塔裡木盆地是我國最大的内陸盆地,位于天山山脈和昆侖山脈之間,南北最寬處520千米,東西最長處1400千米,面積約40多萬平方千米。塔裡木盆地是大型封閉性山間盆地,地質構造上是周圍被許多深大斷裂所限制的穩定地塊。
塔裡木盆地地勢西高東低,微向北傾,舊羅布泊湖面高程780米,是盆地最低點,塔裡木河位置偏于盆地北緣,水向東流。
盆地地貌呈環狀分布,邊緣是與山地連接的礫石戈壁,中心是遼闊沙漠,邊緣和沙漠間是沖積扇和沖積平原,并有綠洲分布。
塔裡木河以南是塔克拉瑪幹沙漠,面積33.7萬平方千米,占新疆面積20%,占中國沙漠和戈壁總面積26%,是中國最大沙漠。
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