台湾西南部甲仙地区冷泉碳酸盐岩的稀土元素特征及其对成岩环境的示踪

At seep sites, cold seep carbonates are well-known products of the microbial oxidation of methane discharges in marine sediments. Cold seep carbonates, as a striking indicator at cold seep systems, can supply information about the evolution of seep communities, fluid discharge, fluid sources and migration paths and tectonic-sedimentary controls of seepage over geologic time. Recent work on rare earth elements (REE) in cold seep carbonates showed some progress. Taken together, all the results suggested that the potential use of REE can provide additional constraints into not only fluid composition but also redox conditions in sediments during early diagenesis. In this study, REE in Pliocene cold seep carbonates from Chiasian, southern part of the Western Foothill, southern Taiwan, including concentrations, patterns and Ce&Eu anomalies, will be used to indicate source fluid characteristics and precipitation redox conditions. Factors controlling the REE distribution in cold seep carbonates will also be studied in order to shed new light on the ancient cold seeps research.

在冷泉体系中，冷泉碳酸盐岩是海洋沉积物中甲烷缺氧氧化（AOM）的产物，也是冷泉渗漏体系的指示剂，可为渗漏系统的演化、流体来源和运移过程、以及沉积环境等提供信息。近年来，从一个新的角度，对冷泉碳酸盐岩稀土元素的研究取得了一定的进展。目前的研究主要集中在两个方面，一是示踪成岩流体的成分和来源，另一方面是用来判别氧化还原条件。本项目通过对台湾西南部上新世前陆盆地甲仙地区冷泉碳酸盐岩的稀土元素地球化学特征（包括稀土元素含量、配分模式和Ce、Eu异常等）的系统研究，示踪成岩流体组成、来源和氧化还原条件等成岩环境，分析稀土元素分布的控制因素，为古代冷泉系统的地球化学研究提供新的视角和方法。

在冷泉体系中，冷泉碳酸盐岩的流体性质和来源以及沉积环境一直是国际研究的热点。冷泉碳酸盐岩的稀土元素不仅可以示踪成岩流体的成分和来源，还可以判别氧化还原条件。本项目采集了台湾西南部上新世前陆盆地甲仙地区（牛埔和四德巷两地）的冷泉碳酸盐岩样品，系统地开展了矿物岩石学、碳氧稳定同位素和微量稀土元素的分析测试。（1）研究冷泉碳酸盐岩的矿物岩石学特征和碳氧稳定同位素以及锶同位素组成，指示其形成环境和区域，示踪流体中碳、氧和锶的来源；（2）分析冷泉碳酸盐岩的稀土元素组成特征和配分模式，示踪流体成分、性质和来源，查明稀土元素分布分的主要控制因素；（3）利用冷泉碳酸盐岩的稀土元素（Ce、Eu异常）和部分氧化还原敏感元素综合示踪渗漏体系的氧化还原沉积环境。研究结果表明，甲仙地区冷泉碳酸盐岩以铁白云石为主，可能沉淀于甲烷-硫酸盐作用界面附近。结壳和烟囱样品显示了不同的碳、氧和锶同位素特征，指示了不同的来源。稀土元素的组成特征和配分模式表明，碳酸盐岩主要形成于还原环境，这些元素的分布很可能受到了冷泉系统渗漏速率以及矿物组成的控制。