海洋沉积物中甲烷作为碳循环中最主要碳库之一,多以甲烷水合物的形式存在于低温高压沉积环境下。在海洋甲烷水合物失稳并释放出异常多数量甲烷的过程中（简称为“甲烷事件”）,甲烷的厌氧氧化过程会在海洋沉积物中产生一系列沉积学、元素地球化学和同位素地球化学变化,并留下相应的地质记录。同时,作为超级温室气体的甲烷也会很大程度的影响地球气候变化。在漫长的地质历史演化过程中,地球曾经历过多次大大小小的冰期-间冰期旋回,海平面的下降引起的静压力降低有可能触发多次古海洋甲烷水合物的失稳。尤其在那些重大地质历史转折期间,作为主要碳库之一的甲烷在碳循环中扮演着重要角色。厘清甲烷事件在地质历史时期的记录以及所带来的环境影响,将为我国实现“碳中和”与“碳达峰”战略目标起到“以古示今”的重要启示作用。基于此,本文通过现代海洋冷泉环境中沉积物的元素地球化学以及同位素地球化学指示标志,“将今论古”运用在“深时”地球海相地层中,探究“深时”古海洋中可能存在的甲烷事件和其所留下的地质记录。本文主要以华南地区埃迪卡拉系陡山沱组、下寒武统岩家河组和上奥陶统观音桥层等几个重要的地质历史转折期地层为研究材料,同时类比印度洋安达曼海中-晚第四纪甲烷事件,得出以下认识:1.以安达曼海中-上第四系为例,研究现代海洋甲烷事件的地质记录,通过黄铁矿微量元素变化,发现甲烷厌氧氧化（anaerobic oxidation of methane,AOM）作用下产生的黄铁矿富集Ni、Co元素。同时,δ60Ni负偏现象和δ60Ni-Ni含量之间存在显著的负相关性,表明黄铁矿中Ni、Co元素的富集很可能与AOM作用中的逆产甲烷途径有关。2.将AOM主导产生的黄铁矿富集Ni、Co这一现象类比在陡山沱组沉积地层中,发现该指标可用来指示地质历史时期的古海洋甲烷事件。3.综合分析Gaskiers冰期的现有年代学证据、冰期规模与冰期持续时间。通过对华南陡山沱组的化学蚀变指数（chemical index of alteration,CIA）研究发现,陡山沱组沉积时间内至少出现了三次气候相对变冷的时期,分别对应碳同位素变化层位EP1中上部、EN2和EN3中上部。其中,EP1的冷期对应六水碳钙石假晶产出层位,认为EN2所在层位对应该冰期。4.下寒武统岩家河组顶部N2层位的研究发现,该时期气候变冷和与其相关的海平面降低导致海底甲烷水合物失稳释放,造成了N2碳同位素负偏以及碳、氧同位素负相关性和岩家河组顶部Ni EF和Co EF升高。同时,海平面降低导致了大陆输入硫酸盐增加,在AOM作用消耗硫酸盐速度也同步增加的共同作用下,表现出CAS硫同位素升高和铬还原硫（CRS,chromium reducible sulfur）同位素降低。甲烷的释放所产生的温室效应可能是冷期结束的成因,在上覆水井沱组沉积时期气候迅速回暖,CIA显著升高。5.通过对下寒武统岩家河组顶部N2层位的碳酸盐晶格硫酸盐（CAS,carbonate associated sulfate）测试发现,即使选取黄铁矿含量小于0.5%w.t.的样品,CAS提取实验过程中仍然出现了黄铁矿氧化的现象,该现象足以影响最后CAS硫同位素测试结果。因此,本文在现有CAS提取实验步骤上认为首先应尽量选取岩心样品进行CAS测试,以避免大气次生硫酸盐（SAS,secondary atmospheric sulfate）污染;其次,为避免黄铁矿氧化带来的影响,相比前人所提到的挑选低黄铁矿含量样品外,更重要的是通过离心保证最后一次浸洗后的酸解及后续的CAS收集步骤持续时间小于4小时。6.上奥陶统观音桥层碳同位素组成表现出基质远远低于腕足壳的现象,结合上覆龙马溪组黑色页岩中灰岩夹层的低碳同位素、观音桥层顶部软沉积变形以及观音桥层纵向贯穿的方解石通道,认为上覆下志留统龙马溪组底部发生了甲烷厌氧氧化,产生了轻碳流体,由于渗透率差异,轻碳流体下渗,改造了观音桥层的碳同位素。微量元素U、Mo的解耦表明,易于迁移的U也随该成岩流体运移的作用发生了改变。综上所述,现代海底甲烷渗漏环境下所产生的地质证据由于成岩改造作用、压实作用、古海洋硫酸盐浓度水平以及黄铁矿保存程度等因素,无法完全用于鉴别古海洋中的甲烷事件。但本研究所涉及的古海洋甲烷事件所留下的地质记录包括:（1）甲烷厌氧氧化降低溶解无机碳库的碳同位素从而导致碳酸盐岩碳同位素负偏;（2）当样品氧同位素受改造较低时,会显示出甲烷水合物分解而产生的碳、氧同位素负相关性现象;（3）CAS、CRS硫同位素组成会反应出该时期硫酸盐还原作用增加;（4）由于AOM过程中的逆产甲烷作用,黄铁矿会因此富集Ni和Co,这种现象可能会在全岩中有所反应。同时,类比CIA所反应的气候变化发现这些甲烷事件往往发生在冰盛期结束并开始向暖期转变的阶段,印证了第四系研究中所提出的“甲烷水合物枪”假说,并加以扩展至“深时”地球。在未来的研究中,若通过地质历史时期古海洋甲烷事件的地质记录,结合生物与环境协同演化,将对全球正变暖的现在乃至未来的环境变化,起到意义重大的预测作用。