准噶尔盆地主要聚煤期侏罗纪的含煤岩系称为水西沟群，自下而上被细分为下统八道湾组（下含煤组）、三工河组（不含煤组）和中统西山窑组（上含煤组）。西山窑组之上的头屯河组、齐古组分别为湖相和红色沉积，不含煤（图2-1）。下面仅对中下侏罗统含煤岩系作一分述。
1.八道湾组（J1b）
本组岩性为灰绿色、灰白色砾岩，含砾砂岩，砂岩的块状层与灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、炭质泥岩的不等距韵律状交互层；含多层可采工业煤层，有时夹不规则的菱铁矿、灰白色凝灰岩，叠锥状薄层泥灰岩，厚14～1032 m。为冲积扇、扇三角洲-河流、沼泽相沉积，各地的差别仅是河道砂砾岩的多少和总厚的大小不同而已。盆地南缘山前区阜康与吉木萨尔之间的小泉沟一带沉积厚度最大，通常在800 m左右，如玛纳斯河附近的八道湾组厚852.9 m，假整合于三叠系小泉沟群之上；一般是粗、细碎屑各占一半。除底部灰白色砂、砾岩含较多石英外，其余均为岩屑质复矿砂岩。
盆地北部厚度相对较小，完整最小厚度42～60 m，井下最大厚度348～428 m。河床砾岩较发育，砂岩也含砾，而煤层较薄。砾石所受的风化程度较深，沉积岩屑、火山岩屑表面都呈灰白色，且含较多石英，磨圆度也较好，有时出现红色泥岩夹层，甚至全组在短距离内完全变成棕红色，如四棵树河以东的阿尔钦沟。在盆地西北缘，哈拉阿拉特山北麓和什托洛盖的八道湾组厚682.3 m，由灰、灰黄、灰绿色含砾砂岩、砾岩，各种粒度砂岩，泥岩及煤层组成。
八道湾组在盆地东部的奇台北山厚约100 m，其底部的冲积扇砾岩厚度很小（10～20m），总体上属河流体系沉积，据相型剖面分析，一般由3～4个沉积单元组成，每个单元底部均由河道砂（粗砂岩）开始，向上变细为粉砂岩、泥岩夹煤线，后者代表越岸或岸后沉积（图2-1）。
图2-1 准噶尔盆地南缘水西沟沉积相柱状图
2.三工河组（J1s）
三工河组连续沉积于八道湾组之上，岩性为绿灰色、灰色，风化后呈灰黄色的片状泥岩夹薄至厚层状中细砂岩、叠锥状泥灰岩、透镜状菱铁矿，少量灰白色薄层凝灰岩；砂、泥岩亦呈韵律状交互结构；顶部呈变粗趋势，均有一段灰白色粉砂岩、泥砂岩、砂岩夹泥岩薄层和煤线；厚19～882 m，和八道湾组一道组成侏罗系下统的粗—细—稍粗的巨型旋回。其岩石类型在大部分地区以具水平纹理的泥岩和砂质泥岩为主，含丰富的淡水双壳类、叶肢介、介形类化石，中夹厚度不大的细、中砂岩和泥灰岩。
盆地北部砂层薄而细，一般不含炭质泥岩；克拉美丽山南坡是特例，在底部玛瑙砾岩之上有30～40 m的砂岩、泥岩交互层，夹炭质泥岩和劣质煤，井下有时煤层发育甚好。盆地南缘坳陷内常有较多厚层至块状的河道砂、砾岩，并常夹炭质泥岩和煤线，有时亦含薄煤层；厚度也较大，一般可达800 m左右；全部为灰绿色。盆地北部较薄，最大厚度228～291 m，且不少剖面变为红色或杂色。总之，三工河组在准噶尔盆地最为重要的特征是厚度变化大，如在玛纳斯河一带厚约600～800 m，阜康县南部厚度为765 m，和什托洛盖附近厚度为626 m，但在克拉玛依市和奇台北山，该组的厚度分别为97 m和63 m。这种现象显示了盆地不同部位不平衡的补偿关系。
3.西山窑组（J2x）
该组为一套湖泊三角洲-河沼相沉积的灰绿色、灰白色砂岩，砾砂岩，砾岩与灰色泥岩，黑色炭质泥岩的韵律状交互层，含多层可采煤层；夹薄层透镜状菱铁矿、铁质砂岩和灰色凝灰岩；底部为块状灰白色石英质砾岩，或为灰白色巨厚的石英砂砾岩段夹煤层；往上渐变为砂岩、泥岩的频繁交互沉积，相对变细，自成一个正旋回（图2-2），厚600～980 m。
西山窑组岩性较稳定，在盆地西北缘的和什托洛盖一带，西山窑组厚741 m，与南缘山前区相近，煤层多，厚度大，顶部变红，除底部沉积物粒度较粗，显示河流体系的沉积特点外，其上主要由泥岩、砂质泥岩夹细、中砂岩和煤层组成，并构成9～11个湖泊三角洲体系垂向层序单元。西北缘克拉玛依地表有时几无煤层，且全部变为红色，并有不少黄色、紫红、粉红色、白色高岭土泥岩，西山窑组厚110～500 m；井下煤层发育，最厚545 m。
西山窑组在盆地南缘出露较好，西起托斯台向东经头屯河、乌鲁木齐的水磨沟到阜康的三工河均有分布，沉积较厚，一般600～800 m，但厚度变化很大（137～986 m）。其沉积特征大体一致，表现为一个完整的正旋回，部分剖面以炭质、泥质沉积为主，如三工河；部分剖面也全部变红，如头屯河上游；而四棵树河上游，在上、下两段煤层之间，中部出现无煤泥岩段。
盆地东部或东北缘的西山窑组的沉积特征与南缘类似，主要区别是地层厚度小（50～262 m），湖泊三角洲体系单元的数目少（3～5个）。克拉美丽山北坡西山窑组亦为杂色层，地表几乎不见炭质层，厚16～162 m；克拉美丽山南坡厚度较小，粗碎屑层不发育，地表所见主要为灰白色高岭土质石英砂岩、泥岩和炭质泥岩，厚12～211 m，井下最厚296 m。