（一）天然放射性系列及其特点
经研究知道，天然放射性核素，大多数是由三个长寿的起始核素开始，经不断的衰 变，直到最后一代成为稳定的同位素为止。这样，它们都是由一代母体，连同相继衰变的 各代子体，构成一个放射性系列。三种天然放射性系列分别以各自的第一代母体命名，称为铀系 、钍系 和锕铀系 。这三个放射性系列具有如下的共同特点：
（1）起始母体的半衰期都在108年以上，因此这三个系至今还能存在于自然界中。
（2）每个系各有一代原子序数为86的气态子体，称为射气。它们分别是铀系的氡 、钍系的钍射气 、锕铀系的锕射气 。后两种都是氡的同位素，氡 是镭的α衰变产物。
（3）气态核素之后各有一串短寿命的放射性同位素。其中c核素（如Rac与Thc）是铋（Bi）的同位素，在衰变过程中可放出强γ射线，是放射系中的主要γ辐射体。
（4）各系最后的稳定核素都是铅（Pb）的同位素。
除了上述三个天然放射性系列外，还有若干不成系列的天然放射性核素，如钾、铷、镧、钐等。其中只占自然界中钾总量0.012％的 值得重视，它能放出β射线和高能γ 射线，是寻找钾盐矿床的重要标志。但在花岗岩中 含量也较高，常常对寻找铀、钍矿 床造成干扰。
（二）放射性平衡
在放射性系列中，除起始母体外，任一代子体在其衰变过程中只要与母体共存，都能不断得到补充。若以λ1和λ2分别代表母、子体两代核素的衰变常数，以N1和N2分别代 表它们在任意时刻t时的原子数。则λ1N1即是母体的衰变率，同时又是子体的生成率，而λ2N2则是子体的衰变率。这样，对于子体在时刻t的变化率有
勘探地球物理教程
设t＝0时母体的原子数为N01，而子体的原子数N02＝0时，可以由式（5-4）解出 任意时刻t时，子体的原子数：
勘探地球物理教程
式（5-5）即为相继衰变时子体的积累公式。
当λ1《λ2时，式（5-5）可简化为
勘探地球物理教程
式（5-6）表示子体核素的积累情况。从图5-1 中不难看出衰变子体的原子数，随时间的增长，其积累速度逐渐变慢，最后达到饱和值而不再增 加。当t→∞时，从式（5-6）中可以得出，母 体和子体的衰变率相等，即
勘探地球物理教程
这时，子体的原子数保持不变，母、子核素间在 数量上有一定的比例，两代核素达到了放射性平 衡状态。
图5-1 衰变子体的积累曲线
从理论上看，两代核素达到放射平衡所需的 时间是t→∞。但实际上，只要经过子体半衰期 10倍的时间，就可以认为达到了放射平衡，其误 差为0.1％。自然界中，钍系一般都处于平衡状态，这是因为钍系中半衰期最长的子体 ，其半衰期为5.75年，因此经过57.5年钍系即可达到平衡。铀系则不然，达到放射 性平衡所需的时间以百万年计。因此，铀—镭的平衡一旦破坏，就不容易恢复，使铀系则 常处于不平衡状态。然而，铀系即铀—镭间的放射性平衡问题对找铀矿有重要意义，为此 我们引入铀—镭平衡系列C：
勘探地球物理教程
当C＝1时，表示铀、镭处于平衡状态；当C＞1时，表示平衡偏向镭，即镭的存留数量多于平衡时镭的数量；当C＜1时，表示平衡偏向铀，即铀的存留量多于平衡时的铀的 数量。