冷泉是一种富甲烷流体快速渗漏到海底,并产生一系列生物地球化学反应的环境。在这类环境中发生的与碳相关的生物地球化学反应主要为有机质硫酸盐还原、产甲烷作用、甲烷缺氧氧化、自生碳酸盐岩沉淀。这些生物地球化学过程对于全球碳封存、营养元素循环、气候变化和生命演变影响重大。本文通过采集南海神狐、东沙、琼东南、北康盆地112个站位的沉积物孔隙水数据,结合孔隙水地球化学分析、数值模拟,旨在探讨南海各冷泉区域碳周转速率分布及总体碳转化状况。同时,结合海洋四号沉积体的沉积物特征和孔隙水模拟结果,探讨甲烷的渗漏模式。根据反距离权重空间插值,获得神狐、东沙、琼东南三个区域生物地球化学反应速率的空间分布。神狐地区有机质降解速率呈现明显北西-南东走向,而甲烷缺氧氧化速率和自生碳酸盐岩沉淀速率呈现微弱的北西-南东走向。这种分布趋势主要受到神狐地区峡谷-脊交替的地形特征影响。东沙有机质降解呈现明显东高西低趋势,东部高的有机质降解速率主要受黑潮或台湾陆源输入影响。东沙东部高甲烷缺氧氧化速率主要受到主动大陆边缘和更多甲烷来源途径的影响。东沙地区自生碳酸盐岩沉淀速率分布和甲烷缺氧氧化分布类似,也呈现东高西低的趋势。琼东南地区有机质降解速率呈现南高北低的趋势,这种分布趋势与有机质的来源和迁移历史相关。琼东南北部的甲烷缺氧氧化速率和自生碳酸盐岩沉淀速率高于南部,这种分布趋势的原因为北部气烟囱、断层、泥底辟等构造为浅表层沉积物提供了充足甲烷气源。综合所有计算结果,有机质降解速率、甲烷缺氧氧化速率和溶解无机碳溢出通量在各冷泉区域的比较趋势为东沙>北康>琼东南>神狐。有机质降解速率的比较趋势主要受有机质来源、沉积速率、黏土矿物组合等影响。甲烷缺氧氧化速率和溶解无机碳溢出通量的比较趋势主要和水合物分解或气泡溶解所提供的甲烷有关。自生碳酸盐岩沉淀速率在四个研究海域相差不大,其中琼东南的沉淀速率稍高于其他3个区域,目前认为这与所采用的沉淀速率常数有关。溶解甲烷溢出通量计算结果显示,琼东南>东沙>北康盆地>神狐。与世界上主要的几个冷泉区的生物地球化学反应速率和碳溢出通量比较,本次研究的南海四个海区的碳溢出通量和生物地球化学反应速率总体和被动大陆边缘冷泉区一致。根据海洋四号沉积体岩相分析,两个采集的沉积物柱状样中包含多段浊流沉积。结合该地沉积物中碳酸盐岩含量和地震图像证据,海洋四号沉积体可能为块状搬运沉积体。本地区孔隙水离子剖面存在非局部属于特征,这种特征表现为表层孔隙水离子浓度值和海水中离子浓度值接近。综合分析多种离子剖面数据,推测形成这种特征的原因为甲烷瞬态渗漏。通过孔隙水非稳态数值模拟,结果显示两个站位中甲烷渗漏事件大约分别发生在160年和200年前,流体对流速度分别为5 cm yr-1和3 cm yr-1。根据冷泉生物和表层水合物的分布,可以推断甲烷有可能在中心渗漏遭遇封堵之后会向周边站位渗漏。