南海冷泉碳酸盐岩U系定年：天然气水合物分解释放甲烷的时间及其与古海平面变化之间的关系

冷泉碳酸盐岩是冷泉渗漏活动的标志之一，也是天然气水合物可能存在的重要证据。因此，了解其形成的确切年代具有重要意义。我国南海不同海域相继发现了冷泉碳酸盐岩，目前对这些特殊沉积的岩石学及地球化学等基本特征已经有了比较清晰的认识。然而，对冷泉碳酸盐岩形成的年龄还没有系统研究。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、深部生物地球化学过程和演变、及对海平面变化响应等的认识。作为冷泉渗漏活动的产物"冷泉碳酸盐岩"为研究冷泉系统流体渗漏活动演化历史提供了绝佳的机会。本项目拟通过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矿物、岩石、同位素及元素地球化学特征的研究，探索冷泉活动演化历史，揭示冷泉活动与天然气水合物分解释放甲烷事件的关系，确定冷泉渗漏活动的强度是否受海平面变化的控制，深入认识南海北部冷泉演化历史及控制机制，为我国海域冷泉系统调查研究提供思路。

项目通过U系法确定了南海北部神狐海域、东沙东北和东沙西南海域采集的冷泉碳酸盐岩的形成年龄，综合碳酸盐岩的矿物、岩石和同位素特征研究，系统的揭示了南海北部冷泉活动演化历史及控制机制。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渗漏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），指示该海域冷泉渗漏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。冷泉碳酸盐岩U/Th 年代学研究显示，神狐海域冷泉渗漏活动发育于距今约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，绝大多数冷泉渗漏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，导致水合物大规模分解释放大量甲烷和水，从而诱发了南海北部活跃的冷泉渗漏活动。