同位素地球化學(xué)-地球化學(xué)

地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)教研室——多媒體課件地球化學(xué)geochem@第五章同位素地球化學(xué)同位素地球化學(xué)是研究地殼和地球中核素的形成、豐度及其在地質(zhì)作用中分餾和衰變規(guī)律的科學(xué)。同位素地球化學(xué)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新第五章同位素地球化學(xué)本章內(nèi)容自然界引起同位素成分變化的原因同位素年代學(xué)穩(wěn)定同位素地球化學(xué)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新同位素地球化學(xué)在解決地學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題的獨(dú)到之處：

1）計(jì)時(shí)作用：每一對(duì)放射性同位素都是一只時(shí)鐘，自地球形成以來(lái)它們時(shí)時(shí)刻刻地，不受干擾地走動(dòng)著，這樣可以測(cè)定各種地質(zhì)體的年齡，尤其是對(duì)隱生宙的前寒武紀(jì)地層及復(fù)雜地質(zhì)體。

2）示蹤作用：同位素成分的變化受到作用環(huán)境和作用本身的影響，為此，可利用同位素成分的變異來(lái)指示地質(zhì)體形成的環(huán)境條件、機(jī)制，并能示蹤物質(zhì)來(lái)源。

3）測(cè)溫作用：由于某些礦物同位素成分變化與其形成的溫度有關(guān)，為此可用來(lái)設(shè)計(jì)各種礦物對(duì)的同位素溫度計(jì)，來(lái)測(cè)定成巖成礦溫度。另外亦可用來(lái)進(jìn)行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新一、自然界引起同位素成分變化的原因核素的性質(zhì)同位素分類同位素成分的測(cè)定及表示方法自然界引起同位素成分變化的原因中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新一、自然界引起同位素成分變化的原因（一）核素的性質(zhì)

1.什么叫核素?

由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子按一定結(jié)構(gòu)組成各種元素的原子核稱為核素，任何一個(gè)核素都可以用A=P+N這三個(gè)參數(shù)來(lái)表示。而具有相同質(zhì)子數(shù)，不同數(shù)目中子數(shù)所組成的一組核素稱為同位素。

O的質(zhì)子數(shù)P=8，但中子數(shù)分別為8、9、10，因此，氧有質(zhì)量數(shù)分別為16O、

17O、18O三個(gè)同位素。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(一)核素的性質(zhì)

(1)核素具有電荷：一個(gè)質(zhì)子帶有一個(gè)單位的正電荷，原子的核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，并由此決定原子的核外電子數(shù)。核電荷數(shù)一旦改變就變成了另外一種元素，同時(shí)核電荷數(shù)也影響著核的組成及結(jié)構(gòu)，即決定核的穩(wěn)定性。

(2)核素具有質(zhì)量：核素因含有不同數(shù)量的質(zhì)子和中子，而具有不同的質(zhì)量，較輕元素的同位素之間因質(zhì)量差別導(dǎo)致在地質(zhì)作用中的分異，這樣，使得不同產(chǎn)狀的地質(zhì)體中同位素間的相對(duì)豐度發(fā)生變化。

(3)核素具有豐度：自然界的核素具有兩種豐度。一是核素的絕對(duì)豐度，是指自然界各種核素存在的總量，它與組成核素的核子數(shù)量和結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映核素的穩(wěn)定性。當(dāng)原子序數(shù)Z<20時(shí)，N/P=1，核素最穩(wěn)定，絕對(duì)豐度高；當(dāng)20<Z<83時(shí)，N/P=1.5，最穩(wěn)定；當(dāng)Z>83時(shí)，N/P偏離1或1.5，核素不穩(wěn)定，絕對(duì)豐度低。二是核素的相對(duì)豐度，是指元素同位素所占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，例如大氣中三個(gè)氧同位素的相對(duì)豐度是:16O：99.763%；

17O：0.0375%；18O：0.1995%。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

(4)核素具有能量：原子核聚集高質(zhì)量的粒子于一個(gè)極小的體積內(nèi)，因此，原子核內(nèi)孕含著巨大的能量，即核能，也稱“結(jié)合能”。結(jié)合能越高核素越穩(wěn)定；結(jié)合能低（如H、N、Li、Be及高質(zhì)量數(shù)的核素）的核素不穩(wěn)定。在核衰變過(guò)程中，一部分核能通過(guò)放射出各種粒子及射線而被釋放出來(lái)。

(5)核素具有放射性：所謂放射性即不穩(wěn)定核素通過(guò)放射出粒子及輻射能量，而自發(fā)地調(diào)整核內(nèi)的組成和結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的核素的現(xiàn)象，稱為放射性衰變。放射性衰變的結(jié)果，使核素的質(zhì)量、能量和核電荷數(shù)都發(fā)生變化，從而變?yōu)榱硗庖环N元素。(一)核素的性質(zhì)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(二)同位素分類

從核素的穩(wěn)定性來(lái)看，自然界存在兩大類同位素：

一類是其核能自發(fā)地衰變?yōu)槠渌说耐凰?，稱為放射性同位素；另一類是其核是穩(wěn)定的，到目前為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它們能夠衰變成其它核的同位素，稱為穩(wěn)定同位素。然而，核素的穩(wěn)定性是相對(duì)的，它取決于現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)放射性元素半衰期的檢出范圍，目前一般認(rèn)為，凡是原子存在的時(shí)間大于1017年的就稱穩(wěn)定同位素，反之則稱為放射性同位素。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(三)同位素成分的測(cè)定及表示方法

一般來(lái)說(shuō)質(zhì)量數(shù)A＜209的同位素大部分是穩(wěn)定的，只有少數(shù)是放射性的,如14C，40K，87Rb；而質(zhì)量數(shù)大于209的同位素全部屬于放射性同位素。一種元素可由不同數(shù)量的同位素組成。自然界中同位素最多的是Sn元素，有10個(gè)同位素：

112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn

自然界也存在只有一種同位素單獨(dú)組成的元素：

Be、F、Na、Al、P等27種。其余大多數(shù)由2-5種同位素組成。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(三)同位素成分的測(cè)定及表示方法一個(gè)完整的同位素樣品的研究包括樣品的采集、加工、化學(xué)制樣、測(cè)定及結(jié)果的計(jì)算和解釋等環(huán)節(jié)。下面簡(jiǎn)單介紹一下化學(xué)制樣及質(zhì)譜儀測(cè)定方法。

1.制樣將地質(zhì)樣品分解，使待測(cè)元素的同位素轉(zhuǎn)化為在質(zhì)譜儀上測(cè)定的化合物，輕穩(wěn)定同位素一般制成氣體樣品。例如：氧同位素有兩種制樣方法：（1）還原法:高溫條件下與C還原成CO；（2）氧化法:用F或鹵化物氧化，生成O2（精度高）。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2.質(zhì)譜儀測(cè)定：質(zhì)譜儀是目前同位素成分測(cè)定的主要手段（MAT—261，MAT—251）。其工作原理是：把待測(cè)元素的原子或分子正離子化，并引入電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，帶正電的質(zhì)點(diǎn)因質(zhì)量不同而被分離測(cè)定。

3.同位素成分表示方法：

1)絕對(duì)比率（R）：用兩個(gè)同位素比值直接表示，例如32S/34S，12C/13C等；

2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品R的絕對(duì)比率差（ΔR）

ΔR=R樣品

-R標(biāo)準(zhǔn)；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

3）樣品相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品R的偏離程度的干分率：δ‰=（R樣—R標(biāo)）/R標(biāo)×1000=(R樣/R標(biāo)—1)×1000

例如對(duì)34S/32S相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品的富集程度，即以δ34S‰

來(lái)表示：

δ34S‰=[((34S/32S)樣/(34S/32S)標(biāo))-1]×1000

習(xí)慣上把微量（較小相對(duì)豐度）同位素放在R的分子上，這樣可以從樣品的δ值，直接看出它含微量同位素比標(biāo)準(zhǔn)樣品是富集了，還是貧化了。

δ＞0表示34S比標(biāo)準(zhǔn)樣品是富集了；

δ＜0表示34S比標(biāo)準(zhǔn)樣品是貧化了。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

4）同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品元素標(biāo)準(zhǔn)樣縮寫H、O大洋水平均SMOWC美國(guó)南卡羅萊納州，皮迪組的美洲箭石（已耗盡）PDBC索洛霍芬石灰?guī)rNBS—20S美國(guó)亞利桑那州坎寧迪亞布洛鐵隕石中的隕硫鐵CD同位素分析資料要能夠進(jìn)行世界范圍內(nèi)的比較，就必須建立世界性的標(biāo)準(zhǔn)樣品。世界標(biāo)準(zhǔn)樣品的條件：①在世界范圍內(nèi)居于該同位素成分變化的中間位置，可以做為零點(diǎn)；②標(biāo)準(zhǔn)樣品的同位素成分要均一；③標(biāo)準(zhǔn)樣品要有足夠的數(shù)量；④標(biāo)準(zhǔn)樣品易于進(jìn)行化學(xué)處理和同位素測(cè)定。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(四)自然界引起同位素成分變化的原因主要是放射性衰變和同位素分餾效應(yīng)

1.放射性衰變：放射性同位素經(jīng)過(guò)自然衰變，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌氐耐凰?，結(jié)果母元素同位素不斷減少，而子元素同位素不斷增加，從而改變著母元素和子元素同位素的成分，它是放射性核素原子核的一種特性，不受外界物化條件的影響。

1)α—衰變:

放射性母核放出α粒子（α粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成，α粒子實(shí)際上是）：

X：母核，Y：子核；Z：原子序數(shù)，A：質(zhì)量數(shù)，E：能量

(鐳)（氡）由上式可見，新核的同位素原子序數(shù)比母核少2，質(zhì)量數(shù)少4。自然界的重同位素235U、238U、232Th等以α衰變?yōu)橹?。中?guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2)β——衰變：自然界多數(shù)為β—衰變，即放射性母核中的一個(gè)中子分裂為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子（即β—粒子），同時(shí)放出反中微子，通式為：

衰變結(jié)果，核內(nèi)減少1個(gè)中子，增加1個(gè)質(zhì)子，新核的質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)加1，變成周期表上右側(cè)相鄰的新元素。例如：

3)電子捕獲：是母核自發(fā)地從核外電子殼層捕獲1個(gè)電子，通常在K層上吸取1個(gè)電子（e），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)子數(shù)減少1個(gè)（是β—衰變逆向變化），通式為：

這樣，其衰變產(chǎn)物核質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）減1，變成周期表上左鄰的新元素：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

4)重核裂變：重放射性同位素自發(fā)地分裂為2—3片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飛散，如238U，235U，232Th都可以發(fā)生這種裂變。在自然界中，有些同位素只需通過(guò)一次某種固定形式的衰變，即可變成某種穩(wěn)定同位素：

但是，有些放射性同位素需經(jīng)過(guò)一系列的各種衰變才能變化成穩(wěn)定同位素：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2.同位素分餾效應(yīng):

1)同位素分餾效應(yīng)：在地質(zhì)作用過(guò)程中，由于質(zhì)量差異所導(dǎo)致輕穩(wěn)定同位素(Z＜20)相對(duì)豐度發(fā)生改變的過(guò)程。

2)引起分餾效應(yīng)的原因：物理分餾、同位素交換反應(yīng)、生物化學(xué)反應(yīng)、動(dòng)力分餾。①物理分餾:也稱質(zhì)量分餾,同位素之間因質(zhì)量差異而引起的與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)的不同，(如密度、比重、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等微小的差別)，這樣在蒸發(fā)、凝聚、升華、擴(kuò)散等自然物理過(guò)程中，使得輕、重同位素分異。例如：蒸發(fā)作用強(qiáng)烈的死海（約旦、巴勒斯坦國(guó)之間）咸水中H218O含量最高。單向多次反復(fù)的物理過(guò)程，同位素分餾效應(yīng)最明顯。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新②同位素交換反應(yīng)：就是在化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物之間由于物態(tài)、相態(tài)及化學(xué)鍵性質(zhì)的變化，使輕重同位素分別富集在不同分子中而發(fā)生分異，稱同位素交換反應(yīng)。例如：大氣圈與水圈之間發(fā)生氧同位素交換反應(yīng)

(0℃:α=1.074,25℃:α=1.006)

大量實(shí)測(cè)資料表明:價(jià)態(tài)和相態(tài)差別大的化學(xué)反應(yīng)，同位素交換反應(yīng)更明顯。③生物化學(xué)反應(yīng)：動(dòng)植物及微生物在生存過(guò)程中經(jīng)常與介質(zhì)交換物質(zhì)、并通過(guò)生物化學(xué)過(guò)程引起同位素分餾。例如：植物通過(guò)光合作用，使12C更多地富集在有機(jī)體中，因此生物成因地質(zhì)體如煤、油、氣等具有高的12C。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新④動(dòng)力分餾：其實(shí)質(zhì)是質(zhì)量不同的同位素分子具有不同的分子振動(dòng)頻率和化學(xué)健強(qiáng)度（從熱力學(xué)角度上來(lái)講H218O的內(nèi)能、熱容、熵與H216O是不同的），因輕同位素形成的鍵比重同位素更易破裂，這樣在化學(xué)反應(yīng)中輕同位素分子的反應(yīng)速率高于重同位素分子。例如：C+16O2→C16O2

平衡常數(shù)K1

C+16O18O→C16O18O

平衡常數(shù)K2

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定K1/K2=1.17中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

3)分餾系數(shù)：同位素分餾作用的大小，一般用分餾系數(shù)α來(lái)表示：

α=某元素同位素在A物質(zhì)中的比值/

某元素同位素在B物質(zhì)中的比值（其中A、B可以是相同的化合物，亦可是不同化合物）例如：

H12CN+[13CN]-H13CN+[12CN]-

氣態(tài)氰氫酸液態(tài)氰氫酸根經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，兩部分的13C/12C比值都發(fā)生了變化，其分餾系數(shù)為：

α=（13C/12C）HCN/（13C/12C）CN-

（α偏離1愈大，分餾作用愈強(qiáng)；α接近1，表示分餾作用愈弱）在同位素交換反應(yīng)時(shí)，分餾效應(yīng)是隨溫度而變化的，一般來(lái)說(shuō)溫度越高，α越小，分餾效應(yīng)愈不顯著。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新二、同位素年代學(xué)放射性衰變定律放射性同位素年齡測(cè)定Rb—Sr法中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新二、同位素年代學(xué)

(一)放射性衰變定律：放射性同位素在地學(xué)上應(yīng)用的性質(zhì)有四個(gè)：①放射性同位素在原子核內(nèi)部發(fā)生衰變，其結(jié)果是從一個(gè)核素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)核素；②衰變是自發(fā)的、永久不息的一種恒制反應(yīng)，而且衰變是按一定比例的；③衰變反應(yīng)不受任何溫度、壓力、元素的存在形式及其物理化學(xué)條件的影響；④衰變前核素和衰變后核素的原子數(shù)，只是時(shí)間的函數(shù)。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新我們一般把正在衰變的核素稱為母核（體），衰變的產(chǎn)物稱為子核（體）。自然界的放射性同位素雖然衰變方式和產(chǎn)物不同，但是都服從同一個(gè)放射性規(guī)律，即：

在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)放射性母核衰變?yōu)樽雍说脑訑?shù)與母核的原子數(shù)成正比。用以下式子表示：-dN/dt=λN

其中，N：在t時(shí)刻未衰變完母核的原子數(shù)

dN/dt：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所衰變的原子數(shù)

λ：衰變速率常數(shù)（單位時(shí)間內(nèi)衰變幾率）1/年、1/秒

-：表示dt時(shí)間內(nèi)母核的變化趨勢(shì)是減少的中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(一)放射性衰變定律變換上式：

-dN/dt=λN→dN/N=-λdt

假設(shè)：T0時(shí)刻母核的原子數(shù)為N0，經(jīng)過(guò)t時(shí)到達(dá)T時(shí)刻，母核的原子數(shù)為N，N的數(shù)值可以通過(guò)對(duì)上式的積分求得：

lnN—lnN0=-λ(T-T0)=-λt(據(jù)積分公式)

lnN/N0=-λt(對(duì)數(shù)運(yùn)算法則)

N/N0=e-λt

(取掉自然對(duì)數(shù))T時(shí)刻母核的原子數(shù)N=N0e-λt，這是一切放射性反應(yīng)的基本公式變換上式：N0=Neλt，N/N0=e-λt

這里來(lái)討論一下半衰期與衰變常數(shù)的關(guān)系：半衰期（T、t1/2、單位：年）即母核衰變?yōu)槠湓訑?shù)一半所經(jīng)歷的時(shí)間。由上式：N/N0=e-λt，N/N0=1/2，1/2=e-λT（兩邊取對(duì)數(shù)）

-ln2=-λT，∴T=0.693/λ中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新放射性同位素（N）隨時(shí)間衰減，子核（D）隨時(shí)間增長(zhǎng)的理論曲線及放射性原子衰變模型中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(二)放射性同位素年齡測(cè)定

假設(shè)：以D表示由經(jīng)過(guò)t（T0→T）母核衰變成的子核數(shù)，則：D=N0—N

把N0=Neλt代入

經(jīng)整理得：

t=（1/λ）ln（1+（D/N））

D/N是現(xiàn)存子核和母核的原子數(shù)比值.

這兩式是同位素年齡測(cè)定的基本公式，不同的同位素年齡測(cè)定方法都是以此為計(jì)算公式的。要利用以上公式來(lái)測(cè)定巖石、礦物的年齡，應(yīng)滿足以下條件：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

1)應(yīng)有適當(dāng)?shù)陌胨テ?，這樣才能積累起顯著數(shù)量的子核，同時(shí)母核也未衰變完。如果半衰期太長(zhǎng)，就是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史也積累不起顯著數(shù)量的子核；如果半衰期太短，沒(méi)有多久母核幾乎衰變完了。

2)所測(cè)定同位素的衰變常數(shù)的精度能滿足要求。

3)放射性同位素應(yīng)具有較高的地殼豐度，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，能以足夠的精度測(cè)定它和它所衰變的子體含量。

4)礦物、巖石結(jié)晶時(shí)，只含某種放射性同位素，而不含與之有蛻變關(guān)系的子體或雖含部分子體，其數(shù)量亦是可以估計(jì)的。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

5)保存放射性同位素的礦物或巖石自形成以后一直保持封閉系統(tǒng)，即沒(méi)有增加或丟失放射性同位素及其衰變產(chǎn)物。目前新生代前,較為成熟和常用的同位素測(cè)年方法有：

U—Th—Pb法

K—Ar法

Rb—Sr法

Sm—Nd法

Re—Os法等測(cè)定第四紀(jì)同位素年代的方法有14C法中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(三)Rb－Sr法

自然界Rb－Sr法同位素計(jì)時(shí)原理自然界Rb有兩個(gè)同位素：

85Rb72.15%

穩(wěn)定同位素

87Rb27.85%

放射性同位素衰變方式：自然界Sr有四個(gè)同位素：

88Sr82.56%

87Sr7.02%

86Sr

9.86%（是非放射成因，自地球形成后為一常數(shù)）

84Sr0.56%（部分是由87Rb衰變而成，部分是礦物、巖石形成時(shí)固有的）中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新1.原理因而由87Rb衰變而產(chǎn)生的87Sr，可根據(jù)放射性同位素年齡測(cè)定公式（1）：

87Sr（樣品）－87Sr（初始）=87Rb（樣品）×

(eλt-1）

(1)(λ=1.47×10-11年-1)87Sr(樣品)=87Sr(初始)+87Rb(初始)

×(eλt-1）質(zhì)譜儀上測(cè)定同位素比值要比測(cè)定絕對(duì)值來(lái)得精確，86Sr自地球形成以來(lái)其原子總數(shù)基本保持不變，為一常數(shù)，為此：

(87Sr/86Sr)樣=(87Sr/86Sr)初+(87Rb/86Sr)樣·（eλt-1）

(2)

利用(2)式,其年齡公式為：

t=(1/λ)ln{1+[(87Sr/86Sr)樣－（87Sr/86Sr)初]/(87Rb/86Sr)樣}中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新2.Rb－Sr模式年齡測(cè)定

從上式可見，在計(jì)算年齡t值時(shí)，除了要知道λ值外，還需對(duì)樣品中初始鍶有一個(gè)適當(dāng)?shù)墓烙?jì)。不同巖類樣品混入的初始鍶(87Sr/86Sr)0是不同的。

地幔、隕石、月巖（87Sr/86Sr)初=0.6999

地殼源地質(zhì)體（87Sr/86Sr)初=0.7120

花崗質(zhì)巖石（87Sr/86Sr)初=0.7100中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新例：測(cè)某花崗巖的樣品：

（87Sr/86Sr)樣=2.283，（87Rb/86Sr)樣=558.8；

代入公式

t=198.31Ma

(亦可查表)；樣品采集：Rb沒(méi)有自己的獨(dú)立礦物，只能以類質(zhì)同像的方式進(jìn)入含鉀礦物晶格。

（Rb+

1.48?

→K+

1.33?）花崗巖:鋰云母、鉀長(zhǎng)石、其它云母類礦物；沉積巖：沉積自生礦物海綠石；變質(zhì)巖：蝕變鉀長(zhǎng)石、蝕變?cè)颇割惖V物；

方法缺點(diǎn)：對(duì)初始鍶的估計(jì)是人為的、粗略的，計(jì)算年齡值誤差大。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新3.Rb－Sr等時(shí)線法為了彌補(bǔ)對(duì)初始鍶估計(jì)的缺陷，設(shè)計(jì)了Rb－Sr等時(shí)線法。假設(shè):①一組同源樣品在同一時(shí)間形成；

②母源中Sr在樣品形成時(shí)，同位素已均一化，為此，樣品中的初始值（87Sr/86Sr）各處相同；

③通常情況下，由于礦物成分上的差異，各樣品中Rb/Sr比值是不同的，經(jīng)過(guò)時(shí)間t以后，各樣品的（87Sr/86Sr)樣、(87Rb/86Sr)樣將呈線性，（半衰期相同），其線性方程為：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

Y=ax+b

其中Y：(87Sr/86Sr)樣

a：斜率（eλt-1）

x：(87Rb/86Sr)樣

b：截距（87Sr/86Sr）實(shí)際工作中如何獲得t和(87Sr/86Sr)0中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新實(shí)際工作中如何獲得t

和（87Sr/86Sr）：

①采集一組同源樣品(巖石+礦物)；

②測(cè)得每個(gè)樣品的(87Sr/86Sr)樣和(87Rb/86Sr)樣比值；

③即可在座標(biāo)圖上,或用最小二乘法擬合成一條直線,獲知直線的斜率：tanα=(eλt-1)，即可求出樣品的等時(shí)線年齡。

t=1/λln(1+tanα)

tanα=D/N=[(87Sr/86Sr)樣-(87Sr/86Sr)]/(87Rb/86Sr)樣

④等時(shí)線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)截距b，為初始鍶（87Sr/86Sr）中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新4.Rb－Sr等時(shí)線法樣品的采集

注意事項(xiàng)：①一組樣品采集在同一母體上(保證是同源,才能有一致的87Sr/86Sr初始值)；②樣品布點(diǎn)的空間分布合理(以免樣品Rb/Sr比值接近,形成不了等時(shí)線)；③盡力保證樣品新鮮,不受后期作用影響(保持封閉體系)；④K含量低的樣品(超基性巖)不應(yīng)用此法,沉積巖樣品應(yīng)是同生沉積礦物(海綠石)。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

工作步驟

1）觀察；

2）作出采樣計(jì)劃:a空間分布；b新鮮程度；c肉眼目估含鉀礦物含量；

3）采集10-15個(gè)樣品(0.5-1kg)配上標(biāo)本（磨制薄片),單礦物樣量(0.5-1g)；

4）無(wú)污染加工(瑪瑙研缽）；

5）作Rb、Sr

定量分析算出每個(gè)樣Rb/Sr比值；

6）結(jié)合Rb/Sr比值和鏡下觀察結(jié)果，選擇無(wú)后期作用疊加的五個(gè)樣品，送Rb-Sr同位素實(shí)驗(yàn)室；

7）Rb-Sr等時(shí)線法樣品用全巖樣,為了拉開比值亦可挑選合適的單礦物與全巖樣共同成線.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新5.Rb－Sr同位素系統(tǒng)的地球化學(xué)應(yīng)用

①測(cè)定復(fù)雜地質(zhì)體(隕石、月球)的年齡；②探索巖石成因，成巖物質(zhì)來(lái)源；③地殼及上地幔演化等。

1)測(cè)定復(fù)雜地質(zhì)體年齡（僅經(jīng)受一次區(qū)域變質(zhì)作用的火成巖）假設(shè)：①巖體基本保持封閉體系——全巖樣品的等時(shí)線的斜率仍能代表成巖時(shí)間；②變質(zhì)作用過(guò)程Sr同位素在新生變質(zhì)礦物中進(jìn)行了均一化,出現(xiàn)了一個(gè)新的變質(zhì)作用初始值(87Sr/86Sr)I

成巖年齡測(cè)定：采集全巖樣品作等時(shí)線變質(zhì)年齡測(cè)定：挑選含Rb的變質(zhì)礦物作等時(shí)線。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新成巖和變質(zhì)作用中Rb－Sr等時(shí)線圖中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2)確定成巖物質(zhì)來(lái)源不同巖漿源區(qū)具有不同的Rb、Sr同位素體系，為此可用其87Sr/86Sr比值探討其源區(qū)。例如：據(jù)研究表明：①石隕石87Sr/86Sr比值可作為地球形成時(shí)(45億年前)的初始比值。②未被混染的現(xiàn)代大洋拉斑玄武巖的87Sr/86Sr比值可作為現(xiàn)代上地幔87Sr/86Sr比值，0.7020~0.7060，平均0.7037。③大陸地殼在26億年形成Si—Al層，其現(xiàn)代Si—Al層巖石87Sr/86Sr比值為0.7190。陸殼形成過(guò)程中K更富集(Rb,87Rb→87Sr)為此現(xiàn)代陸殼87Sr/86Sr比值高。作出上地幔和大陸地殼Sr同位素演化圖解。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新把國(guó)內(nèi)外各地各時(shí)期花崗巖(87Sr/86Sr)和t投入Sr演化圖解上，則清楚地顯示出不同源區(qū)的花崗巖：①武巖演化區(qū)；②大陸地殼演化線附近；③兩者之間過(guò)渡區(qū)。結(jié)合其它地質(zhì)、地球化學(xué)證據(jù)，分析討論花崗巖的源區(qū)和成因。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新三、穩(wěn)定同位素地球化學(xué)基本概念氧、氫同位素地球化學(xué)

自然界氧、氫同位素分餾的主要原因

氧同位素的應(yīng)用鉛同位素地球化學(xué)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(一)基本概念穩(wěn)定同位素又分重穩(wěn)定同位素和輕穩(wěn)定同位素。

輕穩(wěn)定同位素：

1）原子序數(shù)Z＜20，ΔA/A≥10%(ΔA

為兩同位素質(zhì)量差)；

2）發(fā)生同位素成分變化的主要原因是同位素分餾作用，其反應(yīng)是可逆的。例：O、H、S、C、N元素的同位素。重穩(wěn)定同位素：

1）原子序數(shù)Z＞20，ΔA/A＜10%；

2）發(fā)生同位素成分變化的主要原因是放射性核素不斷衰變的結(jié)果所造成的，這種變化是不可逆的。

238U→206Pb、235U→207Pb、232Th→208Pb，其中87

Sr、143Nd、206Pb、207Pb、208Pb是重穩(wěn)定同位素。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新(二)氧、氫同位素地球化學(xué)（一）自然界氧、氫同位素分餾的主要原因

1.蒸發(fā)~凝聚分餾：氫有兩種穩(wěn)定同位素（H、D），氧有三種同位素（16O、17O、18O）；水可能有九種同位素分子組合：

H216OHD16OD216OH217OHD17OD217OH218OHD18OD218O

水在蒸發(fā)過(guò)程中輕水分子H216O比重水分子D218O易于富集在蒸汽相中，而凝聚作用相反，重的水分子優(yōu)先凝結(jié)。因此在氣、液相之間發(fā)生H、O同位素的物理分餾。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新由于水分子經(jīng)過(guò)反復(fù)多次蒸發(fā)~凝聚過(guò)程使得內(nèi)陸及高緯度兩極地區(qū)的蒸氣相（雨、雪）中集中了最輕的水（δ18O、δD趨向更大負(fù)值）；大洋及赤道地區(qū)出現(xiàn)重水（δ18O、δD趨向更大正值）。這就是“氫氧同位素的緯度效應(yīng)”（見圖）

。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2.水~巖同位素交換反應(yīng)當(dāng)大氣降水同巖石接觸，水與礦物（巖石）之間發(fā)生氧同位素交換反應(yīng)：

1/2Si16O2+H218O1/2Si18O2+H216O(25℃，α=1.0492)

其結(jié)果是巖石中富集了18O，水中富集了16O。由于大部分巖石中氫的含量很低，因此，在水~巖交換反應(yīng)中氫同位素成分變化不大。這種反應(yīng)是氧同位素豐度。

3.礦物晶格的化學(xué)鍵對(duì)氧同位素的選擇實(shí)驗(yàn)證明：

Si—O—Si鍵礦物18O最富;

Si—O—Al，Si—O—Mg，Si—O—Fe

其次;

含（OH）的礦物18O最貧。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

4．生物化學(xué)作用植物光合作用的結(jié)果使18O在植物體中富集，放出O2富含16O：

2H216O+C18O2

2(HC18OH)n+16O2

光合作用的實(shí)質(zhì)是水的去氫作用，植物將水分解，吸收其中的H與CO2結(jié)合成有機(jī)化合物分子。實(shí)測(cè)活的生物體、有機(jī)體、生物碳酸鹽都具有高的18O。自然界中由于以上氧同位素的分餾作用，使得在不同地質(zhì)體中，氧同位素成分有明顯變化，一般規(guī)律：有機(jī)體和CO2中18O/16O：2.1×10-3，最高地表水（H2O）

18O/16O：1.98×10-3，最低巖漿巖、變質(zhì)巖以及高溫形成的碳酸鹽巖居中18O/16O：2.01~2.04×10-3

沉積巖中比較富18O中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

（二）氧同位素的應(yīng)用

1.討論有關(guān)巖石的成因問(wèn)題幔源鎂、鐵質(zhì)巖石18O/16O與球粒隕石基本一致（2.03~2.04×10-3），其δ18O變化范圍很窄(5~7‰)

。這是用氧同位素來(lái)判斷幔源巖石的重要證據(jù)之一。這與礦物化學(xué)鍵對(duì)18O同位素選擇富集有關(guān)。而花崗巖δ值較高，而且變化范圍較大，主要是其成因及源區(qū)較復(fù)雜所致：

“I”型花崗巖δ18O＜10‰

“S”型花崗巖δ18O＞10‰氧同位素的應(yīng)用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2.根據(jù)成礦溶液的氫、氧同位素組成討論與礦床成因有關(guān)的問(wèn)題其思路是利用氧、氫同位素成分來(lái)判斷成礦溶液的來(lái)源，從而討論有關(guān)礦床的成因問(wèn)題。自然界各種產(chǎn)狀水的氫、氧同位素組成：1）原生水、巖漿水來(lái)自地幔的與鐵、鎂超基性巖平衡的水稱為原生水；巖漿水指的是高溫硅酸鹽熔體所含的水及其分異作用形成的水，因?yàn)樗鼈兲幱诟邷丨h(huán)境（t＞1000℃），α→1，原生水和巖漿水的氫、氧同位素成分接近于巖石。

δ18O=+5‰~9‰，

δD=-50‰~-85‰

（以變化范圍窄為特征）非幔源巖漿水一般具有較大的同位素組成的變化范圍，與原生水的共同特征是高溫弱分餾。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

2）變質(zhì)水在變質(zhì)過(guò)程中與變質(zhì)巖平衡的水，含在變質(zhì)礦物的包體中。由于來(lái)源復(fù)雜、產(chǎn)狀多變，多具混合成因特征。因此，同位素成分變化較寬。

δ18O=-16‰~+25‰

δD=-20‰~-140‰

高溫變質(zhì)水與巖石達(dá)到同位素交換平衡，因此，變質(zhì)熱液的同位素組成指示變質(zhì)環(huán)境、原巖性質(zhì)和流體來(lái)源。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

3）封存水、深成熱鹵水為海水或大氣降水深循環(huán)或長(zhǎng)期封存的產(chǎn)物。這種水以高溫、高礦化度為特征，具有較大的攜帶和攝取礦質(zhì)的能力。

δ18O=-16‰~+25‰

δD=-25‰~-120‰

多數(shù)產(chǎn)于沉積巖中的封存熱鹵水具有較高的δ18O值，其最高值出現(xiàn)在生物成因的沉積巖中，水/巖比值較低，水同位素組成接近巖石。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

4）大氣降水是指不久前通過(guò)大氣循環(huán)的水，如雨、雪、冰，河湖水及進(jìn)入地下流動(dòng)的低溫地下水。其同位素成分變化大。δD變差范圍大于δ18O，主要由物理分餾控制，沿克雷格線分布。

δ18O=+5‰~-50‰

δD=+100‰~-350‰

大氣降水氫、氧同位素組成，具緯度效應(yīng)，即向低緯度（赤道）大洋中δ18O、δD趨向更大正值；而向高緯度（兩極）雨、雪中δ18O、δD趨向更大負(fù)值。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

地球化學(xué)思維實(shí)例：根據(jù)Sheappard（希派特）對(duì)南北美洲環(huán)西太平洋斑巖成礦帶氧、氫同位素組成的研究：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新根據(jù)Sheappard（希派特）對(duì)南北美洲環(huán)西太平洋斑巖成礦帶氧、氫同位素組成的研究，從北到南采集兩種類型的蝕變礦物，測(cè)定其氫、氧同位素組成：

①鉀化帶蝕變黑云母，δ18O，δD穩(wěn)定，不隨緯度而變化；

②青盤巖化帶（泥化帶）絹云母，δ18O，δD隨緯度而變化，具明顯“緯度效應(yīng)”。這一規(guī)律示蹤的地球化學(xué)信息：斑巖銅鉬礦床鉀化帶蝕變以巖漿水作用為主導(dǎo)，而圍巖中青盤巖化蝕變當(dāng)?shù)貒鷰r中的大氣降水起到了重要的作用；斑巖礦床成礦蝕變流體是多源的。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新在同位素交換平衡反應(yīng)中，同位素分餾系數(shù)α是絕對(duì)溫度t的函數(shù)。

簡(jiǎn)化后得：△A-B≈A×106/T2+B

（a，b為可從實(shí)驗(yàn)室測(cè)得得待定常數(shù)）

①內(nèi)部溫度法：根據(jù)共生礦物對(duì)之間的同位素分餾作用來(lái)測(cè)定同位素地質(zhì)溫度;如：石英—磁鐵礦氧同位素溫度計(jì)。

②外部溫度法：礦物與水之間的同位素平衡迅速（幾天或幾小時(shí)），可直接用于礦物一流體相的地質(zhì)測(cè)溫，稱為外部測(cè)溫法。

3.氧同位素溫度計(jì)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新礦物~水a(chǎn)b溫度區(qū)間(oC)石英~水3.38×106-3.40200~500堿長(zhǎng)石~水2.15×106-3.82350~500方解石~水2.78×106-3.400~800白云母~水2.38×106-3.89350~650中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新例如：以石英、方解石共生礦物對(duì)為例：

1000lnα石英-水=3.38×106T-2-3.401000lnα方解石-水=2.78×106T-2-3.40

則石英—方解石氧同位素溫度計(jì)為：

1000lnα石-方=(3.38-2.78)·(106T-2)+[-3.40-（-3.40）]1000lnα石-方=Δ石-方=0.60（106T-2）

外部測(cè)溫法，可用來(lái)計(jì)算水介質(zhì)的氫、氧同位素組成。其條件是，當(dāng)某礦物的氫、氧同位素組成及其形成溫度是可知時(shí)，便可根據(jù)有關(guān)方程，計(jì)算出介質(zhì)水的氫、氧同位素組成：

1000lnα礦物—水=δ18O礦—δ18O水=(α/T2)+b

其中δ18O礦、T已知，a、b是待定常數(shù)，則可計(jì)算出成礦溶液的H、O同位素組成。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新注意事項(xiàng)：礦物對(duì)與公共介質(zhì)達(dá)到同位素平衡；注意a、b常式適用一定溫度區(qū)間的；平衡“凍結(jié)”后，避免后期作用干擾。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

（三）鉛同位素地球化學(xué)

1.在自然界鉛同位素成分的變化在自然界鉛有四種同位素，它們是

204Pb、206Pb、207Pb、208Pb，其中204Pb

是非放射成因同位素（到目前為止，尚不知它的母體），可能是宇宙成因的。為此，自合成至今，其同位素豐度基本不變。而206Pb、207Pb、208Pb

是放射成因的產(chǎn)物：

T=4.50×109年（居中）

T=0.713×109年（最快）

T=13.9×109年（最慢）

1.在自然界鉛同位素成分的變化隨著地質(zhì)歷史的發(fā)展，206Pb、207Pb、208Pb

將不斷積累。下面概略討論一下自然界鉛同位素成分的變化：

1.隨著地球演化歷史的進(jìn)程，

206Pb、207Pb、208Pb是不斷增加的，而204Pb

是基本不變的，這樣，206Pb

/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb

的比值將隨著時(shí)間的增長(zhǎng)不斷提高。換言之，鉛同位素組成是時(shí)間的函數(shù)，通常時(shí)代愈早形成的放射成因鉛愈少；反之，則相反。

2.

地球上所有鉛是放射成因鉛加入原始鉛形成的：

Pb總=Pb0+Pb☆

（Pb0

：原始鉛；Pb☆

：放射成因鉛）中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新鉛類型測(cè)定對(duì)象

206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb原始鉛隕硫鐵9.30710.29429.476現(xiàn)代鉛洋底淤泥18.54915.68138.373

3.把美國(guó)亞利亞那州坎寧迪亞布洛隕硫鐵鉛同位素組成作為地球最初時(shí)刻形成鉛，稱為原始鉛；把太平洋底淤泥作為現(xiàn)代鉛：資料來(lái)源：M.Tatsumoto等，1973年中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

4.地殼中的鉛同位素比值在地球歷史中單向增長(zhǎng)。其鉛同位素成分的變化是放射鉛不斷加入到原始鉛的結(jié)果。見圖：由圖可見，經(jīng)過(guò)45.7億年238U

已衰變掉其總量的一半（238U的半衰期與地球年齡接近），目前地殼中的

206Pb

約一半為地球形成以來(lái)238U

衰變的產(chǎn)物。

5.

自然界中鉛同位素的質(zhì)量數(shù)很大，加上不同同位素之間的相對(duì)差又很小，由此由于物理化學(xué)條件改變而造成的它們之間的分餾作用極小，完全可以忽略不計(jì)。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新2.鉛同位素的分類自然界的鉛同位素分成放射成因鉛和普通鉛兩大類。放射成因鉛具有廣義和狹義兩種：廣義指的是凡由238U、235U、232Th放射衰變所產(chǎn)生的206Pb、

207Pb、

208Pb，均稱為放射成因鉛，而僅僅204Pb為非放射成因的。狹義指的是礦物結(jié)晶時(shí)，形成異常的U、Th

放射性同位素（瀝青鈾礦、鋯石），經(jīng)放射性衰變所產(chǎn)生的206Pb、

207Pb、

208Pb

的異常積累，它的同位素組成的變化主要發(fā)生在礦物結(jié)晶之后。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新普通鉛按B.R.多伊的定義指的是U/Pb、Th/Pb比值低的礦物和巖石中任何形式的鉛（如方鉛礦、黃鐵礦、鉀長(zhǎng)石等）。在礦物形成之前，鉛以正常比例與U、Th共生，接受U、Th衰變產(chǎn)物的鉛,不斷疊加并均勻化，在某一地質(zhì)作用中固結(jié)形成的含鉛礦物，由于含鉛礦物中U、Th的豐度相對(duì)于Pb來(lái)說(shuō)是微不足道的。因此，礦物中再也沒(méi)有放射性成因鉛的生成，也就是說(shuō)其鉛同位素組成被“凍結(jié)”了。這是普通鉛的一個(gè)顯著特點(diǎn)，它記錄了礦物形成時(shí)的鉛同位素組成。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新為了討論鉛同位素的年齡測(cè)定和示蹤作用，我們又將鉛按其成因和產(chǎn)狀分為原生鉛、原始鉛、初始鉛和混合鉛。

原生鉛：指地球物質(zhì)形成之前在宇宙原子核合成過(guò)程中與其他元素同時(shí)形成的鉛，原生鉛都是非放射成因鉛，而且以富含204Pb為特征。原始鉛：指的是地球剛形成時(shí)的鉛。以美國(guó)CanyonDiablo

隕硫鐵作為標(biāo)準(zhǔn)。

初始鉛：一般指的是礦物和巖石結(jié)晶時(shí)進(jìn)入到其中的鉛，其鉛同位素組成等于原始鉛同位素組成加上從地球形成到巖石、礦物結(jié)晶時(shí)這段時(shí)間內(nèi)所積累起來(lái)的放射成因的鉛。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新

混合鉛：即由不同U/Pb、Th/Pb比值的兩個(gè)以上體系混合而成的鉛。這種鉛同位素組成比較復(fù)雜，它可以是普通鉛之間的混合、普通鉛與放射成因鉛（狹義）的混合，也可以是放射成因鉛之間的混合?；旌系谋壤?、混合作用的時(shí)間及混合的次數(shù)影響著它們的鉛同位素組成的變異。據(jù)大量的研究資料表明，自然界幾乎所有的含鉛礦物和巖石都是混合鉛，它們沒(méi)有計(jì)時(shí)意義。

下面用圖把這幾種類型的鉛歸納對(duì)比一下：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新幾種類型鉛的歸納對(duì)比圖中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地球化學(xué)系制作，2021年10月16日更新3.鉛同位素的應(yīng)用

普通鉛法

年齡測(cè)定（Pb-Pb法）也稱Holmes-Houtermans法

基本思路:

自地球形成開始鉛同位素在某一具有正常的