波斯湾盆地为发育于阿拉伯板块之上的大型沉积盆地，是世界油气资源最丰富的地区。这里石油探明剩余可采储量占世界剩余可采储量的47.6%，天然气探明剩余可采储量占全球的40.9%，共有油气田1841个。波斯湾盆地包括伊朗、伊拉克、科威特、沙特阿拉伯、巴林、卡塔尔、阿联酋、阿曼8个国家。

波斯湾盆地是发育于阿拉伯板块之上，由阿拉伯盆地和扎格罗斯褶皱带共同组成的大型沉积盆地，是在历经亿万年、横跨南北半球的板块漂移旅行后，才最终抵达目前位置的。在盆地演化的旅程中，油气一直携手相依，伴随着盆地一起形成。

从大约7亿年前的晚元古代开始，阿拉伯、伊朗与非洲是一个完整的古陆地，称为冈瓦纳古陆。此时，波斯湾盆地的北部是古特提斯洋，南部是陆地区域。由结晶岩、变质岩和火山碎屑岩构成的波斯湾盆地基底开始形成，同时在阿拉伯板块西部形成了阿拉伯地盾，是波斯湾盆地内碎屑岩沉积的主要物源区。这时还形成了阿拉伯板块中部的古隆起构造，如沙特的加瓦尔油田等都是在这些古隆起基础上发育形成。

在6亿年前的晚元古代至3.7亿年前的晚泥盆世时期，在海湾和阿曼地区内形成了多个盐盆，如霍尔木兹盐盆、阿曼盐盆等。现今阿曼境内的主要油气田的发育都是受这种盐盆控制。整个古生代，盆地沉积地层厚、埋藏深，主要以气藏为主。

进入2.5亿年前的中生代，伊朗—阿拉伯地块与阿拉伯板块开始分离，古特提斯洋关闭，伊朗—阿富汗地块与阿拉伯板块之间的新特提斯洋形成，波斯湾盆地进入一段较长时期的稳定沉积期。这段稳定期也是目前主要产油层系的沉积时期，如伊拉克、阿联酋等地区。在新特提斯洋两岸，区域和局部的海平面变化相对较频繁，造成了碳酸盐岩、泥岩的交替沉积，而阿拉伯板块内陆方向，主要以碎屑岩沉积为主。此时，波斯湾盆地所处的热带环境非常适合生物繁殖，形成了大量富含有机质的海相沉积物。这些富含有机质的沉积物经过长期的埋藏演化，生成大量油气。同时，大陆斜坡上适宜的阳光、盐度等条件，对生物礁的生长发育十分有利，形成了白垩系大量储集孔隙十分发育的优质礁滩相储层。目前波斯湾地区主要的油气产出，都是来自这个时期的沉积地层。

到了6000万年前的第三纪早期，欧亚板块发生碰撞，新特提斯洋缓慢关闭，扎格罗斯山脉开始隆起。现今的波斯湾逐渐形成并发育前陆盆地，同时在挤压作用影响下形成的背斜构造为后期油气充注提供了良好的储集场所和圈闭条件。第三系沉积物在前陆盆地内也形成了分布广、厚度大的富含有机质和孔隙发育的沉积地层，形成油气聚集。

在经历了古生代、中生代和新生代的叠加成藏后，大油海形成了。

【基底形成时期】

前寒武纪至晚泥盆世，是波斯湾盆地的基底形成和内克拉通盆地时期，此时波斯湾盆地位于冈瓦那大陆，是古特提斯洋的被动大陆边缘。前寒武纪纳吉德走滑断裂的活动导致基底断裂、古隆起和盐盆的广泛发育，对波斯湾盆地后期构造形态的形成具有深远意义。

【弧后盆地时期】

这时阿拉伯板块整体处于克拉通内挤压构造背景，古特提斯洋板块向冈瓦那大陆边缘下俯冲，形成弧后裂谷和局部火山活动，至石炭纪时期，阿拉伯板块开始以拉张构造背景为主，并持续到中二叠世，导致伊朗地块与阿拉伯台地最终分离。

【被动大陆边缘时期】

中二叠世开始，现今伊朗地区开始与阿拉伯板块分离，扎格罗斯裂谷开始形成，新特提斯洋也随之发育，古特提斯洋逐渐关闭。晚白垩世时期，阿拉伯台地发育了十分宽广的浅海陆架，沉积了以海相碳酸盐岩为主的生储盖配置关系很好的多套地层组合。

【活动大陆边缘时期】

晚白垩世，阿拉伯台地开始从被动大陆边缘向活动大陆边缘转换，随着阿拉伯板块与欧亚板块的碰撞，扎格罗斯山脉开始隆升，新特提斯洋逐渐关闭，波斯湾地区形成了大型的前陆盆地，并发育成现今的地貌特征。

波斯湾盆地内石油和天然气主要分布在两个区域，一个是扎格罗斯山前褶皱前渊带内，总长度可达1800公里、宽400公里，包括伊朗西南部、伊拉克北部、叙利亚东北部和土耳其东南部。寒武系到第三系地层的沉积厚度达1.1万米，主要产层为第三系、白垩系和侏罗系地层。

另一个主要区域是阿拉伯台地东缘，包括沙特阿拉伯、科威特、伊拉克南部、巴林、卡塔尔、阿联酋，沉积厚度达5000米，主要产层为白垩系、侏罗系和二叠系地层，中东地区有名的北方—南帕斯气田、加瓦尔油田、布尔甘油田等都是位于这个区域。