海洋沉積物中石英顆粒的電子顯微鏡形貌分析*

郭升平 王 平

（福建省測(cè)試技術(shù)研究所）

掃描電子顯微鏡（SEM）是微觀形態(tài)觀察儀器，可以直接觀察物質(zhì)的組成。SEM的優(yōu)點(diǎn)是主要包括4個(gè)方面：①高倍率，可達(dá)20萬(wàn)倍，可以清楚地觀察到物質(zhì)的成分；②景深大，視野大，所獲得的圖像為三維圖像，可以清晰地觀察到的樣品表面細(xì)微結(jié)構(gòu)形態(tài)；③不需要復(fù)雜的樣品制備過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，效率高、實(shí)驗(yàn)成本低；④對(duì)樣品的破壞和污染小，檢測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際情況［1-2］。SEM在物源識(shí)別過(guò)程中，對(duì)沉積物中單粒碎屑礦物的觀察和研究可以減少源巖類型、蝕變過(guò)程和程度、運(yùn)移和沉積過(guò)程對(duì)物源信息解釋的干擾。使用單一礦物主要元素、年代學(xué)和其他方法來(lái)準(zhǔn)確識(shí)別地質(zhì)特征和物源位置，已逐漸成為海洋沉積物物源分析的有力工具［3］。

本研究利用掃描電子顯微鏡-能譜儀（SEMEDX）對(duì)海洋沉積物樣品顆粒物的形貌、數(shù)量、粒徑和元素組成進(jìn)行分析，為海洋、環(huán)境管理部門提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、樣品及其處理

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDX）。

海洋沉積物樣品由廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院提供，采自東海陸架海區(qū)（東經(jīng)126°43.6，北緯31°11.6）的海底表層，經(jīng)晾干后粗磨、去鹽、干燥、勻化，置于高鋁瓶球磨機(jī)中磨細(xì)，過(guò)200目篩，分瓶封存。

取待測(cè)樣品1 g置干燥器內(nèi)干燥2 h，用于真空環(huán)境下掃描電鏡觀察。將少量海洋沉積物樣品粉末均勻撒在電鏡專用樣品臺(tái)上，用SBC-12小型離子濺射儀進(jìn)行噴金處理［4］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 粒徑分布

粒度分析是沉積學(xué)研究的基本方法，被廣泛用來(lái)描述沉積物的粒度特征，并進(jìn)行沉積環(huán)境、沉積物輸運(yùn)等研究［5-6］。利用EDX的粒度和相分析軟件，在一定的放大倍率下，選擇不同的視野來(lái)分析小于20μm顆粒的粒徑分布。不同倍數(shù)視場(chǎng)顆粒物形貌特征見(jiàn)圖1。

顆粒物粒徑分析范圍為0.1～20μm，從圖2可以看出沉積物樣品經(jīng)過(guò)研磨加工、過(guò)篩后，以1～3μm的細(xì)粒子為主，粒子數(shù)量占比隨著粒徑增大而減少，平均粒徑為1.8μm。

2.2 沉積物顆粒的元素富集類型

將沉積物顆粒中含量較高的幾種元素（如Al、Si、Ca、Fe等）進(jìn)行分類，觀察形貌、分析元素組成。選取同類顆粒，計(jì)算元素含量平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差；同時(shí)將各元素及氧元素的成分含量相加，計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差。以氧化物計(jì)，含量多在70%以上，說(shuō)明純度較高。沉積物顆粒的元素富集類型及氧化物含量見(jiàn)表1，n為選取的顆粒數(shù)。

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2.3 石英單顆粒物的微觀形貌分析

石英是一種硬度大、分布廣、非常穩(wěn)定的礦物，在不同環(huán)境下，經(jīng)受機(jī)械撞擊、磨蝕，石英砂表面微結(jié)構(gòu)留下不易消失的形痕（如劃痕、斷口、凹坑等），這些形痕一旦形成，可以長(zhǎng)時(shí)間保存起來(lái)［7］。石英顆粒的硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易因機(jī)械磨損而變形。

從圖1（a）中選取典型石英顆粒進(jìn)行分析，對(duì)富Si質(zhì)的石英顆粒進(jìn)行電鏡掃描，石英顆粒A、B的分析結(jié)果分別見(jiàn)圖3、圖4，元素含量見(jiàn)表2。

石英顆粒多以方形、三角形、梯形等多邊形存在，SiO2含量70%～90%，高純石英顆粒SiO2含量可達(dá)90%以上。

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3 結(jié) 語(yǔ)

（1）海洋沉積物樣品顆粒多為1～3μm的細(xì)粒子，粒子數(shù)量占比隨著粒徑增大而減少，平均粒徑1.8μm。

（2）海洋沉積物樣品顆粒主要元素包含Si、O、Al、C、Fe、Ca等，多以氧化物形式存在，以方形、三角形、梯形為主，代表性石英顆粒A、B中Si和O的含量均在40%左右，高純石英顆粒SiO2含量在90%以上。