鄂尔多斯盆地晚古生代地层发育广泛,含油气资源丰富。但盆地南部上古生界研究相对薄弱,油气勘探程度低,仍无重大勘探突破,特别是盆地南部物源不明确严重制约着该地区天然气勘探。盆地南缘秦岭造山带演化过程对鄂尔多斯盆地的形成演化、沉积建造以及油气藏的形成与改造都具有重要控制作用。然而,至今有关秦岭造山带构造演化对鄂尔多斯盆地物质充填与沉积过程的耦合关系尚不十分清楚。基于此,通过对鄂尔多斯盆地南部钻井岩心和野外露头剖面观察、古流向分析,以及砂岩碎屑组分和重矿物特征分析,结合沉积地球化学和碎屑锆石同位素U–Pb定年及Lu–Hf同位素物源示踪等方法综合研究,重点分析鄂尔多斯盆地南部山1–盒8段沉积物源,进而探讨鄂尔多斯盆地南部古生代中晚期沉积充填与周缘造山带演化耦合关系。得出如下认识:(1)鄂尔多斯盆地南部1段和盒8段沉积期古流向、砂岩类型、岩屑类型及其相对含量、重矿物类型及其分布特征基本一致,具有良好继承性。但西南部和东南部上述特征差异大,表明两地区物源供给具有明显差异。(2)沉积地球化学分析表明,鄂尔多斯盆地南部山1–盒8段物源主要来自石英质旋回物源区,中性火成岩和镁铁质岩物源区次之,反映物源主要来自稳定陆块再旋回物质,活动造山带的物质次之。(3)综合物源分析表明,鄂尔多斯盆地南部山1–盒8段物源主要来自华北古老基底再旋回物质,其次来自北秦岭–北祁连造山带源区。与东南部相比,西南部出现中元古代和新元古代末期年龄组锆石,暗示两地区物源存在明显差异。西南部物源主要来自华北古老基底再旋回物质和北秦岭–北祁连造山带物质,少部分来源可能与陇山杂岩和龙首山杂岩相关;东南部物源主要来自华北古老基底再旋回物质和北秦岭造山带剥蚀区物质。由山1段沉积期到盒8段沉积期,北秦岭–北祁连造山带为盆地南部提供的充填物质增多,反映周缘造山带自山1段沉积期之后隆升速度加快,向盆内输入更多供给物质。(4)鄂尔多斯盆地南部山1–盒8段~350~260 Ma年龄组碎屑锆石可能来自北秦岭造山带,揭示北秦岭造山带在~350~260 Ma,尤其是~320~260 Ma期间曾存在目前还未被充分揭示的构造热事件。(5)盆山耦合关系研究表明,420 Ma随着秦岭洋盆的消减闭合,北秦岭开始整体隆升,并引发华北克拉通抬升,一直持续至360 Ma。晚古生代以来,在南秦岭南部伸展、勉略洋盆打开的拉张背景下,石炭纪开始,华北盆地再次沉降接受海相沉积。早二叠世勉略洋盆的俯冲挤压使秦岭进一步隆升,造成鄂尔多斯盆地大规模海退并转入陆相沉积环境。此后华北与杨子两大陆块碰撞拼合,秦岭持续隆升遭受剥蚀并向盆内输入大量物质。