太原西山晚古生代含煤地层是华北石炭-二叠系层型剖面所在地,具有上百年的研究历史。它位于华北克拉通中部构造带的中部,具有复杂的形成和演化历史。本文为了研究太原西山晚古生代含煤地层形成和演化的事件时间序列,选取磺厂沟、七里沟和寺沟三个剖面为研究对象。采取太原西山磺厂沟、七里沟和寺沟剖面的上古生界-下中生界标志层砂岩样品,进行锆石U-Pb定年、Lu-Hf同位素分析,锆石和磷灰石裂变径迹分析。利用碎屑锆石U-Pb定年,确定了太原组地层沉积时间不早于298Ma,结束时间不早于283Ma,为下二叠统沉积,而非上石炭统沉积;上石盒子组最大沉积年龄为266Ma;石千峰组最大沉积年龄为250Ma,为中三叠统沉积;二叠-三叠系界线位于上石盒子组内部。结合岩石学特征、锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析,通过与可能的物源区岩浆锆石特征进行对比,确定了太原西山晚古生代-早中生代物源区。太原西山晚古生代-早中生代地层早寒武纪锆石来自华北克拉通古老基底,显生宙锆石具有不同的物源区。太原组物源区为华北北缘内蒙古隆起,山西组与下石盒子组物源为内蒙古隆起和兴蒙造山带。上石盒子组和石千峰组以华北克拉通古老基底为主要物源,存在少量的来自内蒙古隆起的显生宙岩浆锆石。刘家沟组、和尚沟组和二马营组物源不但来自于华北北缘,还有大量岩浆锆石来自于兴蒙造山带,这意味着刘家沟组沉积前,华北北缘与兴蒙造山带已完成拼贴,成为华北早中生代盆地的物源区,初始拼贴可能为山西期,拼贴结束期应为石千峰期。物源区显生宙锆石反映华北北缘岩浆活动存在三个期次:230～340Ma,峰值为291Ma;365～410Ma和415～500Ma,且以峰值年龄为291Ma为最强,早古生代及晚古生代早期岩浆活动弱,意味着从华北北缘从被动大陆边缘向主动大陆边缘的转换,确定了物源区岩浆活动时限和特征,约束了盆山耦合方式。根据地层原始堆积厚度确定了太原西山太原组煤变质作用开始时间为二马营组开始沉积时间,山西组煤层煤变质时间为二马营组沉积结束时间。锆石裂变径迹数据表明,太原西山存在着181～216Ma构造热事件。太原西山煤田存在差异性热演化,前山西铭-杜儿坪一带煤级定型时间为181～216Ma,后山狐偃山侵入岩体附近煤级定型时间为130Ma左右。磷灰石裂变径迹与热史模拟结果表明,太原西山地区构造抬升阶段为50Ma以前快速抬升、50Ma～5 Ma缓慢抬升和5Ma以来急剧抬升三个阶段,与文献相关数据对比,发现吕梁山具有差异性抬升的特点,北段隆升早于中段、东翼早于西翼。