海底冷泉（天然气渗漏）是一种广泛分布于全球的自然现象，因其与能源、生物、环境密切相关而受到地球科学家的高度关注。冷泉碳酸盐岩作为冷泉活动的产物为研究冷泉系统中流体渗漏活动的演化特征提供了绝佳的机会。本文通过对墨西哥湾Green Canyon140(GC140)冷泉区海底碳酸盐岩的分类研究首次提出了冷泉灰岩和冷泉白云岩的概念。　　 GC140冷泉灰岩很好地记录了该地区的冷泉活动历史。GC140冷泉灰岩主要有结核结壳，生物碎屑结壳和块状结壳三类。三类结壳均以高镁方解石和文石为主要矿物。另外，结核结壳含少量白云石，生物碎屑结壳含少量低镁方解石。结壳中团粒、凝块、草莓状黄铁矿和生物钻孔等沉积组构发育，且含有含量不等的有孔虫和双壳类等生物碎屑。冷泉灰岩的δ13C值变化大，为-36.1‰～5.1‰，指示了产甲烷残余CO2、海水溶解碳或热成因甲烷的混合碳源特征，而δ18O值变化较小，为1.8‰～3.5‰，大部分与现代海水氧同位素值相平衡。冷泉灰岩的稀土元素总量(∑REE)较高(13.040×10-6～71.133×10-6)，页岩标准化配分模式显示为中稀土轻微富集和Ce的轻微正异常，指示了弱还原的沉积环境。三类结壳的87Sr/86Sr为0.709162～0.709370，大部分与现代海水值相近，指示了海水源的特征。冷泉灰岩胶结的生物壳14C年龄显示该地区冷泉活动具有间歇性特征，结核结壳14C年龄为46.5ka～25.8kaBP，生物碎屑结壳14C年龄为17.6ka～11.7ka BP，块状结壳14C年龄为1.2ka BP。三类结壳之间的矿物岩石学、地球化学以及14C年龄的系统性差异揭示了该地区不同流体来源和强度的冷泉活动，结合区域地质背景发现，在小时间尺度范围内，控制该区域冷泉活动的主要因素不仅有海平面的变化，还有局部环境的影响，如深部油气藏的渗漏快慢和盐丘活动的强弱。　　 GC140白云岩的沉积环境为冷泉环境，其岩石学特征为白云石的原生沉淀提供了有力的证据。GC140块状白云岩表面发育有丰富的遗迹化石，剖面呈层圈结构，由黄褐色外层和青灰色内层组成，两个结构中穿插有形态各异的灰白色充填物。外层和内层的沉积特征相似，含有15％左右的石英等碎屑矿物和微量的黄铁矿，而灰白色充填物中碎屑矿物较少，黄铁矿含量却高达5％。外层发育有与外观同变形的毫米级细纹层，表明该白云岩可能是原生沉淀的结果。扫描电镜下观察到的与细胞分裂结构类似的半球状白云石集合体、白云石上的纳米级微孔以及草莓状黄铁矿集合体，均指示了微生物的作用。另外，该白云岩中还发育有原生白云石典型的“Knobbly”结构。XRD分析显示碳酸盐矿物为单一的白云石，MgCO3 mol％为50％，为标准的有序白云石。白云岩的δ13C值为-0.7‰～3.5‰，表明碳来源于正常海水的溶解碳或者甲烷碳与产甲烷残余CO2的混合;δ18O值为3.9‰～5.5‰，与墨西哥湾现代海水的氧同位素值相平衡;87Sr/86Sr值为0.709262～0.709321，与墨西哥湾海水的锶同位素值相当。白云岩的∑REE为13.464×10-6～18.988×10-6，页岩标准化配分模式显示轻微的Ce正异常，表明该样品形成于弱还原的沉积环境。因此，该白云岩可能与冷泉碳酸盐岩的沉积环境一致，是海底冷泉系统渗漏的甲烷和海水硫酸根经微生物作用在缺氧条件下形成的。　　 本文的研究为通过冷泉活动的产物-冷泉碳酸盐岩探讨冷泉系统流体活动过程提供了一个研究路径，对深入开展全球海底冷泉系统综合研究、探索冷泉活动的规律及控制因素、建立海底冷泉活动机制等具有重要的科学意义。冷泉系统白云石的发现与研究有望为解决”白云石问题”打开一个全新的窗口。