晚古生代（泥盆-石炭纪）是南天山造山带沉积-构造演化的关键转折期，期间南天山洋发生了洋盆俯冲-闭合构造事件，但迄今诸如南天山洋盆属性、俯冲极性、塔里木北缘的大陆边缘性质和碰撞闭合时间等关键科学问题皆具有较大的争议。前人的工作主要集中于构造变形、结晶岩地球化学及年代学等记录，缺少对构造活动较为敏感的沉积记录的精细研究。本文在梳理西南天山泥盆-石炭纪等时地层格架和沉积格架基础上，以泥盆-石炭纪沉积记录尤其是碎屑岩研究为载体，重点解剖了东、西两个泥盆-石炭纪代表性剖面的碎屑物源体系，由此综合讨论南天山及其塔里木北缘在晚古生代的构造演化过程。论文获得的主要认识如下:　　在西南天山东部大山口-策达雅地区，泥盆系-下石炭统维宪阶萨阿尔明组发育垮塌角砾岩、浊积岩等深水沉积，其砂岩重矿物组合分异较大，不稳定组分发育，区域可与含放射虫硅质岩层系对比，为洋盆沉积纪录;碎屑锆石U-Pb年龄主要集中在381～495Ma(峰值为407Ma和429Ma)，样品与塔里木北缘的志留-泥盆纪岛弧岩浆岩的锆石年龄和εHf(t)值基本吻合，表明了萨阿尔明组碎屑与塔里木北缘的志留-泥盆纪岛弧岩浆岩的源-汇关系。下石炭统维宪阶中上部至上石炭统，发育陆棚-局限台地-台地相-台缘斜坡相沉积组合，碎屑成分成熟度明显提高，其中下石炭统野云沟组碎屑锆石年龄主要集中在536～676Ma（峰值为617Ma和655Ma），锆石的εHf(t)值皆为负值，对比研究表明其接受了来自塔里木北缘与“泛非”造山事件有关的岩浆岩和中-低级变质岩物源，可能与洋盆闭合引起的塔里木北缘基底隆升剥蚀有关。上石炭统陆棚相砂岩碎屑以稳定陆块及再旋回造山带物源为主，重矿物组合中稳定矿物约占85-90％，碎屑电气石化学组分也显示来自富铝的变质泥岩和变质砂岩增多，说明来自稳定陆块的成分增多;碎屑锆石记录了以390～490Ma占明显优势的古生代年龄，多为再旋回沉积物源。综合分析认为维宪期以后南天山洋已经闭合但直到石炭纪末造山并不显著。　　在西南天山西部阿合奇-乌什地区，泥盆系-下石炭统维宪阶艾克提克群发育放射虫硅质岩、碱性玄武岩和浊积岩等典型深水洋盆沉积，其砂岩重矿物组合中稳定矿物占90％以上，也反映再旋回沉积特征;碎屑锆石主要记录了407～485Ma、743～873Ma、929～987Ma和1797～2050Ma4期构造-热事件，前寒武纪和古生代年龄分别占58％和42％，综合分析认为其物源主要是来自遥远的阿尔金造山带及塔里木盆地古隆起沉积盖层。而下石炭统维宪阶-下二叠统发育河流相-陆棚相-台地相为主的稳定沉积，碎屑组分统计显示再旋回造山带物源属性，重矿物组合中稳定矿物约占94-100％，至上石炭统-下二叠统，还出现以石榴子石为代表的高级变质岩基底剥露源区，说明南天山洋已闭合;综合分析认为该地区下石炭统-下二叠统主要来自塔里木克拉通内的再旋回沉积物源，而上石炭统-下二叠统中碎屑石榴子石的出现则可能与塔里木克拉通内的深剥露有关。在下石炭统维宪阶前后物源的变迁，主要是由于塔里木西北缘洋盆闭合导致西北缘进一步隆升，阻挡了直接来自北阿尔金造山带的物源引起的。　　西南天山东部志留-泥盆纪南天山洋向南俯冲，在塔里木北缘形成岛弧岩浆岩;早石炭世维宪期，洋盆闭合，但由于南天山洋持续俯冲使得塔里木北缘与“泛非”造山事件有关的岩石记录在洋盆闭合后出露地表并接受短暂剥蚀，为早石炭世野云沟组提供物源，而晚石炭世塔里木板块向北俯冲，塔里木东北缘开始沉降，上石炭统接受来自塔里木盆地内的再旋回沉积物源。西南天山西部泥盆纪-早石炭世维宪早期，南天山洋向北俯冲，塔里木北缘与深水洋盆接受远源再旋回造山带与塔里木块体的再旋回沉积物源;至早石炭世维宪期后，洋盆闭合，塔里木西北缘接受塔里木克拉通再选回沉积物源，至晚石炭世-早二叠世，开始接受塔里木陆块深剥露物源。源-汇综合对比与构造意义研究显示，泥盆纪-早石炭世维宪期，塔里木北缘东、西部不同的构造演化过程反映了塔里木北缘大陆边缘性质可能存在差异，东部地区可能为主动大陆边缘，而西部地区则可能为被动大陆边缘，这一演化差异与目前在塔里木北缘发现的结晶岩和变质岩记录相吻合。早石炭世维宪期以后南天山洋已经闭合，但直到石炭纪末造山并不显著。