泥盆纪是晚古生代第一个纪，开始时间距今410Ma，结束时间距今354Ma。泥盆纪处于加里东期向海西一印支期转折的重要时期，与早古生代后期的挤压隆升不同，中国大部分地区(尤其是华南及邻区)处于伸展的构造体制下。华北主体仍为剥蚀的古陆，仅在边缘零星出露泥盆系；华南泥盆系出露完整，化石丰富，沉积类型多样。
华南地区
1．滇、黔、桂地区的浅海沉积
广西桂林柳州间的综合剖面可代表此区沉积特点，其岩性及化石如下所述。
上覆地层：下石炭统。
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上泥盆统：
融县组：灰黑色石灰岩夹白云质灰岩。含帐幕石燕、云南贝。575m。
榴江组：上部为浅灰色扁豆状灰岩，下部为
灰黑色硅质岩。含尖棱角石、化
石。414m。
中泥盆统：
东岗岭组：上部为灰黑色石灰岩夹泥灰岩，下部灰绿色页岩夹石灰岩。含鹗头贝、{
珊瑚、杯珊瑚。420m。
应堂组：中上部为深灰色
生物碎屑灰岩，下部为青灰色、黄色泥页岩。合巅石燕、奇彳
燕、鸟塔拉珊瑚。218m。
下泥盆统：
四排组：深灰色生物灰岩、白云岩和泥岩。含阔石燕、耳石燕、卓珊瑚。700m。
郁江组：灰绿、紫红色泥页岩、粉砂岩夹生物灰岩。含双腹扭形贝、巅石燕、拖鞋珊瑚、异内沟珊瑚。454m。
那高岭组：灰绿色泥岩夹石灰岩，上部细砂岩为主。含东方石燕、鱼脊珊瑚。178m。
莲花山组：紫红色砂岩为主，上部夹紫红色泥岩，中、下部为砾状砂岩。含盔甲鱼、丑
洲鱼。340m。
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下伏地层：下古生界变质变形岩系。
桂北泥盆系地层较全，厚度较大，化石丰富，研究详细，划分明确，是华南泥盆系的标准剖面，也是中国泥盆系建阶的基础剖面。桂北泥盆系总厚度3299m左右，以浅海沉积岩为主。根据岩性、化石、沉积旋回和不整合面，可将其划分为三统八组，自下而上是：下泥盆统的莲花山组、那高岭组、郁江组、四排组；中泥盆统的应堂组、东岗岭组；上泥盆统的榴江组和融县组。下泥盆统与下伏变质变形的下古生界呈角度不整合接触，是桂北在志留纪后期经历了广西运动后重新下降接受沉积形成的。上泥盆统与上覆下石炭统地层呈平行不整合接触，是泥盆纪末期桂北平稳上升沉积间断形成的。桂北泥盆系可以划分两个沉积旋回。莲花山期，桂北古陆平稳下降，在变质变形的下古生界之上沉积了一套紫红色陆相碎屑岩沉积，下粗上细，具后期磨拉石特征，含鱼类化石，属半干旱气候环境条件下的山间或山前盆地堆积；由下而上碎屑由粗变细，上部夹红色泥岩，含腕足类化石，说明地形逐渐夷平，后期有海水侵入。那高岭组以浅海相灰绿色泥岩为主，含丰富的腕足、珊瑚等化石，代表桂北第一次较大的海侵。那高岭组上部的细砂岩代表地壳回升，海水变浅。莲花山一那高岭期地壳下降，发生海侵，到那高岭后期地壳上升，海水变浅，形成第一个沉积旋回：砾状砂岩一砂岩夹泥岩一泥岩夹石灰岩～砂岩。那高岭后期的海退不仅使那高岭组上部砂岩变粗，而且使郁江组底部出现滨海沼泽砂泥岩沉积，含原始鳞木化石。郁江组中、上部以浅海砂泥岩为主，代表桂北二次下降，海侵开始。四排组石灰岩明显增多，泥岩相对减少，表明海水加深，海域扩大。中泥盆统以浅海相灰岩、泥页岩为主，上泥盆统以石灰岩为主，说明早泥盆世末期上升，发生海退，沉积间断，形成第二个沉积旋回：砂泥岩一石灰岩一石灰岩、泥页岩一石灰岩
对桂北泥盆系的分析可以看到，由于广西运动，泥盆纪初期桂北地形高差仍然比较大；经过早泥盆世的侵蚀，地形趋于平坦，海侵也逐渐扩大。由于浅海区气候温暖，海生
无脊椎动物繁盛，因此桂北泥盆系中含丰富的
动物化石。由于滇、黔、桂地区在泥盆纪以稳定浅海环境为主，“象州型”浅海相泥盆系分布较广，沉积物以碳酸盐岩为主。在桂西和滇东南存在一种“南丹型”泥盆系，沉积呈北北东或北西向带状分布，明显受同沉积断裂控制。“南丹型”泥盆系以桂西北罗富剖面为代表，下泥盆统下部莲花山组和益兰组以碎屑岩为主，产腕足类、珊瑚类等浅海
生物化石，说明此时沉积差异还不明显；下泥盆统上部塘丁组是暗色泥岩，只含竹节石等深水游泳生物，说明同沉积拉张裂陷开始，出现沉积差异。中、上泥盆统均以黑色泥岩、泥灰岩
和硅质岩为主，含菊石、竹节石等化石，是典型的深水滞流底部缺氧的裂谷沉积。
2．川鄂、湘赣地区的泥盆系
志留纪后期的
加里东运动使川东、鄂西一带上升成陆。这一带在早泥盆世仍是一古陆剥蚀区，缺失下泥盆统地层。至中、晚泥盆世，本区下降，遭受海侵，沉积海相和海陆交互相的中、上泥盆统。湘中地区中、上泥盆统发育较好，尤其上泥盆统化石丰富，研究详细，是我国上泥盆统划分对比标准。湘中泥盆系剖面如下：
上覆地层：下石炭统岩关阶。
上泥盆统：
锡矿山组：顶部砂岩，中上部为石灰岩夹赤铁矿，下部为页岩。含云南贝、小云南贝、
帐幕石燕、弓石燕及亚鳞木。190～380m。
余田桥组：上部为石灰岩，下部为页岩。含帐幕石燕、假内沟珊瑚及尖棱角石。
150～770m。
中泥盆统：
棋子桥组：石灰岩、泥灰岩夹页岩。含鹗头贝、无洞贝。180—586m。
跳马涧组：石英砾岩、石英砂岩。含沟鳞鱼、原始鳞木、裸蕨。40—220m。
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下伏地层：下志留统周家溪群。
湘中泥盆系只发育中、上统地层，与下伏下志留统周家溪群呈角度不整合接触，与上覆下石炭统呈平行不整合接触，总厚度190～2406m。根据岩性、化石、不整合、沉积旋回，可将其划分中、上两个统和四个组。中泥盆统下部跳马涧组以山麓砾岩、砂岩为主，砾石的磨圆度和分选性都比较差，具陆相后期磨拉石特点，岩性和厚度横向变化较大。中泥盆世后期，湘中开始海侵，并一直持续到晚泥盆世。因此，中泥盆统上部的棋子桥组、上泥盆统的余田桥组和锡矿山组以浅海相石灰岩、页岩为主，含丰富的海生
无脊椎动物化石。晚泥盆世后期湘中上升，发生海退，沉积间断，锡矿山组顶部出现海陆交互相地层，含
植物化石。从上述剖面的岩相变化可以看出，中、晚泥盆世，湘中经历了一次地壳下降一上升、海侵一海退演变过程，形成了一个完整的沉积旋回：跳马涧组砂砾岩一棋子桥组、佘田桥组、锡矿山组石灰岩、页岩一锡矿山组顶部砂岩。沉积物自下而上由粗变细说明地形逐渐夷平，丰富的海生无脊椎动物化石说明气候温暖，而顶部的平行不整合面则说明中、晚泥盆世湘中地壳是相对稳定的。泥盆纪末期湘中地壳上升，发生海退，沉积间断。
其他地区
1．天山一兴安区
该区指天山一阴山以北地区，包括新疆北天山、东西准噶尔、阿尔泰山、甘肃北山、内蒙古和东北北部等地区。其中，新疆西准噶尔和博克多山、内蒙古东乌珠心旗、东北大小兴安岭等处的泥盆系发育较好。这些地区地层间的接触关系多为不整合和沉积间断，主要岩性为海相
陆源碎屑岩、中基性和中酸性火山岩、
火山碎屑岩，局部地区发育礁灰岩和中深变质岩。该区泥盆系在西部新疆及北山一带厚度较大，多数在万米左右；在东北北部厚度较小，一般在4000m以下，生物群以底栖固着类型为主。
西部新疆地区的泥盆系以博克多山为代表。此区下统称大南湖组，为凝灰岩、火山碎屑岩及砂岩，含巅石燕、孔珊瑚及三叶虫，厚度9873m；中统称头苏泉组，为中酸性火山岩及火山碎屑岩，含原始鳞木、扇房贝，厚度为1712m；上统为灰绿色硬砂岩，含薄皮木，厚度不详。
2．塔里木一祁连山地区
本地区泥盆系出露局限，在祁连山区属陆相山前盆地或山间盆地堆积，以北祁连山前带发育较好，该地泥盆系中、下统为雪山群，产镰木、带蕨等；上统称沙流水群，产薄皮木。总的岩性特点为紫红色砂岩、粉砂岩夹泥岩和砾岩，厚1000～4500m。
本区西端塔里木地台北缘出现稳定类型的中、上泥盆统海相、滨海相沉积，不整合于下志留统
柯坪塔格组之上，由红色砂岩、粉砂岩及白云岩组成，偶含岩盐，厚600—1200m。地台南缘铁克里地区也有泥盆系发育，下统为红色砂岩、粉砂岩和泥岩沉积，中统为海相含珊瑚灰岩，上统则为含薄皮木和基性火山岩的陆相沉积。位于祁连山以东的广大华北～东北南部地区泥翁系完伞缺失。
矿产资源
中国北部在广西运动以后最重要的变化是祁连山地槽褶皱成山，使华北地台、
塔里木地台、柴达木地块连成一片大陆，在新褶皱山系的山前及山间坳陷中有巨厚的山麓堆积。在南方重要的改变是：东南加里东褶皱区的形成以及扬子地台主体升出海面；早泥盆世海域范围主要限于西南滇、黔、桂、)llJL地区；中、晚泥盆世海侵虽明显向东超覆，但也仅止于湘赣交境，扬子地台仅局部有所波及，主体部分仍然保持剥蚀状态，再向东的苏、浙、皖、闽、赣等地区也始终为古陆隆起，低凹处仅见河湖碎屑沉积。北部天山一内蒙古一兴安活动区泥盆系分布广泛；当时准噶尔地块和松辽地块都是剥蚀区，此区泥盆纪的共同特点是有强烈的海底火山喷发。值得注意的是内蒙古一兴安区，大致沿西拉木伦河经苏尼特右旗至国境有一巨大断裂带，泥盆纪此断裂带南北生物群差异显著，故此带很可能代表南北两个陆块之间的海域消减带。泥盆纪的大西南地区实为古地中海地槽的东延部分，其古地理特点为下陷地槽和中间地块相互间列。
我国泥盆纪沉积矿产比较丰富，金属矿产有铁、锰，
非金属矿产有磷、石灰石及玻璃原料等。
铁矿主要分布于华南，如湖南、湖北、江西、广西、广东、贵州、四川、云南、陕西和河南等地。矿床类型为铁矿及菱铁矿，其中有的可达到工业价值。主要层位有下泥盆统顶部、中泥盆统中部、上泥盆统余田桥组下部及锡矿山组中部。铁质来源于江南古陆。
锰矿主要分布于广西境内。矿床类型主要为
碳酸锰矿床。
氧化锰矿床为原生沉积矿床次生富集形成。锰质来源于江南古陆。
磷矿主要分布于广西的西南部。仅有两个层位对磷矿沉积有利，即下泥盆统塘丁组及中泥盆统纳标组。磷矿严格受硅质岩相的控制。