研究天然物质中氧同位素的丰度、变异规律及其地质意义。自然界氧有3个稳定同位素16O、17O和18O，它们的丰度分别为99.762％、0.038％和0.200％。氧同位素组成以δ18O表示，标准采用SMOW（见稳定同位素地球化学）。天然含氧物质中δ18O的分布如图所示。大气水的δ18O变化范围最大,为+10～-55‰,极地粒雪的δ18O最低；大气二氧化碳的δ18O 最高,可达+41‰。所以天然物质中δ18O的变化幅度约100‰。

含氧矿物在自然界分布相当广泛。主要造岩矿物的δ18O变化具有明显的顺序性，与岩浆结晶分异顺序一致，即由孤立岛状四面体的橄榄石到链状辉石、层状云母和架状的长石、石英，δ18O依次增高，这主要与矿物的晶体化学性质有关。根据同位素分馏理论，硅酸盐矿物中阳离子与氧的结合键愈短，键力愈强,振动频率愈高,则18O愈富。石英中Si—O键在硅酸盐结构中是最强的;此外，与温度有关，因为超基性、基性原始岩浆处于很高温度状态，同位素分馏作用减弱，随岩浆温度的降低，同位素分馏作用增强，岩浆中18O含量相对增高。因此，从超基性岩到酸性岩δ18O明显增高，其变化范围为 5～13‰。对于非正常火成岩，则须考虑岩浆或固结岩石与周围物质间的相互作用。

沉积岩的δ18O变化范围大，为10～36‰。其中砂岩的δ18O最低，为10～16‰；页岩其次，为14～19‰；石灰岩最高，为22～36‰。

变质岩的δ18O一般介于火成岩和沉积岩之间,为6～25‰。变质岩的氧同位素组成可提供有关原岩性质、变质温度、变质流体的来源和同位素交换程度等方面的信息。

氧同位素的地质应用

（1）氧同位素地质温度计。应用实验的方法，首先测定矿物与水的分馏数据，再计算矿物与矿物之间的分馏数据，得出分馏系数与温度的关系式。氧同位素地质温度计中石英－磁铁矿矿物对是最灵敏的,因为石英的 18O/16O比值大,磁铁矿的比值较小，所以石英－磁铁矿之间具有最大的分馏系数和温度系数(指温度每变化 1℃时分馏系数的改变量)。

（2）古海洋温度计。通过测定生物化石碳酸钙壳层与水之间的氧同位素组成来确定古海洋的温度。

（3）判断成矿热液的来源和矿床成因及岩石成因等。