关于同位素地质测试数据的数据处理及结果表示

关于同位素地质测试数据的数据处理及结果表示

陈嵩

齐齐哈尔矿产勘查开发总院黑龙江省齐齐哈尔市161000

摘要：同位素地质数据是十分珍贵的地球科学数据，而数据的质量是建立可靠同位素数据库的关键。本文论述了同位素地质测试数据的数据处理及有效数字位数等问题，并根据现有分析方法及仪器的曼敏度、精密度和准确度等因素，对实验室报出同位数地质测试数据的有效位数进行了约定。

关键词：同位素地质；数据处理；有效位数

可靠地数据已成为对地质体和地质过程进行准确定量描述的基础。鉴于同位素地质领域中，对其分析测试数据的计算处理方法和报出数据的有效位数尚无统一的规定，不同实验室及不同分析者在数据处理时采用的模式及报出的测定结果的有效位数不完全相同。某些报出数据的有效位数过多或偏少，违背了数据的真实性，影响到测试数据的对比和应用，这一问题长期以来一直是困扰我国同位素地质研究与测试人员的问题之一。

一、同位素地质学概述

利用放射性同位素的衰变规律，稳定同位素的丰度变化，来研究地壳发展和地质体形成的历史，以及在不同地质作用下地球物质迁移过程的这一学科称为同位素地质学。同位素地质学的一个重要用途是用以确定地层、岩石的形成时间。同时，同位素地质学是地球科学、物理学、化学和技术科学相互交叉发展起来的一门新兴学科，是地质学的一个新的分支。近年来，同位素地质学获得了迅速发展，渗透到地质学、地球化学的各个方面，对解决一系列重大基础地学问题发挥了关键性的作用。它是地球科学定量化的重要标志，也是“数字地球”的重要组成部分。

二、同位素地质样品分析的质量监控

同位素地质样品分析数据的质量通常以误差和标准偏差的形式表示，源自于分析过程的随机误差、系统误差及可能的过失误差。其大小随分析方法的质量水平、仪器的稳定性、操作人员的技术水平、客观环境条件、试剂质量等因素不同而异。质量监控的目的是力求减小随机误差，避免系统误差，杜绝或防止过失误差。因此要尽可能做到：采用准确的分析方法，测量仪器稳定，仪器及量器经过检定或校验，参比标准准确可靠，试剂及水的纯度符合要求，背景污染受控，分析方法适应于被测样品的特性及样品的代表性得到保证等。

质量监控的基础是假定分析工作是在受控条件下进行的，分析数据仅有随机误差且呈正态分布，不存在明显的系统误差，因而可根据统计检验法则来对分析数据进行质量监控和评估。

对分析过程的质量监控及监控限的确定已有许多规定，大体上有如下一些方案：①以标准方法确定的重复性和再现性为允许限；②按质量控制图方法计算质量控制参数；③以对数误差的平均值和对数误差的标准偏差分别对准确度和精密度进行监控；④按行业规定的监控方法和允许限或用户提出的要求执行。不同的监控方案、监控的参数及监控限的设计思想也有明显的差别。

同位素地质样品分析由于矿物样品量极少和样品中同位素成分的不均匀性，在分析测试中不适于成批样品的重复(基本与检查)分析，因此应参照《同位素地质样品分析的质量监控与质量评估》和中华人民共和国地质矿产行业标准《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ0130-94)，采用标准物质监控为主，与样品双份分析和空白监测相结合，准确度监控与精密度监控并重，并对每批样品的测试分析结果进行量化评估，进而确实保证分析数据的质量。

三、关于测试数据的数据处理

1、年代学中等时线的数据处理。年代学中等时线(Rb-Sr、Sm-Nd、Pb-Pb、La-Ce等)拟合，应采用目前国际上公认和通用的美国地质调查所Isoplot程序进行双误差回归，并给出95％置信度下的误差范围和表征等时线拟合品质参数MSWD(MeanSquaresofWeightedDeviates)。U-Pb不一致曲线的线性拟台，应采用国际通用的Ludwig方法，给出上、下交点年龄及其正、负误差。

2、稳定同位素的数据处理。稳定同位素成分测定，应在质谱分析数据处理程序中一步到位地直接换算为相对于国际标准(V-PDB、V-SMOV、V-CDT⋯)的值，即由分析数据直接打印出最终结果。

四、测定结果表示

1、年代学。年代学各方法均给出母体同位素和子体同位素的元素含量(质量分数，/1O-6)、相关同位素比值(同位素原子个数比值，其中子体同位素比值给出1倍标准偏差的内部精密度)、以Ma为单位的年龄结果及其95％置信度下的误差范围。

2、稳定同位素。稳定同位素以被测样品有关同位素比值测定结果，相对于国际标准相应同位素比值的干分差表示。即：

(‰)＝(R样/R标-1)×10-3

五、关于测定数据的有效位数

测定数据的有效位数应根据分析方法的灵敏度、精密度及准确度和使用仪器的检出限与精度确定，根据数字修约规则(GB8170-87)，所有数据均只能保留一位可疑数字，只在实际应用中对多次测定的平均值可酌情多保留一位。

1、元素含量测定结果的有效位数。基于有关标准分析方法对元素含量测定的准确度均为百分之一至千分之几，因此元素Rb、Sr、Sm、Nd、U、Pb、La、Ce含量的测定结果均应只报出四位有效数字，而K与Ar的含量则限于方法的准确度(χ％)只应给出三位有效位数。

2、同位素比值测定结果的有效位数。鉴于目前大多数同位素质谱计对同位素比值的测量精密度为十万分之几，因此，87Sr/86Sr及207Pb/206Pb比值的有效位数给出五位。

143Nd／144Nd、138Ce／142Ce比值由于自然界中的变化非常小，在测定中通常要采取增加测量次数来提高测定精度的措施，因此测定数据习惯上给出六位有效数字。

87Rb/86Sr、206Pb／238U、207Pb／235U、138La/143Ce、147Sm／144Nd由于有子体同位素测定误差的贡献，有效位数只给四位。

206Pb／204Pb、207Pb／204Pb、208Pb／204Pb比值由于其分子与分母的同位素丰度差两个数量级，测定精度受到影响，因此通常均给出四位有效数字。

40Ar/40K比值因K测定误差的贡献，其有效位数只给三位。

4、年龄测定结果的有效位数。鉴于现有标准分析方法的年龄测定结果的不确定度一般为1％～5％。因此，凡年龄在102Ma以上(含102Ma)者，只保留整数位，不给小数；凡年龄在101Ma以上(含101Ma)者，给一位小数；凡年龄在100Ma以下者。可给1～2位小数。以“年”为单位表示的年轻年代学结果(如14C、U系等年龄测定结果)只取整数值；3H测定结果只给出整数氚单位(Tu)。

5、稀释剂标定结果的有效位数。稀释剂浓度(质量摩尔浓度)标定结果，因作为量值传递参加中间计算，可比上述（1节）中的规定多保留一位可疑数字；稀释剂同位素比值标定结果给五位有效数字。

六、其它问题

根据数据处理的一般规则：

2、误差、偏差、标准偏差、不确定度和表征数据质量。质量分数的有效位数一般仅取一位有效数字，最多不超过两位，其小数位数应与其所对应的基数一致。

3、误差、偏差、标准偏差、不确定度和表征数据质量。质量分数的数字修约应贯彻只进不舍的原则。如s＝2.1，修约为一位有效数字时应为s=3。

七、结语

分析测试数据的质量直接关系着样品测定结果的可靠性、公正性和可利用性．是地质实验测试工作的核心问题，历来为人们所重视。另外，同位素地质样品分析属于地质岩矿分析测试中要求特殊的一类精密测定方法，在矿床成因、物质来源、成矿环境及地质事件和地球演化历史等基础理论研究中起着重要的作用。

参考文献：

[1]DZ0130-94.地质矿产实验室测试质量管理规范(中华人民共和国地质矿产行业标准)[S]．

[2]DZ/T0184-97.同位素地质样品分析方法(中华人民共和国地质矿产行业标准)[S]．

[3]储亮侪.化学分析的质量保证.西安：陕西科学出版社．