现代地质学认为，人类所赖以生存的地球一直都处于变化过程中，尤其是地球的深部物质就像一锅煮开的粥在不断地运动着，并驱动地球表层发生变化。虽然人的寿命有限，倾其一生所看到的是沧海永远浩瀚无垠，青山永远巍然屹立，但是如果从以百万年为基本单位的地质历史长河中去观察，就会发现地球上的沧海和桑田确实是不断变化和更替的。受小行星撞击、火山喷发、板块漂移等地质构造运动影响，浩瀚的大海也许会在某个地质年代干涸变为陆地甚至高山，巍峨的青山也许会沉没并化为深藏于海底的沟壑。地壳如此，作为石油天然气赖以生存的、位于地壳中的沉积盆地也是如此。沉积盆地的形成、演化和消亡是一个动态的和循环的过程，并与地层沉积密切相关，大致上可以用“削峰填谷”来描述。在地质学中，通常将“削峰”称为“剥蚀”，将“填谷”称为“充填”，将“剥蚀”与“充填”统称为“沉积”。受地质构造运动影响，地层会发生弯曲而形成隆起和坳陷，如果规模大到一定程度就形成盆地，高处的地层会遭受风化剥蚀，碎屑物质会受风力和水流影响运移并充填到低洼处，新沉积的地层会逐渐变得平缓，并以不整合方式覆盖到老地层之上。当盆地被充填到一定程度，新的一期地质构造运动又开始了，并重复以上过程。显然，沉积盆地的这种“剥蚀—充填”过程是多期次和互相叠置的，在地质学中通常将其称为地层沉积韵律或沉积旋回。
由于古构造、古地理及古气候等沉积条件的综合影响，盆地的沉积充填结构、构造格架、地层岩性、物性、厚度分布与超覆关系会随时间和空间发生变化，形成复杂的盆地内部结构。在盆地发育的不同阶段，其沉积—构造面貌各不相同，这会对石油天然气的生成、运移与聚集成藏产生决定性的影响。因此，对沉积盆地的构造与沉积演化史进行研究和分析具有重要意义。
在石油天然气勘探中，地质学家感兴趣的盆地并不是现今地貌上的盆地，而是地质历史上与油气生成、聚集有关的地质意义上的沉积盆地，即基底地层长期低于海平面并接受沉积物沉积充填的盆地。沉积盆地既可以接受从物源区搬运来的沉积物，也可充填相对近源的火山喷出物质，当然也接受原地化学、生物及机械作用改造形成的盆内沉积物。地球上有许多地质意义上的盆地在现今地貌上也呈现盆地的形态，但尽管如此，经过亿万年的演化，地表与地下的地层形态存在很大的不同，无法用地表来推测地下。此时该怎么办呢？这就需要依赖于地震资料了。只有分期、分层对盆地充填结构进行研究，追索盆地的沉积史和构造演化史，才能更好更快地定位到油气藏。
对盆地进行构造与沉积演化分析一般情况下是在构造解释后进行的。首先利用测井、钻井等资料将各个地质历史时期具有代表性的地层界面标识到地震剖面上，然后进行层位和断层解释，利用解释好的层位和断层建立地层格架。一旦建立了地层格架，即可利用层拉平和平衡地质剖面技术对各个地质历史时期的地层进行沉积史再现。
层拉平指将一个或一组层位中的各层位点移动到某一水平基准面上的地震资料解释方法。在拉平前，需要首先确定水平基准面的基准点。基准点既可以是原始层位的某一个点，也可以是任意高程的点。基于同样的方法，还可以对地震剖面进行层拉平。
由于层位是地层的分界面（顶界面或底界面），对其进行拉平相当于把这个地层恢复到沉积该地层的地质历史时期的古沉积面上。与此同时，该地层之下的其他地层也会恢复为同时期的古沉积地层原貌。一旦将某一地层恢复到沉积时的状态，据此可以进行构造运动分析和地层沉积分析。比如，该地区曾经发生过什么样的构造运动？在构造运动中地层遭受了拉张还是挤压？地层是上升了还是沉降了？地层是否遭受过剥蚀？沉积物来自哪里？沉积地层有多厚？此类问题都可以通过层拉平这种方法进行分析。
层拉平是针对单一层位进行的，要对某一研究区的沉积演化史进行分析，需要连续对各地质历史时期的地层进行层拉平，并应考虑地层压实作用对古地貌的影响。于是加拿大地质学家达尔斯特姆（C．Dahlstrom）在层拉平技术基础上，于1969年提出了平衡地质剖面技术。平衡地质剖面指基于物质守恒定律通过几何变形方式将现今的地质构造恢复为沉积时的空间状态的技术。在制作平衡地质剖面时需要综合考虑体积守恒、面积守恒、长度守恒等几何法则，变形前后的地层在物质上是守恒的，因而在各种地震资料足够充分时，这种平衡地质剖面所复原的地质构造比层拉平技术更合理，可信度更高。
平衡地质剖面是一种计算地层伸缩量的重要方法，同时又是一种先进的构造地质思维方式，无论对于地质剖面的正确合理性的检验还是对构造变形机制的理解，都具有重要的价值，因而广泛应用于检验构造推断的合理性、估算造山带的缩短量和伸展构造区的伸长量，特别是对挤压构造和褶皱—冲断带等复杂构造分析具有重要作用。
除了层拉平和平衡地质剖面两项技术外，还可以利用地震资料对盆地进行沉积旋回分析。沉积旋回指在盆地形成过程中相同或相近的沉积条件和沉积作用按一定次序不断重复而组成的一个沉积层序。在碎屑岩沉积环境中，沉积旋回主要表现为不同地质年代的沉积地层的岩性从砂岩到泥岩周期性变化、岩石粒度从大到小周期性变化的规律，并对应着正旋回、反旋回等不同类型的旋回段。根据层序地层学理论，造成沉积旋回这种地质现象的主要因素是地壳的周期性振荡、海平面的周期性升降、沉积物供给速率的周期性变化等因素或它们共同作用的结果。
受沉积旋回作用影响，沉积岩的岩性和粒度的周期性变化会导致组成沉积层序体的地层层理厚度也会发生周期性变化，即沉积物粒度由粗到细变化，所形成的地层层理厚度由大到小变化。层理结构的这种周期性尺度变化决定了它们的地震响应频率成分的周期性变化，因此利用地震时频分析技术可对盆地的沉积旋回进行分析，获得盆地的海陆变迁信息，重建盆地在各地质历史时期中沧海桑田般的沉积演化史，为寻找油气藏提供依据。
层序地层学指研究以侵蚀面或无沉积作用面及可与之对比的整合面为界的、有成因联系并具旋回性的地层的年代地层格架内的岩石关系为主要内容的一门学科。该学科有助于确定地质历史上所发生的地质事件的先后次序并建立盆地规模的地层沉积演化史。