海洋沉积物中石英颗粒的电子显微镜形貌分析*

郭升平 王 平

（福建省测试技术研究所）

扫描电子显微镜（SEM）是微观形态观察仪器，可以直接观察物质的组成。SEM的优点是主要包括4个方面：①高倍率，可达20万倍，可以清楚地观察到物质的成分；②景深大，视野大，所获得的图像为三维图像，可以清晰地观察到的样品表面细微结构形态；③不需要复杂的样品制备过程，操作简单，效率高、实验成本低；④对样品的破坏和污染小，检测结果更接近实际情况［1-2］。SEM在物源识别过程中，对沉积物中单粒碎屑矿物的观察和研究可以减少源岩类型、蚀变过程和程度、运移和沉积过程对物源信息解释的干扰。使用单一矿物主要元素、年代学和其他方法来准确识别地质特征和物源位置，已逐渐成为海洋沉积物物源分析的有力工具［3］。

本研究利用扫描电子显微镜-能谱仪（SEMEDX）对海洋沉积物样品颗粒物的形貌、数量、粒径和元素组成进行分析，为海洋、环境管理部门提供科学依据。

1 实验仪器、样品及其处理

实验仪器主要包括扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDX）。

海洋沉积物样品由厦门大学海洋与地球学院提供，采自东海陆架海区（东经126°43.6，北纬31°11.6）的海底表层，经晾干后粗磨、去盐、干燥、匀化，置于高铝瓶球磨机中磨细，过200目筛，分瓶封存。

取待测样品1 g置干燥器内干燥2 h，用于真空环境下扫描电镜观察。将少量海洋沉积物样品粉末均匀撒在电镜专用样品台上，用SBC-12小型离子溅射仪进行喷金处理［4］。

2 实验结果与讨论

2.1 粒径分布

粒度分析是沉积学研究的基本方法，被广泛用来描述沉积物的粒度特征，并进行沉积环境、沉积物输运等研究［5-6］。利用EDX的粒度和相分析软件，在一定的放大倍率下，选择不同的视野来分析小于20μm颗粒的粒径分布。不同倍数视场颗粒物形貌特征见图1。

颗粒物粒径分析范围为0.1～20μm，从图2可以看出沉积物样品经过研磨加工、过筛后，以1～3μm的细粒子为主，粒子数量占比随着粒径增大而减少，平均粒径为1.8μm。

2.2 沉积物颗粒的元素富集类型

将沉积物颗粒中含量较高的几种元素（如Al、Si、Ca、Fe等）进行分类，观察形貌、分析元素组成。选取同类颗粒，计算元素含量平均值及标准偏差；同时将各元素及氧元素的成分含量相加，计算平均值及标准偏差。以氧化物计，含量多在70%以上，说明纯度较高。沉积物颗粒的元素富集类型及氧化物含量见表1，n为选取的颗粒数。

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2.3 石英单颗粒物的微观形貌分析

石英是一种硬度大、分布广、非常稳定的矿物，在不同环境下，经受机械撞击、磨蚀，石英砂表面微结构留下不易消失的形痕（如划痕、断口、凹坑等），这些形痕一旦形成，可以长时间保存起来［7］。石英颗粒的硬度大、化学性质稳定，不易因机械磨损而变形。

从图1（a）中选取典型石英颗粒进行分析，对富Si质的石英颗粒进行电镜扫描，石英颗粒A、B的分析结果分别见图3、图4，元素含量见表2。

石英颗粒多以方形、三角形、梯形等多边形存在，SiO2含量70%～90%，高纯石英颗粒SiO2含量可达90%以上。

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3 结 语

（1）海洋沉积物样品颗粒多为1～3μm的细粒子，粒子数量占比随着粒径增大而减少，平均粒径1.8μm。

（2）海洋沉积物样品颗粒主要元素包含Si、O、Al、C、Fe、Ca等，多以氧化物形式存在，以方形、三角形、梯形为主，代表性石英颗粒A、B中Si和O的含量均在40%左右，高纯石英颗粒SiO2含量在90%以上。