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冷泉广泛发育于大陆边缘海底，与天然气水合物资源，甲烷温室气体及极端环境的生物资源等重大问题密切相关，因此受到越来越多的关注。冷泉碳酸盐岩是冷泉活动的标志之一，对示踪冷泉流体、冷泉活动时间及探索冷泉活动的诱发因素具有重要意义。我国南海不同海域相继发现了冷泉碳酸盐岩，但是对冷泉碳酸盐岩形成的冷泉流体来源并不确定，对其形成年龄还没有系统研究，流体来源及年龄数据的缺失很大程度上限制了对南海冷泉活动的形成与演化及对海平面变化响应等的认识。本文通过U系法确定南海冷泉碳酸盐岩的形成年龄，并综合冷泉碳酸盐岩沉积岩石学及碳、氧、锶同位素等地球化学特征的研究，确定了南海北部冷泉的流体来源及活跃时间，揭示冷泉活动与天然气水合物分解之间的关系，并探讨了海平面变化对南海北部冷泉活动的诱发作用。本研究主要内容包括：
⑴全球泥盆纪到第四纪地层中均发现了代表古代冷泉活动的自生碳酸盐岩或生物化石，但鲜有在我国大陆范围内发现确切古冷泉沉积的相关报道，介绍了我国大陆境内首个确切古代冷泉沉积—西藏日喀则晚白垩世冷泉碳酸盐岩，并通过沉积岩石学和地球化学方法，确定了日喀则古冷泉的流体来源，探讨了古冷泉活动可能的诱发因素。
⑵南海北部冷泉碳酸盐岩呈结核状、烟囱状、致密块状、胶结的小结核等产状。自生碳酸盐矿物以文石、高镁方解石和白云石为主。神狐海域和东沙东北海域冷泉碳酸盐岩的δ13C值分别为-49.8‰～-38.1‰和-52.3‰～-32.6‰，表明浅层生物成因气是这二个海域冷泉流体的主要烃类来源。该二海域样品的87Sr/86Sr值(0.709172～0.709259)接近现代海水值，支持浅层生物气作为流体来源。与上述二海域不同，东沙西南海域冷泉碳酸盐岩具有相对较重的碳同位素组成（δ13C值为-18.8‰～-11.4‰，V-PDB），指示该海域冷泉烃类可能来自相对较深的热解成因气，这种认识与冷泉碳酸盐岩具相对较低87Sr/86Sr值(0.709025～0.709097)的特征是一致的。南海北部冷泉碳酸盐岩的δ18O值分布在1.4‰～5.1‰(V-PDB)，与平衡于相应当前海底温度海水中的碳酸盐矿物相比，部分样品显示了明显富集18O的特征，指示渗漏流体来源与水合物分解释放的孔隙水有关。
⑶冷泉碳酸盐岩U/Th年代学研究显示，神狐海域冷泉活动发育于距今约33.0万年前到15.2万年前，东沙东北海域渗漏活动发育于距今约7.7万年到约6.3万年前，呈现西南部海域活动时间较早，东北部海域较晚的特征。值得注意的是，绝大多数冷泉活动发育于低海面时期或海平面下降期，反映南海北部冷泉活动受全球海平面下降影响强烈。结合南海冷泉流体特征及来源、冷泉发育的一般环境特征和渗漏活动发育的时间，推测低海平面时期及海平面下降期海底静水压力降低，引起水合物稳定带变化，导致水合物分解释放大量甲烷和水，从而诱发了南海北部活跃的冷泉活动。
⑷在日喀则弧前盆地卡堆村北侧晚白垩世Turonian期深水浊流沉积地层中发现延伸数米长的似层状自生碳酸盐岩结核。这些结核主要由自生碳酸盐矿物（平均约56.2％）、石英和长石碎屑矿物（平均约27.3％）及绿泥石、伊利石和蒙脱石粘土矿物（平均约16.5％）组成。自生碳酸盐岩发育有泥微晶凝块、团块和草莓状黄铁矿等现代冷泉碳酸盐岩中常见的沉积组构。碳酸盐矿物δ13C值为-27.7‰～-4.0‰(V-PDB)。稀土元素页岩标准化配分模式Ce/Ce*值经La异常校正后显示无真Ce异常，反映形成于还原环境。这些特征表明卡堆北自生碳酸盐岩是典型的冷泉沉积，并且热成因甲烷是渗漏的重要烃源，证明晚白垩世Turonian期日喀则弧前盆地曾发育海底冷泉活动。
⑸卡堆南自生碳酸盐岩呈簇状结核、孤立结核、烟囱状及似层状产出于日喀则弧前盆地晚白垩世Cenomannian期深水浊流沉积地层中，主要由方解石（平均约63.2％）、石英和长石碎屑矿物（平均约23.2％）以及绿泥石、伊利石和蒙脱石粘土矿物（平均约13.5％）组成。自生碳酸盐岩δ13C值为-34.1‰～-12.9‰，指示甲烷氧化来源碳为主要碳源，是典型海底冷泉沉积，并且冷泉流体与热成因甲烷的渗漏有关。冷泉碳酸盐岩锶同位素比值为0.706221～0.706808，显著低于同期海水值，可能与来自较深地层的流体渗漏活动有关。冷泉碳酸盐岩具有较低的δ18O值-13.1‰～-2.2‰(V-PDB)，并广泛发育重结晶结构，反映冷泉碳酸盐岩受到沉积期后成岩流体改造，碳、氧同位素的负相关性说明成岩流体具有相对较重的碳同位素组成及较高的温度。大部分样品显示无真Ce异常特征，指示沉积于还原性环境;距簇状结核最近的孤立结核及似层状冷泉碳酸盐岩具有真Ce异常特征，Ce异常差异指示沉积环境氧化还原条件发生变化，反映了多次冷泉流体渗漏速率的突然变化，可能由冷泉活动减弱甚至间歇后的再活化所致。较短时间内渗漏活动发生多次间歇—再活化流体活动，与浊流阵发性特征类似，指示弧前盆地环境中浊流作用造成的沉积物快速加载可能是诱发卡堆南冷泉活动的重要因素。对比研究表明，古代冷泉碳酸盐岩成岩过程中发生了较强的成岩蚀变;与水合物分解释放流体有关的冷泉活动受海平面升降影响较大，而在较深水区域与较深气源有关的渗漏活动受区域构造活动影响更大。