大陆边缘海底广泛发育以甲烷为主的冷泉烃类渗漏活动，这些流体活动直接促使了一系列独特的生物地球化学过程的进行，并由此导致在海底形成地球化学异常的自生碳酸盐岩、孔隙水和沉积物。冷泉区孔隙水直接记录了正在进行的与甲烷相关的生物地球化学过程，冷泉区沉积物则记录了过去甲烷渗漏活动的相关特征，而冷泉碳酸盐岩作为甲烷渗漏的直接产物则是研究过去冷泉流体性质和渗漏活动历史的绝佳载体。尽管对冷泉系统生物地球化学相关的研究在不断深入，但目前对于该系统中诸多元素的循环和异常的机制并不清楚，同时也需要更多研究手段来指示冷泉活动特征及其与水合物的分解和构造活动之间的关系，这些问题的解决有赖于选择合适的研究载体和研究手段来进行。　　本文主要以全球典型冷泉发育区被动大陆边缘的刚果扇麻坑区、弧后海盆黑海渗漏点、边缘海墨西哥湾渗漏点AC645、Bush Hill和泥火山区GB425的自生碳酸盐岩，以及边缘海南海冷泉和水合物发育区东沙海域的柱状沉积物和孔隙水为研究对象，分别开展了元素地球化学和同位素地球化学研究，并结合穆斯堡尔谱和粒度分析等手段，旨在探讨和确认某些微量元素在不同构造背景海底冷泉活动过程中的异常富集机制及它们对甲烷渗漏活动的响应特征，重建过去流体渗漏活动特征及氧化还原条件的变化，识别南海东沙海域冷泉和水合物发育区与甲烷渗漏相关的地球化学信号，揭示该研究区内的生物地球化学过程和甲烷渗漏活动特征及它们与水合物分解和构造活动之间的关系。　　对刚果扇麻坑区和墨西哥湾渗漏点AC645和泥火山区GB425的冷泉碳酸盐岩进行了5％醋酸可溶相的稀土元素和全岩主量和微量元素分析。结果显示AC645、GB425、刚果扇碳酸盐岩样品中ΣREE平均含量依次升高，且依次显示负Ce异常、无Ce异常、正Ce异常特征。刚果扇样品Mo强烈富集及高(Mo/U)auth值表明碳酸盐岩形成于与间歇性甲烷渗漏耦合的富硫化氢环境。AC645样品无Mo的富集及低的(Mo/U)auth值指示了样品中负Ce异常可能是由短暂性氧化引起。而GB425样品(Mo/U)auth值具有较大的变化范围，可能与泥火山区复杂多变的环境有关。此外，GB425泥火山区自生碳酸盐岩出现强烈的Mo、As、Sb富集，并且As的富集系数（AsEF）和自生富集的Fe(Fe/Al)显示出很好的线性关系，表明铁、锰物质在海水中吸收和搬运这些微量元素的过程中起到到关键作用。结合前人在泥火山区孔隙流体、沉积物中也出现Mo、As、Sb富集的现象，可推断出海底泥火山这种构造微环境可能是富集这些微量元素的潜在场所。　　通过典型冷泉发育区自生碳酸盐岩中穆斯堡尔谱及Fe含量分析，用来重建过去的氧化还原条件变化和流体渗漏活动特征。刚果扇冷泉碳酸盐岩具有较小的同质异能位移和四级漂移及相对较高的铁含量。墨西哥湾Bush Hill冷泉碳酸盐岩具有多样化的穆斯堡尔谱及铁含量特征。黑海冷泉碳酸盐岩穆斯堡尔谱分析中没有出现吸收峰，并且样品中总铁和自生铁含量很低。穆斯堡尔谱及Fe含量确定的铁的化学种分析表明(1)刚果扇碳冷泉酸盐岩形成于硫化的环境中;(2)墨西哥湾Bush Hill冷泉碳酸盐岩的形成环境复杂多变，从氧化、次氧化变化到缺氧环境，甚至产甲烷带中;(3)黑海冷泉碳酸盐岩中低铁含量可能是由于黑海特殊的海水分层特征或者次氧化条件引起。研究表明铁的化学种能对冷泉碳酸盐岩整个形成过程中的各种氧化还原条件进行有效的限定。穆斯堡尔谱研究手段，特别是与氧化还原敏感元素相结合时，不仅能够有效示踪冷泉中多变的氧化还原环境，还有望用于其他海洋环境中古环境的重建。　　南海东沙海域冷泉和水合物发育区孔隙水SO42-浓度变化趋势、δ13CDIC值及(ΔDIC+ΔCa2++ΔMg2+)/ΔSO42-比值显示柱样D-8硫酸盐消耗主要与有机质的硫酸盐还原(OSR)有关，而柱样D-5、D-7、D-F的硫酸盐消耗除与OSR有关外，还与甲烷的缺氧氧化(AOM)密切相关。D-5、D-7、D-F柱样孔隙水的Ca2+浓度均随深度明显降低，而Mg2+浓度略微降低，主要与自生碳酸盐矿物沉淀有关。Mg/Ca和Sr/Ca随深度变化表明正在形成的自生碳酸盐矿物主要为高镁方解石。D-F柱样AOM作用最为强烈，根据孔隙水硫酸根浓度梯度外推计算的硫酸根-甲烷界面(SMI)埋深约7m，甲烷向上扩散的通量约为0.035 mol·m-2·yr-1。四根柱样孔隙水U含量随深度变化表明U含量在浅表层铁锰氧化还原带已经降到很低浓度，受AOM影响有限。四根柱样孔隙水Mo随深度变化特征显示AOM作用控制的向下硫酸盐通量直接控制Mo从孔隙水中清除的通量，表明冷泉环境在全球海洋Mo地球化学循环过程中是一个重要的潜在汇。　　南海东沙海域三根柱状样（D-8、D-F和D-7）中孔隙水和沉积物记录的AOM信号不一致，反映了研究区甲烷渗漏活动随时间的强弱变化。粒度分析和AMS14C结果表明柱状样D-7中的13C极端亏损的自生碳酸盐岩是原位甲烷渗漏活动的产物。D-7中1.5 m-2.0 m段内发育的自生碳酸盐岩、高的S/C比值特征可能反映了一次持续时间较短的甲烷渗漏事件。这一事件同时导致了该段内发育低含量的还原性硫(CRS)、34SCRs极端亏损以及Mo的富集特征。通过D-7中孔隙水和沉积物地球化学特征，并结合浮游有孔虫壳体AMS14C定年结果，可以推断出～6ka BP以来发生过短暂的甲烷渗漏活动，并且古硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)深度迁移到了小于～2.0 mbsf的浅部，在快速形成这些碳酸盐岩后甲烷渗漏活动变弱，SMTZ变深。从D-7连续的沉积物记录可以推断出全新世以来本区构造活动和水合物相对稳定，并没有发生大规模水合物释放事件导致海底大规模自生碳酸盐岩的形成。　　上述研究表明通过恰当地选择不同构造背景海底的冷泉区自生碳酸盐岩、孔隙水和沉积物等载体进行综合的地球化学研究，有助于揭示全球不同构造背景条件下冷泉系统中生物地球化学过程、元素的异常机制和循环规律以及冷泉活动特征。冷泉系统生物地球化学过程的研究对深化认识冷泉区甲烷在海底的地球化学过程及其环境效应，探索不同构造背景海底冷泉系统流体活动对深海过程的影响都具有重要的科学意义。