威远气田发现之后，黄汲清对中国的石油地质科学研究与实践已趋成熟。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枏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5名大员开始了新疆油田地质调查这一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，其余的人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天的野外考察调查中，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，而且通过大量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查报告专著中，针对国际地学界起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。中国的新疆独子山、塔里木盆地等地方以及其他中国的陆相沉积地层下，完全有口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。
