全球U-Pb碎屑锆石年龄分布能否有效替代火成岩活动记录？基于六大数据集的统计验证与周期规律解析

为解决全球U-Pb碎屑锆石年龄分布是否可作为火成岩活动可靠替代指标的问题，研究人员通过分析6个独立数据库（2个火成岩、3个碎屑岩），结合带通滤波、谱分析和相关图等技术，证实二者高度可重复性，并发现810、270、90和67.5-myr的谐波周期。该研究为地球岩浆活动周期性提供了数据支撑，对理解地质演化机制具有重要意义。

　　

地球历史上的岩浆活动是否存在周期性规律？这一问题的解答对理解板块构造、超级大陆旋回等地质过程至关重要。传统观点认为，全球碎屑锆石年龄分布可替代火成岩活动记录，但这一假设长期缺乏系统性验证。随着U-Pb定年技术的发展，海量锆石年龄数据的积累为验证这一假设提供了可能，但数据异质性、采样偏差和周期检测方法差异等问题仍制约着研究的可靠性。

为攻克这些难题，研究人员整合了6个全球性U-Pb锆石数据库（包括2个独立火成岩数据库、1个准独立火成岩数据库和3个独立碎屑岩数据库），通过创新性统计方法开展系统验证。研究团队采用带通滤波将原始时间序列转化为平稳序列，结合Student's t检验、蒙特卡洛模拟、谱分析周期图和相关图等技术，首次实现了多维度可重复性评估。这项突破性成果发表在《Geoscience Frontiers》上，为地球科学领域的数据可靠性建立了新标准。

关键技术方法包括：1）基于逆空间加权法校正地理采样偏差；2）5-myr带宽直方图构建年龄分布时间序列；3）高斯核带通滤波分频分析（超低频80-1000 myr、低频40-330 myr、中频25-100 myr、高频15-70 myr）；4）REDFIT 3.5软件谱分析；5）蒙特卡洛模拟评估统计显著性。

研究结果部分：

1. 平均精度误差：火成岩全岩年龄的2σ不确定度（精度误差）比碎屑锆石单颗粒年龄小2-3倍，导致火成岩年龄分布峰值更尖锐。
2. 时间序列相关性：1960-20 Ma区间碎屑与火成岩时间序列平均相关性达0.882，而3900-1960 Ma区间降至0.390，显示可重复性随年龄增长而退化。
3. 谱分析结果：810-myr和270-myr周期在所有时间序列中显著，90-myr和67.5-myr周期仅在火成岩序列中稳定出现。
4. 相关图验证：270-myr周期在3900-20 Ma全区间相位对齐度达99%置信水平，而90-myr周期仅在1960-20 Ma区间保持稳定对齐。
5. 年龄峰值一致性：1865 Ma峰值的6数据库间标准差仅7.5 myr，而2700 Ma峰值标准差达21.6 myr，证实近期地质记录可重复性更高。

结论与讨论部分揭示了三项核心发现：首先，全球U-Pb火成岩与碎屑锆石年龄分布具有高度可重复性，但碎屑岩记录在古太古代（>2700 Ma）可信度显著降低。其次，时间序列可重复性呈现明显的尺度依赖性——低频周期（如810-myr）比高频周期（如67.5-myr）在古老地质记录中更稳定。最后，谐波周期分析确认810-myr（≈3×270-myr）、270-myr（≈3×90-myr）、90-myr和67.5-myr（≈810/12）的层级关系，暗示可能存在未知的地球系统共振机制。

该研究对选择性保存假说（selective preservation hypothesis）提出挑战：虽然810-myr周期可能与超级大陆旋回相关，但270-myr以下的高频周期难以用该假说解释。研究人员推测，这些周期可能涉及地核-地幔相互作用或外部天体物理因素（如暗物质密度波动），未来可通过比较地月系统火山活动周期进行验证。这项研究不仅为地质年代学建立了数据可靠性标准，其发现的谐波周期规律更可能成为解开地球系统周期性的关键钥匙，其科学意义堪比当年大陆漂移学说对板块构造理论的启发。