1956年我国制定了“12年科学技术发展规划”。这一规划从自然条件及资源、矿冶、燃料和动力、机械制造、化学工业等13个方面,提出了57项重大科学技术任务、616个中心问题, 并综合提出原子能的和平利用等12个重点任务；“12年科技规划”对数学、力学、天文学、物理学、化学、生物学、地质学、地理学等8个基础学科做出了系统的规划。规划中特别提到“地球化学、沉积学、水文地质学、工程地质学以及石油地质学的基础更为薄弱，必须从各方面努力，以期能逐步满足日益增长的需要”。同时规划中第一项重任务“原子能的和平利用”中强调了“必须研究和推广放射性同位素在科学研究、工农业生产及医学上的应用”。中国科学院领导为了落实实施“12年科学技术发展规划”，对地学方面进行了一系列研究机构调整和学科重建。为配合原子能事业发展的需要和填补加强空白学科，我国地球化学、核子地质和第四纪地质的开拓者和奠基人，同位素地球化学的倡导者，地质研究所侯德封（1900-1980）所长协同有涂光炽(1920-2007)、李璞（1911-1969）等一批中国地质科学家，胸怀宏略，抓住了良好时机，提出组建以地质年代学为主的同位素实验室，并同时组建了核子地质与铀矿地质研究组。后来这些研究力量成了组建地球化学研究所的基础。
1958年成立了依附于岩矿室的同位素地质临时性研究小组。1959年底成立了临时性第十三研究室。组成成员包括来自国外学习归来和国内著名大学物理、化学、地质等专业人才和技术工人：同位素地质方面主攻K-Ar与U-Pb有张翼翼、戴橦谟、邱纯一、范嗣昆、刘菊英、毛存孝、金铭成等，核子地质方面有欧阳自远、于津生、赵树森等。1960年初经所务会议认真讨论，决定正式成立同位素地质研究室，并任命李璞先生为研究室主任。60年后又增加了从苏联学习归来的陈毓蔚、王联魁、王丽芝、杨凤筠、王俊文、卫克勤，夏明等，以及其它各种专业人才崔雄龙、钟富道、张梅英、桂训唐、徐淑琼、杨学昌、姚林褆、柴保平、黄承义、程学志、张玉泉、戚桂英、姜尚美、潘曙兰等，使同位素地质研究室（一室）初具规模。全室划分为化学组（放射性同位素组）、Ar组（含氧、硫稳定同位素）、质谱组、核子地球化学组（直属侯德封所长指导）、地质组、选矿车间、玻璃车间。仪器设备有：质谱（MN-1305）2台、Ar析出器2台、静电计1台、重水测定器、火焰光度计、偏光显微镜、能谱、r-探测仪、磁性选矿仪等。
我国著名前寒纪地质学家程裕淇先生也是同位素地球化学研究的创导者。在中科院地质所建立同位素实验室的同时，他在地质部地质所也组织了同位素实验室的筹建。在前苏联专家包列娃娅、萨巴多维奇帮助下，以于荣炳、张自超、白云彬、庞文萱、刘敦一等人为骨干的研究团队也在1960年建立了以K-Ar与U-Pb法为主的同位素地质年代学实验室。
北京大学张青莲（1908-2006）是中国稳定同位素化学学科的奠基人和开拓者。他为中国发展稳定同位素地质研究起了理论指导和测量技术先导作用，并为我国稳定同位素地质研究培养了一批人才，如郑淑蕙, 潘曙兰，裘秀华等。
与此同时，原冶金工业部北京地质研究所及原核工业部北京铀矿地质研究所等单位也先后通过派出及代培人才等渠道开始筹建同位素地质实验室。
李璞先生是中国同位素地质地球化学的开拓者和奠基人，最早随军进藏进行地质综合考察的领导者，中国基性超基性岩及相关矿产研究的先驱和领路人。他具有深厚和广泛的地质知识和敏锐的观察力，并善于创新和开拓新的研究领域。李璞先生对同位素地球化学的贡献主要集中于以下几点：
（1）确立了同位素地球化学发展初期的研究方向：
李璞先生提出“研究室的主导思想是同位素地质，以核物理及核化学为基础，广泛开展放射性与稳定同位素的分离与测量；研究元素在地壳发展不同阶段的分异；衰变、聚变和裂变过程的变化产物，及其在不同地质建构中的丰度分布；解决成矿成岩元素的来源、动态及形成的条件；解决海洋沉积速度；测定古生物、地壳与陨石的年龄…… 上述问题的研究目的是为了解决我国矿产资源的探寻和开拓新资源，进一步揭示元素变迁与演化的联系”。为了实现这一指导思想他首先集中力量建立K-Ar与U-Pb实验室，并积极创造建立稳定同位素方法的条件；坚定同位素地球化学的基础研究方面，并兼顾铀矿地质、核然料分析等应用研究课题。
(2)人才培养与团队建设：
在同位素地球化学建室过程中，李璞先生下大力气抓人才培养与团队建设。同位素研究室汇集了物理、化学、地质等专业人才。研究室通过多渠道派出占国内同行最高比例的人员出国学习、培训。在李璞先生带领下在研究室通过各种专业人员互教、互学提高同位素地球化学所要求的多学科杂交基础知识和理论水平。李璞先生要求研究人员掌握多门外语，并一起大量调研究国外文献，了解国际前沿研究水平与动向。同时李璞先生还十分重视来自中学生和转业军人的技术队伍的培养，亲自带他们去有关单位学习或野外实习。李璞先生从建室伊始就非常重视培养中国科技大学地球化学系同位素专业学生教学、实习和研究生培养，从1960年开始，他招收的研究生有张玉泉、胡蔼琴、范彩云、穆松林。多种培养方式形成了人才结构合理的研究团队。
(3)实现国际上开放实验室的管理模式
研究室从建室开始李璞先生就真正实现了开放实验室的管理模式。因此吸引了国内正在筹建同类实验室或发展质谱测定实验技术的单位许多人员来学习和交流；如地矿部地质张自超、白云彬、庞文萱和张振海， 二机部三所李喜斌和李雪萍，冶金部地质所郭秃珠，北京大学佟伟、徐步台、丛福增，南京大学方中、 王土耕，长春地院林尔为，江苏地质局南京测试所李坤英，湖南地质局刘树林，以及石油部无锡测试中心、中科院半导体所等。合作共建是发展同位素测试新方法是另一种开放形式，如与冶金部地质所陈民扬、霍卫国、李纯生、刘杰仁、袁鹤梅等合作建立了我国第一个硫同位素实验室。因此实验室流动人员可达二十人以上，超过本室研究人员的一半。
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