页岩气是什么

天然气层、煤层气、页岩气层之间是什么关系？如何区分？

天然气层、煤层气、页岩气层之间的关系：

专业上把天然气称为常规天然气，而把煤层气与页岩气称为非常规天然气，其本质都是“天然气”即天然形成之气，他们都是古老生物遗体埋藏于沉积地层中，通过地质作用形成的化石燃料，都是自然形成的洁净、优质能源，这是他们的共同点。

1、常规天然气（Natual gas）是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是甲烷（CH4），另有少量乙烷、丙烷和丁烷，成分相对复杂，比重约065，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性。

2、煤层气（coalbed）俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，成分较简单，是基本上未运移出煤层，以吸附、游离状态赋存于煤层及其围岩中的煤层气。其热值是通用煤的2到5倍，燃烧后几乎没有污染物。

3、岩层气（shale gas）是从页岩层中开采出来的天然气，成分以甲烷为主。

天然气层、煤层气、页岩气层之间可以这样区分：

1、常规天然气以游离赋存为主，蕴藏在地下多孔隙岩层中，主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤田。其开采时一般采用自喷方式采气、排水式采气，开采技术较简单。

2、煤层气赋存特点是在成煤的过程中以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤、围岩孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。其开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出，相对天然气开采程度大一点。煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体，发热量大于8100大卡/m3。

4、岩层气成藏的生烃条件及过程与常规天然气相同，页岩气藏具有自生自储的特点，页岩既是烃源岩又是储岩。其开采难道较大（因为页岩气储集层渗透率低），主要有水平井技术和多层压裂技术。较常规天然气，页岩气具有开采寿命长和生产周期长的优点，且分布范围广，厚度大，能够长期稳定的产气，所以目前页岩气的开采技术发展蛮快的。

什么是页岩气

页岩气是蕴藏在地下深处页岩层内的天然气。

是可以从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。

生烃源岩中一部分烃运移至背斜构造中形成常规天然气，尚未逸散出的烃则以吸附或游离状态留存在暗色泥页岩或高碳泥页岩中形成页岩气。 以吸附、游离和溶解状态赋存于泥页岩中的天然气与常规天然气相比，其气藏的特点是页岩既是源岩，又是储层和封盖层。

因此页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

页岩气是什么,主要成分是什么,在什么地方有,用途

主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。 页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主 于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当，但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性，并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。因此属于不完整意义上的页岩气。因此，中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同，分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。

中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿-30万亿立方米，与美国283万亿立方米大致相当，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达30~50年，甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地Bart页岩气田开采寿命可达80~100年。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。

天然气和页岩气有什么区别？什么是页岩气？

页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20%~85%。

页岩气与天然气的区别：

1、主要成分不同

页岩气的主体成分是甲烷，而天然气是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。

2、范围不同

页岩气是一种特殊的天然气，它是在页岩层中开采的。普通的天然气开采范围远大于页岩气。

3、分布不同

页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，与一般的天然气相比，大部分产页岩气分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

而天然气主要分布于渤海湾、四川、松辽、准噶尔、莺歌海-琼东南、柴达木、吐-哈、塔里木、渤海、鄂尔多斯等地。

4、特征不同

较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，且可以游离相态存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中。

而天然气按在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。

搜狗百科-页岩气

两种物质形成完全互溶固溶体的条件包括：

化学相似性：两种物质化学性质相似，分子结构相近或相同，互相溶解能力强。

晶体结构相似性：两种物质的晶体结构相近，晶格常数和晶胞结构相似，晶体缺陷小，表面能低。

温度：两种物质在一定温度下可以形成固溶体，而在其他温度下不能形成固溶体。

摩尔体积相似性：两种物质摩尔体积相似，因为摩尔体积相差过大会导致晶格形变，难以形成完全互溶的固溶体。

互溶度：两种物质互相溶解能力越强，形成完全互溶的固溶体的可能性越大。

对于二元固液相图，其基本特点如下：

二元固液相图是描述两种物质在固态和液态状态下的相互作用的图表。

二元固液相图包含三个组成部分：液相区、固相区和共饱和区。

液相区是指只有液相存在的区域，这里两种物质的浓度可以任意改变，形成不同的混合物。

固相区是指只有固相存在的区域，这里两种物质的浓度是固定的，不可改变。

共饱和区是指液态和固态同时存在的区域，在这里两种物质的浓度可以沿着共饱和线变化，形成不同的混合物。

共饱和线是液相区和固相区之间的边界线，表示固液相平衡时两种物质的最大相溶度。

共熔点是液态和固态同时存在时两种物质的最低熔点，可以在二元固液相图上找到。

综上所述，二元固液相图可以为我们提供物质在固液相态下的相互作用信息，帮助我们了解物质的结构和性质，从而指导材料的设计和应用。

宇宙是一个连续、平滑的平行闭合四维形式存在

一、看得见的正常物质

普通物质，只占宇宙总质量的不到5％。估计，另外25％，可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质。剩下的70％呢？天文学家认为那可能是暗能量——让宇宙加速膨胀的力量。

二、看不见的暗物质

宇宙中除有正常物质和暗物质外，还有暗能。正常物质占44%，暗物质约占23%，暗能约占73%。暗能是一种特殊的宇宙物质，它能产生负引力，使宇宙加速膨胀。

三、神奇的反物质

宇宙大爆炸学说认为宇宙产生之初会同时产生反物质，按照该学说，宇宙是从大约150亿年前温度和密度极高的物质状态中“爆炸”产生，并且不断膨胀，发生着温度从热到冷、物质密度由密到疏的演化过程，在这一过程中，同时形成了诸如电子、质子、中子等粒子，以及它们的反粒子（反电子、反质子、反中子等），粒子与反粒子接触会产生能量巨大的“湮灭”，由于粒子数稍多于反粒子，因此，由剩余的粒子组成了目前的物质世界。

主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

　　页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，

页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气

，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

　　页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当，但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性，并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。因此属于不完整意义上的页岩气。因此，中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同，分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。

　　中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿－30万亿立方米，与美国28．3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。

选矿闭路试验的精矿金属品位和回收率与原矿的物相分析基本吻合，试验就算基本完成任务。产品的物相分析主要是为了说明选矿效果和工艺所达到的水平。但是，有的选矿试验的经济技术指标不够好，不一定是技术原因，而是矿石的物质成分本身所决定的。指标虽然较差，但试验水平仍有可能是高的。因此，对最终选矿产品进行物相分析，常是评价一项选矿试验是否成功，试验工作达到什么水平的重要客观依据。

1大西沟浮选菱铁矿的单矿物组成分析

大西沟菱铁矿的工业矿物主要有磁铁矿和菱铁矿。选矿试验方案之一是先用弱磁选选取磁铁矿，然后在弱磁尾矿中用浮选选取菱铁矿。经过相当长时间的反复试验，所得菱铁精矿TFe最好品位为3960%。当时由于认为菱铁矿就是FeCO3，其理论TFe 含量应为4820%，按此要求，则精矿含TFe 3960%就显得太低了。但已无法再提高菱铁精矿铁的品位。

在对菱铁精矿进行物相分析中，用方解石族碳盐酸矿物相分析方法对菱铁矿的单矿物组成进行了测定，获得结果是该菱铁矿组成（Fe，Mg，Mn）CO3中 FeCO3占885%、MgCO3占85%、MnCO3占30%，菱铁矿单矿物的含铁量TFe为4266%，以此来衡量菱铁精矿质量，菱铁矿已占928%，这样的浮选效果应算是不错的，从而避免了再继续试验麻烦。

2大西沟强磁菱铁精矿中钾的赋存状态和钾进入精矿的原因研究

菱铁精矿中碱金属含量高在烧结球团中将使烧结矿强度不够，在冶炼中对炉衬有腐蚀作用，并是导致高炉结瘤的原因之一。因此要求冶炼一吨生铁仅矿带入的碱金属量应不大于5kg。对TFe为35%的菱铁精矿，若高炉全部用它的烧结矿，则K2O的含量应不大于02%。

大西沟菱铁矿用弱磁⁃强磁选矿工艺所得的菱铁精矿中含K2O高达109%，必须查明钾进入菱铁精矿的原因，并采取降低钾含量的措施。

（1）菱铁精矿中钾的物相分析

根据原矿工艺矿物学研究，原矿中含钾矿物主要为绢云母，有少量黑云母和白云母。绢云母和白云母具有相同的化学组成和化学性质。钾的物相分析表明，绢云母状态K2O占099%，黑云母状态K2O占006%，说明菱铁精矿中的钾主要呈绢云母状态存在。

（2）绢云母进入菱铁精矿途径分析

强磁选菱铁精矿的磁场强度为8000Oe，扫选磁场强度为9000Oe，分析绢云母进入菱铁精矿可能有以下几条途径：①绢云母与微粒铁矿物连生，被夹带进入菱铁精矿。②绢云母本身具有弱磁性，与菱铁矿同时被选入菱铁精矿。③绢云母呈矿泥状被菱铁矿夹带进入菱铁精矿。

（3）绢云母的比磁化系数

曾经对几种混合矿物测定其比磁化系数（10-6cm3/g），原矿为226（其中菱铁矿占40%左右，其他矿物为石英和绢云母）。菱铁精矿为128（其中菱铁矿占93%，其他矿物为石英和绢云母），强磁尾矿为822（其中菱铁矿＜13%，其他矿物为石英、绢云母）。

取菱铁精矿用盐酸处理，彻底溶解掉磁铁矿和菱铁矿，残渣经镜下检查，主要为石英和绢云母，经物相分析测定绢云母占37%。

用比较法对残渣测定比磁化系数。菱铁精矿为 37572×10-6cm3/g 时，残渣为197×10-6cm3/g，说明绢云母实际上为无磁性矿物。

（4）绢云母具有弱磁性的原因

菱铁精矿中铁的物相分析结果如下：按Fe计，碳酸铁3249%、磁铁矿029%、黄铁矿011%、赤褐铁矿384%、硅酸铁032%。

对菱铁精矿中用弱磁选选得的磁铁矿测定其中的K2O和Fe，K2O/Fe比值为126/225，说明被强磁选进入菱铁精矿中的钾有部分是磁铁矿的连生体。

取菱铁精矿用HCl（2+98）处理，选择溶解去菱铁矿后，残渣在偏光显微镜下观察，含绢云母约40%，其中约95%的呈显微鳞片状连生聚集体存在，约5%的绢云母呈单体状态存在。呈聚集体状态存在的绢云母普遍包裹尘点状铁矿物（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）其尘点粒径在5～8μm之间。这尘点铁矿物是使绢云母具有弱磁性而被选入菱铁精矿的主要原因。

（5）研究结论

1）大西沟强磁选菱铁精矿中的钾主要呈绢云母状态存在（按 K2O 计占总量的943%）。

2）绢云母矿物本身为非磁性矿物，但菱铁精矿中的绢云母有95%左右呈显微鳞片状聚集体状态存在，它普遍包裹尘点状铁矿物（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）从而使绢云母具有弱磁性。

3）菱铁精矿中的绢云母只有约5%呈单体解离状态存在。因此，采用强磁选方法选取菱铁矿很难使菱铁精矿中的K2O降至1%以下。

4）因此，采用强磁选方法回收菱铁矿将难以获得高炉用的合格精矿。

自然界同位素组成经常呈现一定程度的变化。引起同位素成分变化的主要过程有两类:一类是放射性同位素衰变,使母体同位素的数量随时间的推移逐渐减少,同时子体同位素的数量不断增加;另一类是由各种化学和物理过程引起的同位素分馏,氢、碳、硫、硅、氮等同位素组成变化主要是由同位素分馏引起的。对这两类作用的研究是同位素地球化学的主要任务。

6121稳定同位素分馏

轻稳定同位素(Z<20)的相对质量差较大(△A/A≥10%),在自然过程作用中由于这种质量差所引起的同位素相对丰度的变异,称为同位素分馏作用。根据分馏作用的性质和条件可区分如下:

(1)物理分馏:也称质量分馏,同位素之间由质量引起的一系列物理性质的微小的差别,如密度、熔点、沸点等(表61),使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。经过蒸发凝聚循环,H2O富集在蒸气相中,D2O更多地残留于水体中。经过多次物理分馏,在一些地区(如高纬度区)大气降水中将形成最轻的水。由于地球重力作用会引起轻重同位素分子的扩散分异,如大气圈高空富集14N,而低层15N集中。单向多次反复的物理过程中,同位素质量分馏效应最明显。

表61 水和重水的物理性质

(2)动力分馏:含有两种同位素的两类分子时,由于质量不同,它们参加化学反应的活性有差异。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂,因此,轻同位素分子的反应速率较高,在平衡共存相间产生微小的分馏,在反应产物中,特别是活动相中更富集轻同位素。如:

地球化学

经实验测定K1/K2=117。

(3)平衡分馏:在化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化,使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生的分异叫做平衡分馏,也称同位素交换反应。达到同位素交换平衡时,共存相间同位素相对丰度比值为一常数,称分馏系数α。如:

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在25℃时同位素交换平衡分馏系数α=10310。

(4)生物化学分馏:生物活动和有机反应时的同位素分馏效应更强。如植物通过光合作用使21C更多地富集于生物合成有机化合物中。因此生物成因的地质体如煤、石油、天然气等具有最高的w(12C)/w(13C)值。生物化学分馏是同位素分异作用的重要控制反应。

6122 同位素丰度的表示方法稳定同位素丰度的变异通常用R值来衡量和比较,如大气中的φ(16O)/φ(18O)比值:

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R值只代表同位素丰度的相对变化。若取某一给定样品的R值为标准,则可测得各地质样品中R值与标准的绝对变差,以δ表示:

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习惯上将微量同位素作为分子。这样就可以从样品的δ值直接看出样品中微量同位素比标准富集和贫化的程度。例如样品的δ>0,表明微量同位素比标准更富集;若δ<0,表明微量同位素相对标准贫化;若δ=0,表明样品与标准具有相同的同位素丰度比。

被选作标准的样品应具备同位素成分均匀、数量大、地质产状有特殊意义及便于采样和同位素成分测定等特点,目前世界通用的同位素标准样品列于表62。

表62 H、O、C、S同位素国际标准

氧同位素有两种标准,它们之间的换算公式为:

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对于同位素分馏系数,设有同位素平衡分馏反应:

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式中:A、B为含有相同元素的两种分子;a、b为分子系数;1为轻同位素,2为重同位素。则同位素分馏系数α的定义为:

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同位素分馏与其他化学反应不同,作用前后物质的化学成分未发生变化,只是两相间同位素的相对丰度发生了变化。分馏强度和平衡的达成受动力学因素控制。实验证明,△A/A愈大反应前后物态和价态的差异愈大,分馏愈强;缓慢的过程可达到充分的平衡和强的分馏效应,快速反应因不易达到平衡而分馏效应弱。分馏系数α是温度的函数,温度愈低分馏系数愈高,高温条件下,α→1,如反应:

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在0℃时,α=1064;在23℃时,α=1059;在327℃时,α=1014,可见温度升高,α逐渐趋近1。

分馏系数与平衡常数的概念是不相同的,它代表在体系的不同部分同位素丰度的变异关系,同位素交换反应可以达平衡或未达平衡,也可以不是同位素交换反应;它可能只有一个反应,也可能包含几个反应过程。

按平衡常数定义,(62)式可改写为:

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分馏系数与平衡常数的关系为:α=Kab/,如果反应中只有一个原子发生同位素交换,则α=K。当α>1,反应向右进行;当α<1,反应向左进行;α=1,无同位素分馏。α值愈偏离1,则同位素分馏愈强。反应的α值可以实验测定,也可以用理论公式计算。地质体中共存相之间同位素分馏系数α可以通过实测两相δ值后用下列公式逼近:

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通常α值接近1,即α=100x-10x0,数学上可证明:1000lnx≈x,则下式可简化为方便的近似计算式:

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6123 放射性衰变

自然界中不稳定核素不断自发地放射出质点和能量、转变成稳定的核素,称为核衰变或蜕变。通常我们把衰变前的核素称为母体(母核),衰变后的核素称为子体(子核)。核衰变的结果使母体同位素不断减少,而子元素同位素不断增加,从而改变母体同位素和子体同位素的成分。核衰变是放射性核素的一种特性,不受任何物理化学条件的影响。

自然界的衰变反应有以下几种:

(1)β-衰变。原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子(即β-质点),β-质点被射出核外,同时放出中微子v。如果以X代表母核,Y代表子核,β衰变的反应通式为:

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式中:Z为原子序数;A为原子量;v为中微子;E为能量。衰变后核内减少一个中子,增加1个质子,新核的质量数不变,核电荷数加1,变为周期表右侧的相邻元素。如:

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衰变前后原子核的总质量不变,因此 又被称为同量异位素。

(2)电子捕获。原子核自发地从K或L层电子轨道上吸取一个电子(多数为K层,故又称K层捕获),与一个质子结合变成一个中子。反应式为:

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衰变产物核质量数不变,核电荷数减1,变为周期表左邻的元素。例如:

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(3)α衰变。重核通过放射出由两个质子和两个中子组成的α质点(即 核对,称四粒子组)而转变成稳定核。衰变反应式为:

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由上式可见新核同位素原子序数减2,质量数减4,在周期表上的位置向左移两格。例如:

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(4)重核裂变。重同位素自发地分裂成2或3个原子量大致相同的碎片,382U、352U和22Th3等重核都可以发生这类裂变。

自然界中的放射性衰变过程,有时只通过一次衰变就可完成,如:

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但有些放射性同位素的原子核要经过一系列的衰变才能转变为稳定同位素。如238U、352U、232Th三个放射性的为母体的衰变是一个系列的衰变,它们的衰变过程可分别归纳为:

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