稳定同位素实验室拥有国际先进的仪器设备，是国内最早开展稳定同位素分析的实验室之一。自上个世纪80年代以来，实验室先后引进了MAT 251、MAT 271、 MAT 252、Delta Plus XP、MAT 253、Isoprime 100、Delta V等国际先进的气体同位素质谱计。通过与气相色谱仪（GC）、元素分析仪（EA）等辅助设备的联用,可全面实现石油、天然气、岩矿、流体包裹体、现代沉积物、植物、水体等各种样品的碳、氢、氧 氮等稳定同位素组成分析。

稀有气体同位素实验室是国内最早开展稀有气体同位素组成分析的实验室。从上个世纪80年代初至今，实验室先后引入了VG5400、MM5400及Noblesse稀有气体同位素质谱计。实验室可提供天然气、温泉气、泥浆气、断层气和水溶气、包裹体气体等样品的稀有气体同位素组成分析。

高温高压生烃模拟实验室，下设生烃动力学实验室。现增加的新设备为黄金管模拟仪、高温高压流体-岩石相互作用模拟仪和高温高压PVT模拟仪。目前，可开展封闭或半封闭体系生烃模拟实验、生烃动力学模拟实验、流体-岩石相互作用模拟实验和相态模拟实验分析。

分子地球化学实验室拥有气相色谱-四级杆有机质谱（GC-MS）、液相色谱-飞行时间质谱联用仪（HPLC-TOF）、热重／差热联用仪（TG/DTA）及气相色谱仪等多台仪器。可实现天然气、原油、烃源岩等地质样品中各类有机化合物（小分子化合物、可气化中等分子量化合物、水溶性有机物、难气化大分子化合物）的定性及定量分析。

实验室现拥有气相色谱-三重四极串联质谱（GC-MS-MS，带热解进样系统）、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）。可以对沉积物、原油、天然气中的微量和痕量生物标志化合物进行定性和定量分析，灵敏度高、检出限低（最低达10-12g）。

美国力克公司（LECO）公司生产，1984年引入。目前主要用于固体样品中的碳、硫含量分析，如烃源岩、矿物、矿石、土壤等样品中所碳及硫的含量。

高温高压生烃模拟实验室，现有主要仪器设备为WYMN-3型高温高压模拟仪和盆地深层流体——岩石相互作用模拟仪。目前，可开展封闭或半封闭体系模拟实验。

元素分析实验室主要进行岩石和原位微区微量元素分析并兼顾锆石U-Pb年代学分析。实验室的主要设备是Nu Attom高分辨电感耦合等离子质谱仪和 Photo machine 193nnm激光剥蚀仪，配备有净化环境化学处理实验室。目前可以不同岩石、矿物、流体、土壤、植物等样品中的稀土和微量元素进行分析测试。还可对岩石进行微区原位分析，实验室重点服务于岩石圈构造演化、矿产资源、环境、油气地质等研究课题，为其提供成矿地质年代学、稀土和微量元素分析测量方面的有力支撑。

页岩气实验室目前ISOSORP-HP III Static磁悬浮天平高压等温吸附仪，拥有ASAP2020比表面积测定仪、AUTO Pore 9500全自动压汞仪、SPEC核磁共振岩样分析仪、PorePDP-200覆压孔隙度渗透率测量仪五台（套）仪器设备。可以对地质样品（页岩、泥岩、砂岩、煤、单矿物等）、人工合成样品的0.35nm至微米级孔隙进行分析测定，对样品孔隙体积、比表面积、孔径分布、孔隙度、渗透率等参数进行定量评价；对地质样品和人工合成样品在0-70MPa压力范围内特定气体（甲烷、氮气、超临界二氧化碳）的吸附性能进行定量评价。

场发射扫描电子显微镜可对样品实现超高分辨率的微观形貌观察，配备了安装在镜筒内正光轴上的环形二次电子（In-lens）和能量选择背散射式In-lens Duo探测器，带有能量过滤栅网，可分别获得二次电子或背散射电子图像，在低电压下，其二次电子和背散射电子均具有卓越的分辨能力；样品室二次电子探测器；角度选择背散射电子探测器（AsB）；X射线能谱仪（EDS）；红外CCD相机。通过接收特征X信号，能快速进行样品元素高精度的点、线、面扫描分析。利用氩离子抛光系统(配备有液氮冷台)对样品进行扇形截面（扇形角度为10到90度可调）和平面抛光，可实现对页岩纳米孔隙的观测。

本实验可对利用索式提取法（Soxhlet Extraction）对烃源岩、土壤、植物等固体样品进行有机物提取，随后利用不同的极性的溶剂，通过柱色层法（填充硅胶氧化铝柱），依次将其中的不同极性馏分的族组分（如：饱和烃、芳烃和非烃等）分离并称重。