◎  李子斌 张礼中 杨娅敏 颜宏伟

　　在海洋的深处有着与陆地上一样的泉眼，它就是海底冷泉。海底冷泉会滋养周围的生物，为海底“荒漠”带来一片“绿洲”。

　　冷泉的形成和探寻

　　冷泉是指海底气体、液体和沉积物组成的流体泄漏或喷涌的现象，主要由碳氢化合物、硫化氢、液化沉积物等组成，温度与底层海水相近或略高。冷泉是继海底热液之后的又一重大发现，二者都反映了海底的极端环境。

　　影响海底冷泉发育形成的主要因素包括：海底沉积物埋藏或者沉积物滑动、运移及重新沉积；全球气候变化、构造运动引起的海平面升降，导致海底压力和温度的变化；海底底层水变暖或温盐环流变化等。冷泉形成时常常会伴随大量自生碳酸盐岩、生物群落、泥火山、麻坑、泥底辟等较为宏观的地质现象，这些是探寻冷泉的主要标志。

　　冷泉是目前地球科学的研究热点，它大多发育在板块边界、火山弧和大陆边缘。早在1983年，在墨西哥湾佛罗里达陡崖3200米深处就发现了海底冷泉。1984年，在俄勒冈州岸边俯冲区又发现了甲烷渗透流，之后在太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋活动和被动大陆边缘1400米-3500米深处发现了数十个冷泉。

　　冷泉的观测与研究

　　海底冷泉的研究方法主要有海底地质现象分析、海洋地球物理探测、海底原位探测技术、地球化学法、冷泉生物群落研究法等。

　　海洋地球物理探测手段有多波束测深、旁侧声呐扫描、浅地层剖面观测、海底可视观测等。

　　海底原位探测技术是将海底作为天然实验室，借助浮标、锚系、ROV、AUV等设备，直接观测海底沉积物、流体。

　　地球化学法主要包括孔隙水化学分析、冷泉碳酸盐分析以及沉积物元素分析。孔隙水化学分析是海底天然气水合物形成过程中导致孔隙水淡化，富烃类流体向海底运移时会使一些离子出现异常，通过分析这些异常可以判断冷泉的活动。冷泉碳酸盐岩是冷泉渗漏的产物，也是判断冷泉是否存在的重要标志，冷泉碳酸盐岩的碳同位素常是极端的负异常，而氧同位素常表现为正异常。沉积物分析是对海底表层沉积物的组分、沉积速率等进行研究，从而探讨冷泉形成的影响因素。

　　冷泉生物群落研究法是通过研究冷泉中的生物来研究流体流动方向和大小等特性，如分布于硫化物与沉积物界面附近的菌席所形成的斑块可指示流体的位置和流体的规模，是冷泉流体强烈上涌的标志。

　　冷泉与天然气水合物

　　冷泉与碳氢化合物的运移逃逸有关，常常伴生泥火山、麻坑、甲烷羽状流等地质现象。

　　泥火山是由泥浆与气体喷涌不断堆积形成的隆起微地貌，它多扎根于成熟的油气系统，喷发出的气体为甲烷，在其周围常发现天然气水合物聚集。

　　麻坑则是下伏地层活动流体在海底渗漏逃逸形成的侵蚀结构，呈圆形、椭圆形、新月形等不规则形态，直径可达数千米，深度几百米，它们单独或成簇出现指示了大量流体从沉积物中逃逸到海水中，麻坑的出现也与水合物密切相关。

　　这些地质现象通常与冷泉伴生，可以很好地判断和探寻埋藏在海底深处的天然气水合物气藏。

　　冷泉生态系统

　　深海海底是一种极端环境，一般是没有太多生物的，不过冷泉的出现为海底带来了生机。在海底冷泉周围尤其是喷口附近通常会存在致密而多样的微生物和动物群落，排放的流体使其衍生出独特的生态系统，这就是冷泉生态系统。

　　冷泉生态系统是海底冷泉形成的重要生物群落，也是发现海底冷泉非常直接的标志。化能合成细菌在冷泉生态系统中扮演着十分重要的作用，因为海底没有光，无法进行光合作用，化能合成作用便成了这里能量来源的唯一方式。其中，最主要的细菌就是甲烷厌氧化古菌和硫酸盐还原菌。他们利用冷源流体中甲烷和硫酸盐，将硫酸盐转化为硫化物等还原性物质，并在其他细菌的配合下把无机碳转化为糖类，为生态系统提供了最初的物质基础，并以此发育菌席、深海双壳类、蠕虫多毛类动物以及海星、海胆、海虾等，最终为荒凉的海底创造出绿洲。

　　冷泉的分布与研究现状

　　随着海洋调查技术的不断提高，对海底冷泉的研究也逐渐从浅水区走向深海。在大洋扩张中心、汇聚板块边界、被动和主动大陆边缘、弧前盆地等地以及热带海域到两极地区均发现了冷泉。其中，现代活动冷泉主要分布在太平洋的活动俯冲带上。目前，发现的冷泉区域有墨西哥湾布什海山、水合物脊、哥斯达黎加增生楔、布莱克海台、圣塔芭芭拉海峡、红海、北极陆架、黑海、中国南海等。

　　不同海域发育的冷泉地貌和生态系统也各不相同。研究程度最深的冷泉区域包括阿留申群岛、卡斯卡迪亚、巴巴多斯、俄勒冈州沿岸和墨西哥湾等地区。

　　目前，冷泉的研究主要集中在冷泉与天然气等能源的关系上，对于冷泉的形成机制、冷泉碳酸盐以及冷泉生态系统等方面的研究有欠缺。例如冷泉系统中的白云岩形成机理、甲烷缺氧氧化过程中对甲烷消耗量、甲烷来源、冷泉周围生物的生活习性、多样性、独特性对冷泉的影响等还需要更多的研究。

　　在研究方法上，对冷泉的研究主要为地球化学的元素分析以及地球物理方法的探测，这些手段具有一定的局限性，要想更加彻底地开展研究还需要找到其他手段来辅助。

　　（依托项目：DD20230416陆海统筹基础地质调查成果融合表达关键技术）

　　（作者单位：中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心)