Rosholt and Bartel (1969)
实例：
右图为美国怀俄明州 Granite Mountains 岩基 全岩238U-206Pb等时线图。 由于已知岩体的形成时 间为2.82Ga，图中所有 的数据点并不沿该等时 线分布，而是显示出不 同程度的低238U/204Pb比 值，即样品发生了明显 的U丢失，而无法给出 正确的年龄值。
206 204
Pb Pb
207 204
U-Th-Pb同位素体系
U、Th放射性衰变方程及参数
238U 234 Th ...... 226 Ra 222 Rn ...... 210 Pb ...... 206 Pb
238U → 206Pb + 8 + 6 - + E
t1/2 = 4.47 109yr 1= 1.55125 10-10yr-1
古土壤风化壳 中碳酸盐表壳 可起到类似混 凝土作用，使 体系内元素活 动性降低，可 供进行地层界 线精确定年。
Smith and Farquhar (1989)
成功实例：加拿大珊瑚碳酸盐U-Pb等时线年龄。所获的 等时线年龄与约375- 385 Myr的地层年龄相近。但图中 的空心符号代表的样品发生了不同程度的体系开放。
U-Th-Pb同位素体系
普通Pb-Pb法
206 204
Pb Pb
206 204
Pb Pb
i
238
U (e238t 204 Pb
1)
（1）
207 Pb 204 Pb
207 204
Pb Pb
i
235
U (e235t 204 Pb
1)
对定年基本方程分别进行变换，则：
（2）
207 204
Pb Pb
235U 231 Th ...... 227 Th 223 Ra ...... 211 Bi ...... 207 Pb
235U → 207Pb + 7 + 4 - + E
t1/2 = 704 106yr 2= 9.8485 10-10yr-1
232Th 228 Ra ...... 224 Ra 220 Rn ...... 212 Pb ...... 208 Pb
207 204
Pb Pb
i
235
U (e235t 204 Pb
1)
208 Pb 2
i
232Th 204 Pb
(e 232t
1)
U-Th-Pb同位素体系
由于U-Th-Pb体系可构成相互独立的衰变体系，原理上 对同一地质体进行同位素分析，可获得三个独立的年龄 值。如所分析样品符合等时线前提，238U-206Pb、235U207Pb、232Th-208Pb体系应该给出一致的年龄（相对误差 小于或等于10%）；然而，由于U、Pb的易活动性，在 风化作用和低级变质作用，常可导致体系U-Pb同位素组 成不能保持封闭，往往得不到一致年龄，因此用等时线 法成功获得有意义年龄的实例相对有限。
其中206Pb、207Pb、208Pb为稳定同位素，分别为238U、 235U、232Th放射性形成的同位素子体同位素。204Pb 因无对应的放射性同位素母体，故不属于放射成因同 位素。
除上述同位素外，还有短命的210Pb、211Pb、212Pb和 214Pb，均是Th、U衰变过程中间产物，半衰期非常短
18-同位素地球化学
U-Th-Pb同位素体系
U-Th-Pb地球化学性质 • U和Th常为+4价，离子半径分别为1.05和1.10Ă； • U和Th均为强不相容元素，在地壳中富集，地幔中亏
损； • 多数条件下U和Th呈分散状分布于造岩矿物中或集中
于副矿物中(锆石、独居石、磷灰石、榍石)；锆石 (ZrSiO4)选择性富U，独居石([La,Ce,Th]PO4)选择性富 Th。
沉积岩中:
(U6+O2)2+溶于碱性海水，故沉积碳酸盐中Th/U = 0.77； 但深海锰结核中，因粘土吸附Th，Th/U = 5.38。
U-Th-Pb同位素体系
U-Th-Pb同位素
铀由3个同位素组成：
Isotope 238U 235U 234U 232Th
Abundances, half-lives and decay constants of U and Th
钍由两同位素组成： 232Th100% M=232.038050 230Th≤0.0005%
U-Th-Pb同位素体系
Pb同位素主要由4个同位素组成： 204Pb 1.4% 203.973029 206Pb 24.1% 205.974449 207Pb 22.1% 206.975881 208Pb 52.4% 207.976636
232Th → 208Pb + 6 + 4 - + E
t1/2 = 14.01 109yr 3= 0.49475 10-10yr-1
U-Th-Pb同位素体系
U-Th-Pb定年的原理
206 204
Pb Pb
206 204
Pb Pb
i
238
U (e238t 204 Pb
1)
207 Pb 204 Pb
Abundance (%) Half-life (years) Decay constant (y-1)
99.2743
4.468×109
1.55125×10-10
0.7200
0.7038×109
9.8485×10-10
0.0057
2.47×105
2.806×10-6
100.00
14.010×109
4.9475×10-11
U-Th-Pb同位素体系
U-Th-Pb地球化学性质
• Pb为中等不相容元素，其离子半径为1.32 ； • Pb的独立矿物为方铅矿，在硅酸盐矿物中，多与元素
K形成类质同象而趋向存在于钾长石等矿物中； • 通常条件下Pb性质稳定，但在高温和酸性条件下可形
成氯或硫的化合物，易溶解于热液中而发生迁移。
U-Th-Pb同位素体系
各类岩石中U,Th,Pb的平均含量
U-Th-Pb同位素体系
自然界中的U 、 Th 、 Pb的分布:
地幔 下地壳 上地壳 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩
U 0.055 0.62 3.65 0.01 0.4 1.8 4.0
Th 0.19 3.6 12.1 <0.05 1.3
7.0 18.0
Pb 0.4 6.5 19.9 0.3 3.2 15.0 24.0