黄汲清一向重视大地构造与成矿的研究，他以大量实际资料论述了多旋回成矿，并以此批驳了以苏联地质学家Ю.A.毕力宾（БиΛибин）为代表的单旋回成矿观点。他更重视大地构造与石油天然气的研究。早在1935年开始，他去美国和苏联考察时，特别注意石油和天然气地质。随后，他率队调查四川油气资源，布置在隆昌圣灯山打钻发现了天然气。他在1938年发表的《钻探四川石油之我见》一文中认为：“陆成地层虽然有时可以为重要之含油岩层，但绝不是重要之油母岩层。”经过1941-1943年对中国西部陆相盆地的石油地质调查，他改变了上述看法。潘钟祥于1941 年在美国发表了关于陕北和四川石油的陆相成因的论文。黄汲清和杨钟健、程裕祺等于1943年在《新疆油田地质调查报告》中，也提出陆相生油的见解，指出陆相地层也可以形成具有重要经济价值的油田，并明确认为大型含油盆地一般总有好几个不同时代的含油地层。这是多旋回成矿思想的萌芽。在抗日战争期间，由于信息不通，他们未曾见到潘钟祥的文章，他们是根据西部陆相盆地，特别是新疆陆相盆地的调查，各自独立地提出了陆相生油论。1954年，黄汲清根据他的大地构造研究和陆相生油论，提出华北、松辽、鄂尔多斯和四川盆地为重点普查地区。谢家荣同意黄汲清的意见，并认为贵州、唐山、南京及浙江长兴等地的古生代碳酸盐岩地区也要进行普查。同时，石油工业部建议在柴达木和准噶尔盆地也应展开普查，以便和他们的勘探工作密切配合。1955年3月，在第一次石油普查会议上，讨论并同意了黄、谢提出的计划。紧接着组成了准噶尔、柴达木、鄂尔多斯、四川和华北5支石油普查队。黄汲清亲自审定华北、四川、鄂尔多斯的设计任务书。1956年，在第二次石油普查会议上，他做了《一年来石油普查地质工作中的经验教训及对今后工作的建议》报告。1957 年3月8日，黄汲清在第三次石油普查会议上展示了他主编的《中国含油远景分区图》，并作了《对我国含油远景分区的初步意见》的学术报告。从1955年到1957年，黄汲清为我国石油天然气的普查勘探，制定了一个相当完整的工作蓝图。此后，大庆、胜利、大港、华北、辽河等油田的发现，以及塔里木盆地油气勘探的重大突破，完全证实了他的科学预见和部署的正确。在他具体指导由助手们执笔的《中国大地构造及其演化》专著中，明确指出：“塔里木盆地的含油远景在中国大陆上可能是首屈一指的。”据此，黄汲清及其助手就我国石油普查勘探方向多次向地质矿产部和石油部门提出书面或口头建议。1984年，在第3次塔里木盆地油气资源座谈会上，黄汲清做了长篇报告，从基底到盖层，从含油远景到重点勘探区的部署等，进行了系统全面的论述。他特别强调塔里木盆地多层生油、多层储油的重要性，既要注意陆相生油，更要注意海相生油。1986年，已是82岁高龄的黄汲清又风尘仆仆奔赴大庆考察。根据多层生油、多层储油的观点，提出在嫩江组和青山组之下的九佛堂组等地层深部找油的建议。根据他的建议，在2口井深近3000米处获得了工业油流。由于陆相生油论和多旋回说在石油地质上的应用，由于他在石油地质的具体工作和发现大庆油田等做出重大贡献，黄汲清同其他地质学家一起，于1982年获国家自然科学一等奖。