本研究在超声辐射条件下，用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚和二硫化碳对克拉玛依天然沥青（KNB）进行分级萃取，得到六级萃取物E1、E2、E3、E4、E5、E6和萃余物，采用常压硅胶柱层析技术对前五级萃取物进行分离纯化，得到各级馏分，对KNB进行钌离子催化氧化和次氯酸钠水溶液氧化，得到氧化产物。用红外光谱（FTIR）对KNB、各级萃取物和萃余物进行分析表征，用气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）对E1、E2、E3、E4、E5、E6、柱层析馏分和氧化产物进行分析鉴定及定量分析。结果表明：深度萃取得到的各级萃取物的萃取率和物理性质均有明显差异，E1中富集到了大量的饱和烃和含有羟基官能团的化合物，E2中富集到一定程度的链烷烃和含有芳烃的化合物，E3中富集到了萜烷类、甾烷类和邻苯二甲酸酯类化合物，E4中富集到了芳烃类和邻苯二甲酸酯类化合物，E5和E6中主要为超出GC/MS检测范围的大分子化合物；萃取物经柱层析精细分离后可检测化合物种类和数量明显增多，极性溶剂对萜烷类化合物、甾烷类化合物、芳烃和脂肪酸酯有较好的选择性，中级性溶剂对邻苯二甲酸酯有很好的洗脱效果，石油醚和二硫化碳等非极性溶剂对正构烷烃支链烷烃和环烷烃有较好的选择性；KNB的氧化产物主要包括脂肪族一元烷酸、脂肪族二元烷酸、脂肪族三元烷酸和芳酸，结合氧化产物的结构信息可知，KNB中含有相当量的烷基侧链芳烃，但是其中桥键连接的苯环结构和稠环芳烃的含量较少；在萃取物中检测出大量的生物标志物，分析其生物标志特征可以推断KNB的成熟度较高，在成岩过程中几乎不存在生物降解作用，生成天然沥青的地理环境可能与某些海洋或者湖泊条件有关，陆源物质、细菌、蓝藻和一些高等植物对天然沥青生源有很大贡献。分级萃取实现了对于天然沥青族组分粗分离，柱层析则对萃取物进行了进一步的分离和分析，氧化反应在分子水平上为揭示天然沥青的原始结构组成和实现其定向转化提供了一定的理论数据，同时对实现其精细加工有重要的工业意义。本研究提供了对克拉玛依天然沥青进行选择性的族组分分离、分析和定向转化的有效方法，并进一步揭示了天然沥青中有机物的组成和分布规律，丰富了其有机地球化学知识体系。