西伯利亞盆地沉積厚達3000-5000m以上的中新生代砂、泥巖互層。由于基底巖層的褶皺起伏，從而致使盆地形成一些大型的拗陷和突起。盆地的南部及東南部，基底埋深在2700-3100m；盆地中部埋深3000-3500m；北部及東北部深達4000-5000m以上，最深的坳陷埋深5000-6000m以上；西部及西南部的基底由一系列狹窄的地塹式凹陷組成。

 

  中新生代沉積物中有幾組含水層，構成盆地自流的巨型承壓水系。主要熱水儲層賦存于下部由中生代地層杓成的水文地質層系中。其頂板（蓋層）埋深多在700-800m至1100-1200m處。地下水的補給區自盆地東南及南部向其西北及北部徑流區運移。盆地內的平均地溫梯度每百米2. 7-3℃，為正常值，個別地段選3-4℃，略顯異常。

 

  盆地主要熱含水層有亞普第-賽諾曼、泥歐克姆和侏羅系等3個含水層。現將含水層特征分述如下。

 

  ①亞普第-賽諾曼組含水層。熱水溫度20-60℃，承壓水，水頭自地表以上20-30m，鉆井每秒自流量為25L。盆地邊緣為淡水，中部成了咸水，礦化度每升達20g。熱水為含氨的重碳酸鹽-硫酸鹽-鈉型水至含甲烷的氯化物-鈉型水，成水中含溴每升為50-80mg，含碘每升為10-20mg。

 

  ②泥歐克姆含水層。其巖性為粉砂巖、砂巖、黏土及泥板巖等互層，頂板埋深從盆地邊緣的200m至盆地中部的1800m之間，水溫20-95℃。盆地中部打出的熱水均自流，水頭高10-60m，自流量每秒達5-30L，水溫65-70℃，上層含水層的礦化度每升為15-20g；下層高達30-55g，并高含溴、碘，分別每升含量為30-100mg和10-25mg。盆地邊緣水的礦化度遞減為淡水或微咸水，水質由氯化物-鈉型逐步過度為氯化物-重碳酸鹽-鈉型水或重碳酸鹽-鈉型水。

 

  ③下侏羅統及中侏羅統含水層。厚度介于100-700m，當基底具最大埋深（5000-6000m以深時），其厚度增至1000-1500m。在盆地中部，含水層溫度據測溫曲線為100-120℃，接近基底處可達130-140℃。盆地邊緣降到50-80℃。侏羅系含水層在盆地邊緣水頭達10-60m，盆地中部打出的熱水井多不自流，少數自流，但流量不大，每秒僅4-6L。熱水礦化度在盆地中部為最高，達到每升50-60g，甚至有高到80g，呈熱鹽鹵水，水質幾乎都是氯化物-鈉型水，富含溴，每升達185mg，含碘僅10mg左右。