横亘于我国东部地区的大别造山带,是中央造山带的重要组成部分,出露大规模的高压-超高压变质岩,为国际上大陆深俯冲和超高压变质岩研究的经典区域。通过几十年的研究,目前已经在大陆深俯冲、陆陆碰撞、超高压变质岩的折返、盆山耦合等方面取得了一系列成果。但是,对于大别造山带古生代的构造演化历史尚缺乏比较深入的研究,对古生代的古构造和古地理的认识还不够深入,观点上也还存在争议。北淮阳地区石炭系作为大别山北缘古生代唯一未变质或轻微变质的沉积地层,记录了造山带古生代盆地的发展历史、沉积环境和古地理特征,记录了物源区信息以及造山带古生代的构造演化过程。本文通过详细的野外地质调查,综合运用岩相学、岩石学、重矿物、地球化学和碎屑锆石年代学方法,对大别山北缘石炭系碎屑岩进行了系统的沉积环境、沉积相和物源分析,建立和恢复北淮阳地区古生代的构造古地理格局,并在此基础上对大别造山带古生代的演化模式提供制约。研究区石炭系总厚度约为2400m,分为上、下统,下石炭统包括花园墙组、杨山组和道人冲组；上石炭统包括胡油坊组、杨小庄组和双石头组。花园墙组主要由碎屑岩组成,出露于河南段集柳林湾一带,具有晚泥盆世色彩,未见底,厚度大于337m；杨山组以粗碎屑岩为主并含多套煤层,出露于杨山煤矿及段集石门口等地区,与花园墙组不整合接触,厚度约367m；道人冲组主要由碎屑岩和少量碳酸盐岩组成,出露于段集二道河和道人冲地区,含多种海相生物化石,厚度约为428m；上统胡油坊组主要为细碎屑岩,分布范围最广,分为东西两侧,西侧分布于汪桥-郭窑一带,东侧主要分布于雷店子-五尖山地区,含植物化石,多与上覆地层不整合接触,厚度超过770m；杨小庄组主要为碎屑岩并夹少量煤层,分布于商城王坳和苏仙石等地,含劣质煤层。双石头组主要由碎屑岩和碳酸盐岩组成,出露于商城王坳地区,上部发生大理岩化,未见顶,与下伏杨小庄组呈不整合接触,厚度约为300m。根据研究区石炭系岩石组合类型和沉积特征,共划分出16种岩相类型,分别为基质支撑块状砾岩相、基质支撑层状砾岩相、碎屑支撑块状砾岩相、碎屑支撑层状砾岩相、层状砾岩相、塌积角砾岩相、板状交错层砂岩相、水平层状砂岩、粒序砂岩相、沙纹状细砂岩相、低角度交错层砂岩相、冲槽充填砂岩相、火焰状构造泥岩粉砂岩相、层状泥岩粉砂岩相、似球状泥质粉砂岩相和煤层等非碎屑岩相。综合各类相标志将研究区划分出11种沉积相和6类沉积体系,包括冲积扇相、扇三角洲相、辫状河道三角洲相、淡水湖泊相、湖泊三角洲相、深水浊积扇相、砾质辫状河相、砂质辫状河相、障壁型滨岸相、无障壁型滨岸相和混积台地相,它们分别隶属于冲积扇沉积体系、三角洲沉积体系、湖泊沉积体系、河流沉积体系、碎屑滨岸沉积体系和滨浅海沉积体系。并在杨山组首次发现了砂坝沉积。粒度分析和砾石组构分析反映石炭系各组具有不同的沉积环境特征,根据沉积相组合特征提出3种沉积模式,分别为无障壁海岸-滨浅海局限台地沉积模式、冲积扇-扇三角洲-潮坪泻湖滨岸沉积模式、河流-三角洲-湖泊-深水浊积扇沉积模式。石炭纪早期和晚期古地理构造格局发生改变,出现两个不同阶段的沉积演化。早石炭世花园墙组为浅海-滨浅海沉积,后期受早海西期构造运动影响,整体抬升,并由滨浅海逐渐转变为杨山组海陆过渡相,且发育有磨拉石建造及含煤沉积；早石炭世晚期道人冲组发生短期大规模海侵,为滨浅海沉积,海相化石种类与秦岭-祁连地区相似；晚石炭世胡油坊组受拉张构造背景影响,发生大规模区域性裂陷,多发育山间断陷湖盆和深水浊积扇沉积；杨小庄组为海陆过渡沉积并含煤层,与华北南部晚古生代海侵成煤特征相似；至晚期双石头组遭受大规模海侵,由早期碎屑滨浅海沉积转变为局限碳酸盐岩台地沉积。石炭纪整体经历了由海相→海陆过渡→海相→陆相→海陆过渡→海相的沉积演化过程。沉积环境演化及古生物特征指示北淮阳地区与华南及华北地区在石炭纪已经连为一体,且海域相通,处于同一个生物区系范围内,中间不存在分隔性大洋。砂岩碎屑组分、重矿物组分特征及地球化学特征显示石炭系物源类型主要包括：沉积岩、低级变质岩和酸性岩浆岩,主要来源于稳定克拉通边缘、再旋回造山带、变质基底和岩浆弧。杨山组砾岩的碳酸盐岩砾石中含有安徽日射珊瑚比较种Heloilites cf.Anhuiensis、晚奥陶世牙形石化石Panderodus gracilis Branson etMehl.、志留纪-泥盆纪介形类Kirkbyella sp.；胡油坊组砾岩的砾石成分主要为沉积岩和变质岩,表明物源主要为扬子陆块早古生代沉积地层,以及变质结晶基底和中酸性侵入岩。微量元素地球化学特征反映石炭系物源区源岩为大陆岛弧构造背景,与秦岭早古生代岛弧属性相近。石炭系6个砂岩样品(392颗碎屑锆石)分析表明,砂岩碎屑锆石年龄组成主要包括三部分,其中峰值为400～485Ma属于早古生代年龄(约60%),部分为900-1000Ma的中新元古代年龄(约30%),及少量1800-2300Ma的古元古代年龄(少于10%),反映其物源组成主要来自北秦岭中古生代的岛弧,以及扬子中新元古代基底,少量来自古元古代基底。综合各类物源分析结果,研究区石炭系物源主要来自扬子早古生代沉积盖层、北秦岭中古生代的岛弧、扬子中新元古代基底,少量来自古元古代的变质基底。但是,砂岩碎屑锆石年龄组成表明,晚石炭世末期物源区发生明显变化,双石头组碎屑岩物源主要为扬子中新元古代基底,缺失北秦岭中古生代的岛弧物源。这些表明北淮阳地区石炭系早期物源以早古生代地质体为主,其次为中新元古代基底,末期仅以扬子中新元古代基底为主。古水流分析指示沉积物主要来自西南方向。锆石微量元素和稀土元素特征显示,研究区石炭系碎屑锆石的U/Yb平均值为1.61,指示物源区地质体均为陆壳来源,未发现洋壳物质,暗示大别山地区早古生代不一定存在洋盆,这不同于秦岭造山带。