-逆掩断层，其中对沉积凹陷、二级构造带与局部构造形成有控制作用的各类断层计207条。按断层切割深浅，这些断层首先分成基底断裂和盖层断裂两大类。基底断裂是指主要切割前二叠系基底，在中新生代的历次运动中基本上不上切到盖层的断裂。这些断裂形成比较早，死亡也比较早。目前根据航磁识别出的基底断裂43条，主要分布在盆地南部与盆缘，占断裂总数的25%；盖层断裂164条，占总数的75%。
在基底断裂中，对基岩隆坳起控制作用的断裂有11条，其余为一般基底断裂，11条主断裂中北东向断裂4条，主要分布在吐鲁番坳陷中西部地区；北西向4条，分布于托克逊凹陷。南斜坡及哈密凹陷与了墩隆起的结合部位；另外3条呈东西走向，发育于了墩隆起南部。基底断裂表现为南多北少，这是由周缘山脉的形成特点决定的。
吐哈盆地下、中侏罗统砂岩中，节理构造十分发育，以共轭节理为主，同一观测点一般发育3～4组，全区发育剪节理达6～7组之多。通过对吐哈盆地南北边缘露头区和中部火焰山-七克台-三道岭构造带中节理构造的系统测量和分期配套统计分析，可识别出中生代以来的3期构造应力场，部分统计结果列于表1-1、1-2、1-3。
另外，反映南北向挤压的北东向剪节理和北西向剪节理在全盆地范围内普遍发育，它们所指示的近南北向水平挤压应力场（图1-7）是沉积盆地形成以来所经历的最重要的区域性构造应力场。古板块运动格局显示南北向挤压应力场始于成盆前，并多次作用，持续到喜马拉雅期。盆缘及火焰山-三道岭构造带多处见有中生界逆冲于第三系甚至第四系之上的现象。
北东-南西向构造应力场（图1-8）所属共轭剪节理发育逊色于上述共轭剪节理。北西向的逆断层和褶皱与这期构造应力场有关，其地球动力学背景可能来源于盆地北东界哈尔里克构造带在燕山运动的中、晚期发生的挤压缩短变形作用，致使哈密坳陷北东缘的中、上侏罗统遭受很大程度的剥蚀。次级构造单元分化加剧，黄田凸起上隆，三叠系、侏罗系剥蚀殆尽；五堡凹陷侏罗系剥蚀边界呈北西走向，形成北西向构造带。
北西-南东向构造应力场所属的共轭剪节理主要发育于盆地西部的坳陷区，具有次级应力场或局部应力场性质，其活动时代在燕山运动期间。坳陷东部北东-南西向展布的小草湖构造带、红台构造带、十三间房构造带等盆内次级构造形成时代为燕山运动中、晚期，与此期应力场作用不无关系。
图1-7 吐哈盆地南北向应力场主应力迹线图
图1-8 吐哈盆地北东南西向挤压应力场主应力迹线图
表1-1 吐哈盆地南北构造应力场共轭剪节理统计
表1-2 吐哈盆地北东-南西构造应力场共轭剪节理统计
表1-3 吐哈盆地北东-南西挤压应力场共轭剪节理统计
构造应力场是地壳运动的重要表现方式。晚古生代末期，中国西北地区即已基本完成了地体拼贴和板块碰撞过程；吐哈沉积盆地的形成和演化属于板内构造范畴。对于板内构造而言，构造应力除来自板缘传递的应力外，还取决于地壳结构变化和地球动力学边界条件。吐哈盆地周缘构造的显著特点是，均发育指向盆内的逆冲推覆构造，显示了山体在中、新生代以俯冲方式发生的挤压缩短。其中，近东西向展布的中天山板块碰撞带拼贴后的进一步收缩、中国板块向北位移所受西伯利亚板块阻挡，以及新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞向板内转递应力的联合作用，决定了中国西北地区自晚古生代以来，以近南北向挤压应力场占主导地位。