海底冷泉系统的发现无疑是近30年海底探测的重要发现之一。海底冷泉广泛地分布在各种大陆边缘，是海底一种常见的自然现象，以甲烷和水为主的流体渗漏活动可以形成以甲烷化学成分变化产生的能量为基础的化学自养生物群落。冷泉系统由于其与天然气水合物、全球环境变化以及生命起源等重大科学问题有关而成为国际科学的前沿热点之一。　　 在甲烷古细菌(methane-oxidizing Archaea，简称MOA)和硫酸盐还原细菌(Sulfatereduction bacteria，简称SRB)的共同作用下发生缺氧甲烷氧化反应(Anaerobic Oxidationof Methane，简称AOM)引起环境碱度的升高从而沉淀碳酸盐，因此冷泉碳酸盐岩是冷泉系统的重要产物，并且它作为保存渗漏系统年代信息的唯一真实“档案”，它记录了渗漏活动的演化。冷泉碳酸盐岩不仅可以揭示冷泉渗漏的微环境信息，同时对于了解全球气候变化、全球碳循环和寻找天然气水合物等也有一定的帮助。　　 本文选取了我国南海北部陆坡天然气水合物潜在区几种不同形貌的冷泉碳酸盐岩作为研究对象，通过对选取样品的形貌学、岩石学、矿物学、地球化学以及典型样品的剖面等进行研究，并与典型甲烷渗漏区的冷泉碳酸盐岩进行对比，探讨了不同类型碳酸盐岩的形成环境，并且建立了我国南海北部陆坡不同形貌冷泉碳酸盐岩的形成模式。　　 根据样品形成环境将其分为结核和胶结物两大类，并依据外貌形态、固结程度、孔隙度和颜色等几个参数进一步细分，将结核分为块状结核和短柱状结核等两类，将胶结物分为块状胶结物、烟囱状胶结物和柱状胶结物等三类。在进行了岩石学、矿物学和地球化学等研究之后，以地球化学分析测试结果为参数进行了聚类分析，结合前期分类参数，从而形成依据样品形貌、形成环境、地球化学等特点的分类标准，将选取样品分为四类：块状结核、短柱状结核、块状胶结物、厚壁烟囱状胶结物。　　 不同形貌的碳酸盐岩具有不同的结构构造。块状碳酸盐岩结核具有致密块状结构；短柱状碳酸盐岩结核具有层状结构，表面具瘤状突起；块状碳酸盐岩胶结物具有多孔结构；烟囱状碳酸盐岩胶结物具有圈层、纹层和块状等结构；柱状碳酸盐岩胶结物具有多孔结构。生物遗迹构造在除短柱状碳酸盐岩结核外的样品中都有出现，可能与短柱状碳酸盐岩结核个体较小，不适宜生物附着有关。扫描电子显微镜的分析结果显示各种形貌的碳酸盐岩均具有微孔结构，但是块状碳酸盐岩结核的微孔定向排列，其他几类样品中的微孔隙没有定向排列。　　 块状碳酸盐岩结核的主要碳酸盐矿物为白云石，同时还含有黄铁矿等自生矿物和石英、云母、钛铁矿等陆源碎屑物质；短柱状碳酸盐岩结核主要的碳酸盐矿物为菱铁矿，同时还含有针铁矿等；各类碳酸盐岩胶结物中矿物组成基本相同，但是含量不同，主要的碳酸盐矿物为方解石和高镁方解石，同时还含有长石、石英、云母等陆源碎屑物质；部分样品中还发现了文石矿物。碳酸盐岩结核中白云石和菱铁矿的出现反映了它们较深的沉积环境，可能在甲烷形成带附近。　　 矿物的微形貌研究表明，块状碳酸盐岩结核中碳酸盐矿物排列紧密，呈现不同的形貌，如纤维状、云彩状、卵状等，碳酸盐矿物由纳米级的微晶颗粒组成；块状碳酸盐岩胶结物中可见结晶程度不同的碳酸盐矿物连续生长，结晶程度较好的碳酸盐矿物具有明显的菱形结构，并具有生长纹，具有菱形雏形的碳酸盐矿物集合体也由纳米级的碳酸盐颗粒组成；烟囱状碳酸盐岩胶结物中可见各种结晶程度较好的碳酸盐晶体，如菱面柱、菱面体，碳酸盐矿物集合体呈现不同的形貌，有丝状、短柱状、卵状、球状等，均由纳米级的碳酸盐矿物组成。与甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原菌进行对比的结果显示，碳酸盐矿物与这两种微生物的形态、大小差别较大，而与各种极端环境下的纳米细菌形态类似，因此推测冷泉碳酸盐岩沉淀过程中甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原菌可能只是提供了物质基础，而其沉淀作用则与纳米细菌密切相关。　　 不同形貌碳酸盐岩的δ13C的变化范围为-25.292‰～-52.83‰，表现为一个较大的范围。碳酸盐岩结核的碳同位特征与各种碳酸盐岩胶结物的碳同位素特征明显不同，相比之下碳酸盐岩结核的δ13C较高，并且变化范围不大，在-26‰附近变化，显示了碳来源于石油烃类化合物的特征，各类碳酸盐岩胶结物的碳同位素相对较负，最负可达-52.83‰，显示了生物成因甲烷气的特征。　　 δ18O的变化范围为1.401‰～4.4‰，没有明显的特征显示其与天然气水合物分解有关，其中烟囱状碳酸盐岩胶结物具有较低的δ18O，各种分析表明倾向于贫18O的水参与了烟囱状碳酸盐岩的沉淀过程。在一些假设条件下，依据氧同位素测试数据，计算了碳酸盐岩的沉淀温度，范围在0.29～12.72℃之间，均在合理的海底环境范围之内。　　 根据测得的CO2的百分含量和CaO、MgO的百分含量估算南海北部冷泉碳酸盐岩中碳酸盐矿物的含量范围为33.4～66.5％。块状结核样品含有较高的Fe、Mg、Mn、P等元素和较低的Al、Si、K、Na、Ti等元素，而厚壁烟囱状样品含有较高的Al、Si、K、Ti、Na、P等元素和较低的Ca元素。一些微量元素的异常显示了样品所处微环境的差异，如块状结核样品具有比胶结物样品高出3-15倍的Mo，显示了其形成于还原条件更强的环境。块状碳酸盐岩结核样品稀土的配分模式呈现较为明显的左倾，重稀土相对轻稀土具有较明显的富集；而各种碳酸盐岩胶结物稀土的配分模式均显示为平坦型，表明碳酸盐岩胶结物中的稀土来源相同，而且稀土成分基本上均未出现显著分馏。所有样品的Ce异常均指示了还原的沉积环境，与多数冷泉渗漏区碳酸盐岩的稀土元素特征类似。　　 短柱状碳酸盐岩结核和烟囱状碳酸盐岩胶结物均具有明显的层状结构，反映了一定的环境变化信息。短柱状碳酸盐岩结核元素含量在各层之间变化并没有明显的规律。烟囱状碳酸盐岩的圈层内部比外部固结程度好、颜色较深、孔隙度较低，内层碳酸盐矿物含量较高，内层有白云石矿物出现，外层含有较多的“泥质”成分。稀土元素在内外层之间也没有明显的分馏效应。烟囱状碳酸盐岩胶结物的圈层结构在δ13C和δ18O变化曲线上具有明显表现。　　 我国南海北部块状碳酸盐岩胶结物与墨西哥湾碳酸盐岩、烟囱状碳酸盐岩胶结物的层状结构与黑海碳酸盐岩的层结构、块状碳酸盐岩结核和地中海的碳酸盐岩结壳具有可　　 比性，反映了它们具有沉淀碳酸盐的相似环境。　　 根据我国南海北部冷泉碳酸盐岩的岩石学、矿物学和地球化学特征，结合与典型渗漏区碳酸盐岩的对比，建立了我国南海北部各种形貌冷泉碳酸盐岩的形成模式。碳酸盐岩结核形成在较深的沉积物中，天然气水合物分解造成热解成因或混合成因的甲烷渗漏，渗漏速度较慢，同时携带有“泥质”的流体囊，沉积物中具有微裂隙。碳酸盐岩胶结物的形成环境相对较浅，生物成因甲烷为主，渗漏速度较快，沉积物中具有尺度不一的裂隙，流体渗漏时携带有一定量的“泥质”成分。　　 经过近30年的研究，人们对冷泉碳酸盐岩的分布、岩石学、矿物学及地球化学等特征有了一定的了解和认识，但是由于冷泉碳酸盐岩和甲烷渗漏系统的复杂性，以及出现冷泉系统地质背景的复杂性，人们对有关冷泉碳酸盐岩认识还不够。冷泉碳酸盐岩与天然气水合物的关系、冷泉碳酸盐岩沉淀过程中的微生物地质作用和冷泉碳酸盐岩的年代地层学研究是今后值得进一步关注的研究方向。　　 本研究不仅丰富了我国南海北部的冷泉碳酸盐岩研究，同时也有助于在我国南海寻找新的天然气水化物资源远景，对于南海的古海洋学研究也有一定的贡献。