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克拉通盆地的形成和演化与其深部地质结构特征关系密切，其下地壳地震反射结构包括高密型、中密型和低密—弱反射型，在盆地基底构造单元活动性强的地方(如发育早期裂谷)，地震反射剖面上往往表现为厚的壳幔过渡层，而稳定区则多为一级壳幔边界反射界面。按照盆地基底不均一特性把克拉通盆地划分为四种类型：裂谷拉张型、拼接缝合型、褶皱造山型和稳定结晶型，盆地演化受控于稳定地块—裂解—克拉通板内裂谷—块体边缘拼贴缝合—挤压褶皱的变化过程，也具有旋回性。
根据火山岩石学、重磁异常、转换波和宽角反射等资料研究认为塔里木盆地具南北拼接缝合型基底。玄武岩地球化学对比分析表明盆地南北块体具有不同的性质：都出露有E型MORB(异常洋中脊玄武岩)，但南部库地地区同时有N型MORB(正常或亏损的洋中脊玄武岩)；玄武岩微量元素含量和分布模式也存在明显差异。利用宽角反射资料结合重磁联合反演的结果发现塔里木盆地地壳密度北部大于南部，地壳下层在铁干里克附近出现局部低密度层；盆地南部地壳的磁化强度均大于北部地壳，居里面、莫霍面深度南深北浅，而北部还出现了地震反射壳幔过渡层。
对比世界典型克拉通含油气盆地基底结构和沉积盖层中油气分布的特点，认为深地震反射活跃、基底结构相对复杂的克拉通盆地富集油气，发育在活动构造基底(裂谷、缝合线、褶皱带)上的克拉通盆地油气资源好于稳定结晶基底上形成的盆地，前者往往具有地幔上隆和地壳内低速高导层。
火山岩地球化学特征和盆地大地构造背景分析表明克拉通盆地板内裂谷活动包括初始裂谷和复活衰退裂谷的作用，裂谷玄武岩总体地球化学成分相似，但在微量元素含量和分布模式上有很大的差别，玄武岩主体上并没有受到地壳物质的强烈混染，复活衰退裂谷玄武岩可能是由源岩岩浆固结形成。
发育古裂谷的克拉通盆地往往经历了早期拉张和晚期挤压的演化过程，先期的大型古隆起和褶皱回返形成的反转构造体现了盆地多期应力场的变迁和叠加过程，并为构造型油气圈闭的形成奠定了基础。不同类型的克拉通盆地油气成臧的主控因素和成减规律也各有差异。