I型花岗岩特征及其地质意义
I型花岗岩地质意义
本文以下内容主要来源于---花岗岩年代测定的古老问题：澳大利亚斯特林山I型花岗岩中锆石、磷灰石和榍石的综合岩石年代学研究
为解决当前年代测定方法的局限性，不仅需要改进现有技术如U–Pb锆石年代测定，还需探索替代工具。本研究聚焦于I型花岗岩中的三种常见矿物—锆石、磷灰石和榍石，旨在评估其作为年代测定工具的可靠性，并提出改进花岗岩年代测定的方法。
在澳大利亚东南部布勒山火成岩套内斯特灵山岩基研究中，U–Pb锆石年龄显示出显著特征（约100百万年）。为提高锆石年龄数据的可靠性并减少与非岩浆相关的变异性，应用了一套数据校正步骤，包括如校正含过量K和Ca的锆石，排除具有异常核-边年龄关系的锆石，去除含过量非配方元素（Al、Fe和Mn）的锆石，识别热液蚀变的锆石，并应用10%的不一致性阈值。校正后的Concordia年龄（406 ±1Ma；加权均方偏差（MSWD）=0.7，n=80）相较于未过滤的数据（399±2Ma；MSWD=9.3，n=240）展现出更高的精度和更低的误差。校正后的单个年龄显示出更少的散布和一个不同的均值（即在统计不确定性之外），尽管它们的总时间跨度仍然超过~50百万年，超出了单个锆石分析重现性的2标准误差（约15百万年2SE）。建议在使用合并分析的提议误差作为最终精度时要谨慎。
同样的微量元素校正方法也应用于斯特灵山的磷灰石和榍石样本，这两种一般不能继承。对于磷灰石，通过监测Ca和P以及Zr/Y和Th/U比率，并根据Sr浓度识别年龄分组，有效地消除了异常值并提高了年代测定的精度。对于榍石，通过监测Ca和Ti，Sr/Zr和Sr/Th比率，及Sr/Ca和Zr/Ti比率，成功提高了年代测定精度。值得注意的是，磷灰石和榍石颗粒在不同的Sr浓度中分组（高、中、低Sr），对应不同的年龄组：高Sr磷灰石和高、低Sr榍石约403 Ma，而低Sr磷灰石和中Sr榍石分别约420和393Ma。显著偏年轻或偏老的年龄可能表明一个开放系统和来自不同常铅源的影响。403Ma的年龄与校正后的锆石数据一致，进一步增强了这种联合方法的可信度，并在此被解释为岩浆侵入年龄。值得注意的是，这个年龄比之前报道的K–Ar年龄数据早25百万年，该数据一直被认为是侵入年龄。
在斯特灵山二长闪长岩中发现了宿主岩及其微粒包体（MME）中的锆石年龄范围（约100百万年）。为提高锆石年龄数据的可靠性，应用了逐步的年龄数据过滤方案：
1.通过检查过量的K和Ca去除偶然包体；2.校正具有异常相反核-边年龄关系（Δ(核-边年龄) < 0）的点；3.排除含有过量非配方元素（Al、Fe和Mn）的锆石；4.通过Ba/Hf >1排除热液蚀变的锆石；5.删除具有V形稀土元素（REE）模式的潜在热液锆石；6.应用10%的不一致性阈值。
实际上，宿主岩（399±2Ma；MSWD =9.3）和MME（387±10Ma；MSWD=26）的未过滤年龄数据不仅显示出广泛的年龄范围，还伴有较大的误差和MSWD。未过滤的MME年龄也比宿主岩年轻约10百万年。经过过滤后的加权平均年龄，宿主岩为406±1Ma（MSWD=0.7，约66%的点被过滤掉），MME为410±6Ma（MSWD=1.7，约80%的点被过滤掉）。过滤结果显示出较小的误差和MSWD，表明MME岩浆与宿主岩浆是同时代的。尽管单个颗粒的年龄范围有所减少，但仍具有相当长的时间跨度（约50百万年），这超过了分析重现性（2SE=约10百万年）。
类似的测试也应用于磷灰石和榍石。对于磷灰石：1.监测主要元素浓度Ca和P；2.监测Zr/Y和Th/U以排除作为潜在微包体或热液蚀变部分的离群值；3. 如果它们形成不同的年龄组，还需监测Sr。
对于榍石，监测以下代理变量：1.主要元素浓度Ca和Ti以检测主要离群值；2.Sr/Zr和Sr/Th以排除热液异常；3.Sr/Ca和Zr/Ti以排除不需要的离子交换，以及不同的Sr水平组。
图1 岩体分布图及其采样位置
图3. 来自斯特灵山侵入体宿主岩和MME的锆石微量元素。图中展示的元素（Ca、K、Fe、Sr和Ba）是锆石的非配方元素，被建议作为锆石热液蚀变的指标元素。注意这些元素的浓度范围相比标准锆石（GJ-1和91500）高出约2-3个数量级。
图4. (a 和 b) C1球粒陨石（McDonough & Sun, 1995）标准化的宿主岩和MME锆石的稀土元素（REE）图。注意宿主岩和MME锆石之间的相似性。(c 和 d) 磷灰石和(e 和 f) 榍石的REE图。灰色表示经过微量元素过滤的点。(c) 高Sr组和低Sr组之间的差异微不足道。(d) 宿主岩和MME磷灰石之间的主要差异是更小的负Eu异常。(e) 宿主岩榍石和(f) MME榍石具有相似的REE模式，但MME榍石表现出更多的正Eu异常。
图5. 宿主岩和MME的磷灰石微量元素。不同岩体单元在Sr元素上表现出明显的区别；因此，宿主岩单元进一步分为高Sr（FGD）和低Sr（HGD）。REE和Ce异常没有表现出明显的分离，而是在每个单元中显示出相似的范围。
图6. 斯特灵山宿主岩和MME的榍石微量元素。(Ce+Nd)和Y的浓度强相关。宿主岩和MME榍石在轻稀土元素（LREE）和Dy/Yb方面表现出相似的范围。来源指标Nb/Zr在宿主岩和MME之间也显示出相似的范围，除了少数异常值，这表明这些岩浆可能具有相同的来源、相互之间有显著混合，或两者兼而有之。
图7. Tera-Wasserburg Concordia图（206Pb/238U日期）和宿主岩及MME锆石的核密度图。注意数据的分散和高MSWD，表明存在过度离散。
图8. 磷灰石 (a–b) 和榍石 (c–d) 的Tera-Wasserburg Concordia图及其Concordia截距日期。两种矿物均显示出初始铅与放射性铅之间的常铅混合线，但许多数据点表示低程度的污染（即误差椭圆接近Concordia曲线），这有利于在Concordia上进行截距。一些异常值在宿主岩和MME的磷灰石及榍石中都被发现。
图9. 使用微量元素比率 (a) 和REE模式 (b–e) 的锆石数据修剪方案。(a) 将非配方元素（如Ba）与配方元素（如Hf）比较，可以作为检测严重蚀变锆石的代理（1 < 1000 Ba/Hf的异常值）。(b) 基于O’Neill (2016) 的Lambda (λ1 vs λ2) 图，用于区分两种不同的REE模式（N组和V组）。注意箭头标记的拐点将N组和V组分开。插图显示了锆石的温度范围为600–900°C（基于锆石中的Ti热计，Watson et al., 2006）。(c) Nd/Sm vs Eu异常，(d) Ce异常，以及 (e) (Sm–Nd)N（即在球粒陨石标准化REE图中Sm与Nd之间的倾斜）。V组的Nd/Sm值普遍高于N组，表明N组和V组中Nd–Sm的倾斜方向相反。Ce异常可能比Eu异常更明显地分开两个组。注意，Ba/Hf修剪方案可能不如REE修剪方案有效。(f) 描述修剪方案的概念图。
图10. 经微量元素和REE数据修剪测试后的锆石微量元素浓度。
图11. 各种锆石的REE模式。宿主岩和MME的锆石均显示N型和V型REE模式。V型模式通常具有较高的轻稀土元素（LREE）、较小的Ce/Ce∗比值，以及从Nd到Sm的递减趋势。图(b)中的REE模式显示许多这些锆石（严重蚀变的，因此预计在之前的Ba/Hf修剪步骤中被去除）具有N型REE模式，这一观察结果很有趣。
图12.柱状图。(a–b) 未过滤的宿主岩和MME锆石的Concordia年龄分布。(c–d) 来自宿主岩和MME锆石的V型锆石的密度图。(e–f) 修剪后的年龄数据相比未修剪数据显示出更清晰的正态分布。注意MME的正态分布不如宿主岩锆石清晰，这可能是由于数据点数量较少。(g–h) 最终不一致性过滤结果。宿主岩和MME的日期均有所增加，MSWD降低，表明由于铅损失造成的异常值已被成功去除。
图13. 在宿主岩（左）和MME（右）数据修剪过程中的Tera-Wasserburg Concordia图。颜色图例表示Ba/Hf（a 和 b；红色渐变）、Nd/Sm（c 和 d；绿色渐变）和不一致性程度（e 和 f；红色渐变）水平。注意，每个过滤标准逐步去除了不一致的数据点。(g 和 h) 基于10%不一致性阈值的最终过滤步骤。红色标记的数据点和激光点（BSE）显示了与主要年龄群体相比的年龄异常值。仅依靠BSE和/或CL图像通常很难防止分析这些错误点。此外，注意MME中的MSWD仍高于1，表明离散现象依然存在。
图14. 使用微量元素和相应年龄图的磷灰石数据过滤方案。(a) Th/U和Zr/Y（×10000）作为代理变量可以检测磷灰石中的异常值，这些异常值可能受到热液蚀变的影响。(b) (a) 中的Tera-Wasserburg Concordia图。(c–d) 基于Th/U和Zr/Y过滤方案的异常值消除及相应的年龄图。(e–f) Zr和LREE中的异常值分布。异常值大多对应于Zr和LREE异常，尽管一些异常值出现在主要年龄群体中。
图15. 基于锶的附加过滤方案的Tera-Wasserburg Concordia图。红色表示锚定的日期。(a 和 b) 不按锶分组的宿主岩和MME的微量元素过滤后的磷灰石。(c 和 d) MME磷灰石（=中等Sr磷灰石）的日期。(e 和 f) 高Sr磷灰石和低Sr磷灰石的日期。注意，高Sr磷灰石的日期与锆石Concordia年龄相一致，而低Sr磷灰石的日期则明显偏老。
图16. 榍石过滤和年龄测定。(a) 未过滤的Sr/Th与Sr/Zr图。(b) 相应的Tera-Wasserburg Concordia图。(c) 过滤后的Sr/Th与Sr/Zr图。(d) 相应的年龄图。注意大多数散点数据已被消除。(e) 10000 Zr/Ti与10000 Sr/Ca过滤图，用于识别异常值。(f) 相应的年龄图。(g–h) MME和宿主岩榍石的过滤和锚定日期。虚红线表示常铅混合线，模型参数为405 Ma和(207Pb/206Pb)i = 0.86，由红色星号标记表示0%常铅混合。虚红箭头表示铅损失，黑色箭头表示另一个模型化的等时线，(207Pb/206Pb)i = 0.50。
图17. 来自h5t样本的四种元素（Sr、Ca、Zr和Ti）的时间分辨榍石点分析作为示例。红色圆圈表示激光点（在BSE图像上）和相应的数据（在Sr/Ca与Zr/Ti图上）。注意Ca和Sr、Ti和Zr之间的权衡关系，表明它们之间的相互替代。如果异常（包裹体）显著，它可以很容易地从时间框架中排除，以进行井下修正（上图）。然而，如果异常的范围和对比度不清晰，即使代理值显著超出预期范围且纹理看似完整，也可能很难调整时间框架。
图18. Mt Stirling Granodiorite的日期汇编。注意，锆石日期以Concordia年龄表示，包括实际点（灰色）和箱型图；磷灰石和榍石日期为Concordia截距日期。榍石、锆石和磷灰石的日期大致一致，除了MME（中等Sr）中的榍石和宿主中的低Sr磷灰石。锚定的MME榍石年龄与宿主榍石日期重叠。Sr的变异性表明磷灰石组可能存在不同的年龄成分，较高Sr的磷灰石在与其他矿物日期相比时可能更可靠。
图19. 对锆石、磷灰石和榍石年龄数据的整体考虑。(a) 来自宿主岩的过滤年龄数据，包括锆石、磷灰石和榍石。这些数据都经过了最后阶段的过滤。注意，计算出的年龄403 Ma可能不是单一地质事件的日期，而是重叠时间尺度上连续矿物形成的平均日期，这从磷灰石和榍石的明显常铅混合趋势可以看出。(b) 过滤后的MME锆石、磷灰石和榍石汇编，显示出相对单峰的日期。(c) 过滤后的宿主岩剩余年龄数据。(d) 过滤后的MME剩余年龄数据。
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