1940年至1943年，他的目光转向了西域新疆。并且在这之后的半个世纪里，黄汲清始终如一地把自己相当一部分热情倾注到了天山南北那块美丽而又神秘的地方。

1942年临近冬季，黄汲清带着五名大员开始了新疆油田地质调査，这是在中国科学史上具有划时代意义的远征考察。他自任队长。队员是：杨钟键著名古脊椎动物学家、程裕淇著名矿床学家、周宗浚地形学家、卞美年地质学家和翁文波著名地球物理学家，这是一个强大的阵营，他们中除个别早逝外，其余后来都成了中科院院士和国际知名科学大师。在此次为期197天的野外考察中，黄汲清一行不仅完成了对天山独子山油田的地质调查与油田规模圈定的重大贡献，而且通过大同详尽细致的实地考察，黄汲清独具慧眼，第一个在世界上提出了陆相生油论和多期生油论两大科学理论观点。他在1943年英文版新疆石油地质调査报告专著中，针对国际地学界占统治地位的海相地层才有大油田生存的理论，明确指出：陆相沉积地层同样具备生存大油田的可能。中国新疆的独子山、塔里木盆地等地方，以及其他中国的陆相沉积地层下，完全有可能找到与美国的加利福尼亚油田、苏联的巴库油田相媲美的大油田。

这是何等的气魄！这是何等的远见！它仿佛在国际地学界权威们的头上打了一个惊天动地的响雷，而且给中华民族的石油工业乃至整个社会发展带来振奋人心的喜讯。在之后的几十年间，黄汲清的这一理论，无一例外地被得到证实。我们今天所知道的大港油田、胜利油田，任丘油田……以至八十年代发现的塔里木油田等一大批知名油田，也不无例外地都在陆相地层上。其中，最突出的自然是大庆油，黄汲清的陆相生油理论是实现大庆油田发现的重大突破的最基本和惟一可信的理论依据。我们今天这样庄严地认为，绝不是受了某种情感的支配而胡说八道。这好比当年大庆的第一口喷油井打了三千六百多米才见滚滚奔涌的黑色金子一样，一个伟大并被实践证明是正确的科学理论，如果不是建立在漫长深厚与艰苦的研究基础上，它是绝对不可能产生的，而且永远不可能产生！

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