珠江口盆地，位于 雷州半岛 、 海南岛 以东，东经118度以西，北纬18度以北的南海北部大陆架上，大体呈北东东向延伸，面积约15万平方千米，属于大陆边缘型盆地 。
珠江口盆地，经历了区域隆裂（ 始新世 —— 渐新世 ）、裂谷扩张（中渐新世——早 中新世 ）、海盆坳陷（早、中中新世）、区域沉降（晚中新世—— 第四纪 ）等四个地质演化阶段 。
在区域构造上，盆地包括三个坳陷、四个断隆。三个坳陷中，珠一坳陷面积36000平方千米，新生界最大厚度7000米，属双断继承型坳陷，呈北东东向展布，凹陷、凸起相间排列，构造活动性较大，东部有许多 火山石 体。珠二坳陷面积26000平方千米，新生界最大厚度10000米，属单断继承性坳陷，呈近东西走向，中央凸起带的断背斜、 滚动背斜 尤为发育；珠三坳陷面积11000平方千米，新生界最大厚度8500米，属双断非继承型坳陷，中央凸起顶部缺失下第三系，由于西部抬升、坳陷中心东移，上第三系沉积厚度相对较薄 。
发现经过
1974年初，中国第二海洋地质调查大队在完成了 北部湾 的油气普查任务后，确定了在 广东省 大陆架 开展油气勘查的战略转移。1974年9月， 广东省 革命委员会在 佛山市 召开石油地质工作会议， 冯志强 代表第二海洋地质调查大队在大会发言，建议今后应将珠江口海域作为油气普查的主要战场。其后，具体将勘查工作布置在东经108°—114°，南到北纬16°，北抵广东沿岸，总面积29万平方千米， 比例尺 为1∶50万—1∶100万。1975年初，由海洋二号调查船从 广东 大陆架西部 广州湾 向东以40千米的线距进行地震、磁力、测深等综合调查，经过5个多月的紧张施上，当年完成10条主测线，总长5219千米。1975年11月编写出《广东大陆架地质构造轮廓》的报告，正式宣布发现珠江口盆地，明确指出：珠江口外坳陷带（包括珠江口盆地和琼东南盆地）是广东大陆架的主体，是油气 勘探 首先注目的对象。
地理分区
1976年，编写了《 南海 北部海洋地质初查报告》，把珠江口盆地划分为北部断阶、珠一坳陷、珠三坳陷、 东沙群岛 隆起、神弧 暗沙 隆起、珠二坳陷等16个二级构造单元。明确指出了 北部湾 、琼东南盆地、珠江口盆地、台湾浅滩盆地具有良好的油气远景，其中珠江口盆地面积最大，是一个大型的 新生代 沉积盆地，具有面积大、厚度大、 沉降 深、沉速快、生油条件好的特点。并根据其构造发育和生、储、盖地质条件，将盆地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级油气远景区，其中珠一坳陷和珠二坳陷的主体部位、卫滩隆起西南部及中部隆褶带南部是油气远景最有利的Ⅰ级远景区，珠三坳陷的主体部位是Ⅱ级远景区。
地层层序
珠江口盆地的新生代 地层 层序，自上而下为第四系、 上新世 万山组、中新世粤海组、韩江组、珠江组、 渐新世 珠海组、 始新世 恩平组和文昌组、 古新世 神弧组。其中 珠江 组上部海相泥质岩、珠江组中下部和 珠海市 组非海相泥质岩（ 盆地 南部过渡为海相）、恩平组和文昌组的湖相泥质岩均可作为 生油岩 系。各组地层简述如下：
第四系：下部为砂砾石层，中部为灰色 粉砂 质粘上层与灰色砂砾岩层互层，上部为灰色、灰黄色 粘土 、含砾 粗砂 层，厚78.5—418米，从西北向东南增厚。本系含有NN19－NN20带 超微化石 ，其中盘星的消失可作为上第三系和第四系的分界。
万山组：下段以灰色—暗灰色粉砂质泥岩为主，夹薄层灰色 砂岩 。上段为灰白色细 砾岩 、砂岩为主。总厚282—780米。下部 泥岩 广泛超覆于全 盆地 各组 地层 之上，N19带大量产出浮游 有孔虫 和出现较深水的底栖有孔虫种属。 钙质 超微化石属NN12－NN16带，数量多，分布广。
粤海组 ：下段为灰白色细砾岩夹薄层灰色粉砂质泥岩。中段为灰色粉砂质泥岩、泥质 粉砂岩 和中粒砂岩互层。上部以灰白色砂砾岩为主，夹粉砂质泥岩、灰质砂岩。厚度34—814米，所含生物化石较少，与 韩江 组之间存在沉积间断。
韩江组： 岩性 自下而上由粗变细，可分两个正旋回。每个旋回下部为灰色砂砾岩、 砂岩 和 泥岩 的不等厚互层，上部以灰色、灰绿色粉砂质泥岩为主，夹薄层 褐煤矿 、 沥青质 页岩 和灰质砂岩。厚478—1303米，下部地震剖面上常可见到局部斜层结构，说明为 珠江 口盆地 三角洲 主要发育期，与下部珠江组为连续沉积。
珠江组：下段为厚层灰白色砂岩夹深灰色泥岩、白云质砂岩和沥青质页岩，局部见少量棕红色岩层。上段为灰色、浅灰色泥岩夹白色砂砾岩、白云质砂岩、 钙质 砂岩。顶部以泥岩为主。厚337—819米，富含 有孔虫 和钙质 超微化石 ，属滨海、浅海沉积环境。
珠海市 组：主要为一套灰白色、灰色块状砂砾岩、 砂岩 夹深灰色 泥岩 、 沥青质 页岩 ，下粗上细。在边部地区夹有棕红色或杂色砂岩及泥岩。厚0—585米，沉积环境下部以陆相为主，往上为海陆交互相。横向上南部为滨海、浅海环境，东部和西部属河流平原、 潟湖 和 海湾 相。
恩平市 组：以含煤系 地层 为特点，下部为大套砂岩夹泥岩，上部为黑灰色泥岩与砂岩互层，夹 煤层 和炭质页岩。厚0—1320米，沉积环境东部为河流平原、湖沼相，西部属 三角洲 平原相。
文昌组： 岩性 以一套厚层灰黑色、褐灰色泥岩为主，夹少量 砂岩 ，上部夹有煤层。本组分布广泛，厚0—912米，属滨湖、浅湖至半深湖相沉积。
神弧组：在 盆地 西部为一套暗 棕色 —灰白色厚层块状 砾岩 、含砾砂岩夹少量 泥岩 、 粉砂岩 。东部为以凝灰岩为主的 火山碎屑岩 夹杂色岩层。厚0—958米，本组 地层 不整合超覆于 变质岩 和 燕山 期 花岗石 之上，仅含孢粉化石，沉积环境属冲积、洪积相。
历史开发
早期
1977年10月，珠江口盆地的石油 钻探 由勘探二号平台在珠一井进行试钻，至1980年共钻了7口探井。在珠二井和珠四井均见到油气显示和 油砂 。1979年5月31日，由勘探二号平台施工的珠五井开钻，7月9日完钻，井深3150.34米，在井深2314—2838米间的8个层位中发现了大量油砂。终孔后，综合解释了8个油层，总厚26.2米，经对其中3个油层测试，获 日产汽车公司 原油295.7立方米。为庆贺在珠江口盆地首次打出高产油气流，表彰在珠江口盆地找油的有功单位，1979年10月10日国家地质总局、 广东省 革命委员会在 广州市 召开庆功授奖大会，给南海地质调查指挥部的7个单位记功授奖。从此，揭开了珠江口盆地油气 勘探 新的一页。1980年4—6月，在珠江口盆地第三构造带3号高点施工的珠七井中，在上第三系中试获少量原油，进一步扩大了找油的新层位，提高了对珠江口盆地的石油远景评价。
21世纪初
20世纪90年代以来， 中国 在该地区作了大量油气基础 地质调查 。2002年4月，国土资源部组织开展全国油气资源战略 选区 工作。经专家论证，《南海北部陆坡深水海域油气资源战略调查及评价》项目被列为首批全国油气资源战略选区调查与评价项目之一，由国家财政出资，国土资源部组织实施， 中国海洋石油集团有限公司 承担，于2004年正式启动。
2006年07月13日，中国国土资源部宣布，中国海域油气 勘探 取得重要进展：全国油气资源战略选区《南海北部陆坡深水海域油气资源战略调查及评价》项目，在南海珠江口盆地实施的LW3-1-1井获得天然气重大发现，初步估算天然气资源超过一千亿立方米，有望成为中国海域最大的天然气发现。第一口水深超千米探井重大发现，证明 南海 珠江口盆地白云凹陷是一个有利的油气富集区，证实南海深水海域具有较大的油气资源潜力，大大增强了中国进行南海北部深水陆坡油气勘探的信心。
2012年12月28日， 中国海洋石油集团有限公司 有限公司宣布，位于南海珠江口盆地的两个油田项目正式投产。 番禺区 4－2/5－1油田平均水深约为100米，预计将于2014年达到高峰产量。另一油田项目流花4－1油田平均水深约268米，中海油结合该油田特点，采用新建水下生产系统，同时依托周边已有设施进行开发；预计油田将于2013年达到高峰产量。中海油在番禺4－2/5－1油田拥有75.5%的权益，任作业者；合作伙伴柏灵顿资源中国有限公司拥有其余24.5%的权益。流花4－1油田为中海油自营油田，中海油拥有100%的权益，并任作业者。