吐哈煤层气盆地呈近东西向狭长扁豆状，面积约49000平方千米，是中国海拔最低（-155米，艾丁湖）的内陆山间盆地。吐哈煤层气盆地包括吐鲁番、哈密、托克逊、鄯善、沙尔湖、大南湖、野马泉等煤矿区，是西气东输管线的沿线。

构造较简单，吐鲁番、哈密、大南湖、沙尔湖等矿区均以宽缓的背向斜为主，边界多为逆断层。含煤地层为下侏罗统八道湾组和中统西山窑组。含煤地层的岩性主要有粉砂岩、砂岩、泥岩及碳质泥岩。八道湾组含煤2～15层，可采煤层总厚3.0～42.9米；西山窑组含煤13～44层，总厚3～63.2米；在沙尔湖煤层厚度可达182.24米，野马泉为100.65米。煤岩显微组分以镜质组为主，惰质组次之，壳质组成分较少。

煤化作用类型以深成变质作用为主，除盆地东（野马泉）西（艾维尔沟）两端煤变质程度有中等煤化程度烟煤外，其他地区均为低煤化程度的褐煤和烟煤，是中国著名的煤成油研究的热点地区。八道湾组的煤类多为长焰煤至气煤，西山窑组则以长焰煤为主，在野马泉为肥焦煤及瘦煤，艾维尔沟为长焰煤、焦煤及瘦煤，在大南湖浅部有褐煤。含煤盆地东西两端的野马泉和艾维尔沟，虽煤变质程度较高，生气能力较强，但地质构造复杂，储层保存条件不好；盆地中部矿区，虽煤化程度较低，生气能力差，但地质构造简单，煤层多，厚度大且分布稳定，煤炭资源量丰富，煤层气赋存条件较好。

新疆煤田地质局估算全盆地煤层气资源量为1.44×10¹²立方米（不含三塘湖9480.9×10⁸立方米和达坂城657.5×10⁸立方米），还专门针对低煤级矿区艾丁湖、沙尔湖、哈密、大南湖C煤组进行了煤层气含量和成分测试，实测含气量介于0.0～1.2立方米/吨，甲烷浓度介于0.0%～56.59%。中国石油天然气总公司吐哈油田公司在吐哈盆地的哈密凹陷、了墩隆起及艾丁湖斜坡施工了7口煤层气井，并在沙尔湖凹陷进行了排采试验，实测空气干燥基含气量为0.73～3.09立方米/吨，平均为1.44立方米/吨（33层次），甲烷浓度53.22%～94.71%，平均为65.11%，初步排采3～5个月产气量低，最高日产气116立方米。