自50年代起在區域石油地質勘探中就注意了地溫與石油關系的研究。在勘探和試油工作的過程中，截止到1985年初進行了測溫的鉆孔已達300余個，其分布極不均勻。西北部克拉瑪依一烏爾禾一帶鉆孔較密集，順序穩定測溫數量亦較多，鉆孔深度多在1000-2000m，最深近6000m；盆地的其他部分有少量測溫鉆孔控制，盆地中部缺少測溫鉆孔，只能根據鉆孔剖面并與類似的鉆孔進行對比，大致確定盆地中部的地溫狀況。本部分是根據盆地中已獲得的280余口鉆井測得的近千個地溫數據分析整理而完成的，并據此討論了盆地中地溫分布的基本特征及其與構造的關系。
 
  （一）不同深度的地溫分布。
 
  準噶爾盆地地溫分布的主要特征是地溫由盆地的邊緣向中心逐漸增高，但與中國東部各大盆地有著顯著的不同。準噶爾盆地的增溫率十分緩慢，盆地中地溫變化幅度不大。
 
  1.  1000m深地溫分布。
 
  1000深低溫分布圖表明：在盆地邊緣為25℃，進入盆地40-100km其地溫增長至35℃；在廣闊的山前平原及盆地的內部，1000m深地溫的變化范圍則多在35-40C之間。
 
  據現有測溫數據分析，除東部的克拉美麗山西麓及個別地區，因受構造影響地溫較高外，盆地中lOOOm深地溫很少超過40℃。
 
  2.  2000m深地溫分布。
 
  2000m深地溫大多在50-60。C之間(圖7-20)，最高地溫出現在盆地東部的克拉美麗山以西，為700.C以上。地溫等值線呈近南北和北西方向延伸；在西北部的克拉瑪依一烏爾禾斷裂以南及陸梁地區，地溫稍高，亦多在600C左右；盆地中部鉆孔測溫數據缺乏，但據剖面和盆地中同類型鉆孔的測溫資料推斷，盆地中部2000m深地溫亦不會很高，可能亦在60℃左右。
 
  3.  3000m深地溫分布。
 
  根據噶爾盆地3000m深地溫分布的狀況。它同1000m和2000m深的地溫分布有類似的規律：由盆地邊緣向盆地內部增溫，盆地邊緣山前地帶地溫多在60℃左右，至盆地中部3000m深地溫一般均在70-80℃之間，沿克拉瑪依一烏爾禾斷裂之東南側地溫稍高，局部地區可達80℃C以上；盆地東部克拉美麗山西麓同樣表明為準噶爾盆地的較高地溫分布區，3000m深地溫可達到96℃。
 
  (二)地溫隨深度的變化。
 
  盆地內地溫與深度的關系在盆地的不同部位是不同的，它與區域地質構造、巖性結構、水文地質條件等因素有著密切關系，據地溫-深度關系曲線以及深度與溫度隨地層而變化的特征可將盆地分為以下幾部分進行討論。
 
  1．盆地西北部。
 
  包括陸梁、瑪納斯湖、大小拐以西和北至德倫山、和什托洛蓋向西南延伸的山區之間的廣大地區，其中有著名的克拉瑪依油田。這里的地溫與深度曲線表明，隨深度地溫增高，成正比關系，規律十分明顯，其統計規律可以用下式表示：
 
  Ta=14.69+2.OIH、亦是TH=a+ bH
 
  其中：TH為H深度的地溫(℃)；H為深度(m)。a為據回歸方程得出的常數，代表了直線與橫坐標的截距，等于14.69；d為區域平均地溫梯度。顯然，在這樣廣闊的面積上，以(1)式求出的地溫，只能代表H深度(m)上的大致溫度。
 
  克拉瑪依油田按地層壓力進行了分區，對每一壓力區都進行了溫度一深度的回歸方程計算。通過各區的系數按照回歸方程可分別計算各區不同深度的溫度。在研究深度一溫度與地層的關系時發現溫度常因地層的不同而有所變化；三疊系地層中的地溫和深度關系比較集中，變化范圍較??；石炭系地層中的地溫則較分散，變化較大，且隨深度地熱增溫率有減小之趨勢；在同等深度上，二疊系地層常較石灰系地溫為高。
 
  2．盆地南部。
 
  為天山山前拗陷帶，在第四系和新第三系地層中2500m以上的地溫普遍低于盆地其他地區；于500m處為15℃; 2500m深為48.7℃自2500m以下至4000m的新第三系和老第三系地層中的地溫可達90.5℃;增溫率稍高，并接近于盆地的西北部的地溫情況。這里的老第三系地層是以泥巖為主并夾有薄層灰巖及生物灰巖；其深部增溫的原因可能與地下冷水干擾的減少或接近古老的高傳導性巖層有關，因而它可能反映了正常的地溫狀況，而上部低地溫則可能是淺部冷地下水的干擾結果。
 
  3．盆地東部。
 
  克拉美麗山西麓是已知準噶爾盆地地溫隨深度增長最快的地區，其1000m深溫度為40℃；1500m為49℃, 2000m深可達73.6℃，最深為3154m處的地溫達93℃。這里為一基底隆起區，侏羅系地層接近或直接出露地表，二疊系地層埋藏于1000-1800 m之間，以下為石炭系的玄武巖或安山巖、火山碎屑巖層。高熱導率的巖石埋藏淺和斷裂構造的活動，可能是導致東部增溫高的主要原因之一。區內沙南1井在2002-1984m間自流出的地下熱水，于井口高達70℃，流量為210m3／h，含鹽量17g/L左右，這是準噶爾盆地中已知開發利用地熱能資源最為有利的地區；區域地熱增溫率高亦有利于石油的生成及運移，在尋找油氣方面這里亦是準噶爾盆地的一個重要的遠景區。
 
  此外，盆地北部與西北部基本一致，而盆地中部則缺少鉆孔測溫數據，如根據地質剖面和區域地質構造條件來推斷，它應處于西部和東部的過渡或基本與西北部一致。