几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析

1000-0569／2007／023(05)一1197-02ActaPetrologicaSinica岩石学报 几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析4 伏修锋1 干福熹1’2 马波2顾冬红1 FUXiuFen91，GANFuXil”，MAB02andGUDongHon91 1．中国科学院上海光学精密机械研究所，上海201800 2．复旦大学，上海200433 l。ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai201800，China 2．FudanUniversity，Shanghai200433，China 2006-08—16收稿．2007-01-09改回． FuXF，GanFX，MaBandGuDH．2007．StructuralandnondestructivecomponentialanalysisonseveralNephritefrom differentprovenances．ActaPetrologicaSinica，23《5)：1197—1202 AbstractProtoninducedX—rayemission(PIXE)，X—raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscope(SEM)andlaser ramanspectrum(LRS)wereusedtoanalyzethemineralogyofseveralnephritesamplesfromXinjiang(China)，Russia，Canadaand NewZealand．Specimensfromdifferentlocalitieswerecomparedbasedontheircomponentsandmicro—morphology．Theexperimental resultsshowthatnephritearetremolitestructureswhichtransmittotheactinolitewiththeincreaseofiioncontent．Duetoitsfibrous mattedstructure．Hetianiadeholdthehomogeneousandlustroussurfaces．ThenondestructiveexperimentalmethodsalSOprovidethe technicalsupportforresearchontheChinesevaluableancientiade． KeywordsHetianjade；Nephritc；Mineralogy；Identification 摘要 利用质子激发X射线荧光(PIXE)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及激光拉曼光谱(LRS)技术对几 个来自中国新疆、饿罗斯、加拿大和新西兰等地的软玉样品的进行了岩石矿物学特征分析，从成分组成和微观织构方面比较 了各地软玉的不同特征。实验结果显示了软玉作为透闪石质玉石，随着Fe：0，含量的增加，逐步向阳起石过渡。中国和田玉 以其特有的毛毡状纤维交织结构，形成了均匀细腻、油脂光泽的面特征。无破损成分分析为研究贵重的古玉样品提供 了技术支持。 关键词 和田玉；软玉；矿物学特征；鉴定特征 中图法分类号P578．955 1 引言 和田玉，作为东西文化交流的载体之一，最早的承接了 东西方的文明。从资料记载来看，和田玉石的东来西去要比 丝绸贸易的兴盛早1600多年，对中原来说，也是先有玉石的 到来，然后才有丝绸的循道而去。1846年，法国地质学家 Damour对中国玉器进行了硬度分析，开创了真正科学意义 上的研究。此后，软玉逐渐得到国内外地质学者的重视，成 果迭出。特别是20世纪60年代以来，随着现代科技和先进 实验方法及理论的应用，获得了一批高质量的的岩矿测试数 据和观察资料。使用x射线衍射、红外光谱、拉曼光谱等分 析测试技术以及应用电子探针、x荧光技术对软玉矿物组成 进行定量测定；运用透射电镜及扫描电镜对软玉晶体微观 结构的观察，使得人们对软玉的光学、力学等宝石学特征产 生的内在因素有了更加深入的理解。 随着国内软玉矿床的越来越多的发现(廖宗廷等， 2003；周征宇等，2005)，如青海，台湾，四川龙溪，江苏小梅 岭，辽宁岫岩等地，对各地古墓出土的软玉来源的认证更是 s国家自然科学基金(50672106)资助项目。 第一作者简介：伏修锋，男，1982年生，硕士，学专业，E—mail：fxfeng@mall．siom．ac．all 万方数据 1198 图1研究的软玉样品照片 Fjg．1PhotosofNephritesamples 增加了难度。并且随着玉石贸易的国际化，对和田玉和其他 俄罗斯、新西兰和加拿大等地所产玉石的鉴定工作就变得十 分重要，学者们也开始这方面的探索研究(王静纯，1996；魏 元柏，1996；谢意红等，2004；张晓晖等，2001)。本研究通 过无破损的外束PIXE分析方法来确定各地软玉的成分组 成，比较了和田软玉(青玉、青白玉和白玉)之间以及和田玉 与加拿大、新西兰和俄罗斯软玉之间的微观结构差异，为探 讨其来源问题探索新方法。 2样品与测试 2．1样品 收集到的9块软玉样品照片见图1。样品HTY一1、HTY ～2、HTY一3、HTY一4、HTY一5来自新疆和田，HEY一6来自 新疆若羌。ELS一1、JND一1、XLL—1分别产自俄罗斯贝加尔 湖、加拿大BritishColumbia和新西兰。 2．2实验 用改进的外束质子激发x荧光分析(ProtoninducedX— rayemission，PIXE)技术测试了样品的化学成分，实验在复 旦大学NEC9SDH一2串列加速器实验室进行，到达样品处的 质子能量为2．8MeV左右，束斑直径1mm，束流0．1nA。x 射线用si(Li)探测器测量，系统对Mn的K。(5．9keV)的能 ActaPetrologicaSinica岩石学报2007，23(5) 量分辨率(Fullwidthhalfmaximum，FWHM)为165eV。测得 的能谱采用GUPIX一96程序计算(Campbelleta1．，1996)， 可得样品的化学组成。X射线衍射(x—raydiffraction， XRD)分析采用复旦大学表面化学实验室D8AdvanceXBD 仪。用偏光显微镜和扫描电子显微镜(Scanningelectron microscope，SEM)观测了软玉的微观形貌和织构特征。 3形貌与织构 偏光显微镜下无法分清和田玉矿物的轮廓，主要为隐晶 质体，犹如交织成的毛毡一般非常均匀、无定方向地密集分 布。透闪石与少量阳起石等以纤维交织状、簇状集合体产 出，粒度在101uan以下。 利用扫描电镜对新疆白玉、俄罗斯白玉和加拿大青玉的 微观形貌进行了分析。图2一A、图2一B是和田玉样品H．ITY 一6薄片的形貌，分别放大1000和3000倍，可见组成矿物透 闪石为细杆状、纤维状，平行交织结构，晶形较好。图2一C、 图2一D是加拿大青玉样品JND一1的形貌，与和田白玉相 比，矿物透闪石呈长短不一、大小不等的针状、细杆状，矿物 延伸方向杂乱无章，相互穿插且镶嵌紧密。图2一E、图2一F 为俄罗斯贝加尔湖产白玉的扫描形貌图，矿物颗粒稍粗，晶 形比和田玉凌乱，这可能为俄罗斯软玉表面油脂光泽不足， 质地不够细腻的原因。 万方数据 伏修锋等：几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析 1199 图2软玉扫描电镜图谱 A，B—HTY一6，细纤维状，纹理较好，平行交织结构；C，D—JND一1，纤维交织，延伸方向凌乱；E，F—EIs一1，矿物颗粒稍粗，纤维结构 已不明显 Fig．2SEMimagesofnephrite 万方数据 1200 4化学成分 4．1 PIXE分析结果 PIXE技术是一种高灵敏度、非破坏性、多元素定量分析 的核技术，由于束斑的面积小，样品制备简单，特别适合于玉 石器物的分析鉴定(朱海信等，2001；徐安武等，1999； Calligaroeta1．，2002)。样品的PIXE能谱见图3，可以看到 软玉中，主要元素为Mg、Si、Ca，铁元素的含量随着白玉到青 玉颜色的加深而增多。 si Ca Mg ^ ^ f●Ca Fe 』0 L一——Ik ^HTY-3 ；X址1 儿 —儿 ，、 JND-1 。 jj HTY--6 ^一—A ELS-1 J一一—^^HTY_5 0 2 4 6 8 10 12 E(keV) 图3软玉的PIXE能谱图 Fig．3PIXEspectrumofnephfite 表1各地软玉的PIXE分析结果(wt．％) Table1 PIXEresultsofnephritefromdifferentareas(wt．％) ActaPetrologicaSinica岩石学报2007，23(5) 各种样品的元素含量用PIXE厚靶程序计算(何文权等， 1998)，数据结果列于表1。由表1可见，各地软玉的主元素 的含量组成没有太大的差别。主成分氧化物MgO、SiO，、CaO 的成分波动范围都很小，所以由主成分的不同来鉴别软玉的 产地将是非常困难的。白玉中的Fe，0，的含量均小于1％，和 田青玉中Fe：0，含量略小于加拿大和新西兰软玉中的含量。 表1中M92+／(Mg“+Fe“)的比值为将Fe20，的含量 全部转化为FeO后计算而得到，而实际情况比值会稍微大于 此计算值。尽管如此，可以看出各地白玉的比值都在0．98 以上，属于透闪石的种类。新西兰和加拿大青玉的比值刚好 大于0．90，与白玉相比，显示透闪石已开始向阳起石过渡的 特征。 4．2 XRD分析结果 x射线衍射(XRD)分析是鉴别玉石矿物结构应用最广 泛的方法之一(Clarketa1．，1998；吴瑞华等，1999；钟晓玲 等，2003；王立本等，2002)。图4为和田青玉H1阿一3、新 西兰碧玉XXL一1和加拿大青玉JND一1的XRD谱图。由 图4可见，三种软玉的衍射峰位置几乎相同，稍微不同的是 各衍射峰的强度有强弱差别，反应了三种玉石在晶形结构上 的微小差别。对照JCPDS卡片，三种软玉的主衍射峰与透闪 石相吻合，并且三种青玉中均有少量的阳起石特征峰出现， 与和田白玉较为纯净的透闪石衍射谱线有所区别。表现在 成分组成上，随着软玉中Fe：O。含量的增加，软玉的晶形从透 闪石向阳起石过渡。 *透闪石理论式[ca2M95Si8022(OH)2]中氧化物重量百分比。 em一、393em～、526em～、669em～、934cm。1和1054em～。 4．3激光拉曼光谱结果 1054cm～、669em～、225cm。1三个峰值最强，这是闪石类矿 图5为表面清洁的HTY一3样品的显微拉曼光谱图。物的特征峰值(邹天人等，2002)，表明其均由闪石类矿物组 如图所示，mY一3的拉曼谱峰为117cm-1、170em-1、225成。其中谱峰1054cm。1和934cin。1峰值代表了闪石类矿物 万方数据 伏修锋等：几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析 600 型 曩 400 200 O 6∞ 500 400 ．蜊 童300 200 100 O 图4 Fig．4 软玉XRD图 XRDspectrumofnephrite 的Si一0伸缩振动，669cm。1是Si—O—Si伸缩振动，526cm。1 是Si一0弯曲振动，而393cm一、225cm～、170cm。1和 117cm。1是晶格振动峰值。通过拉曼光谱分析，快速的鉴定 了透闪石类玉石的真伪，在玉石鉴定上的应用也越来越广。 5结论 研究各地软玉的成分、织构和材质，是中国古玉研究中 必不可少的一部分。PIXE、XRD和LRS分析说明了各地软 7000 6000 5000 型41300 3000 2000 1000 0 1201 0 200 400 600∞01000 1200 波数(cm1) 图5 HTY一3的拉曼光谱图 Fig．5RamanspectrumofHTY一3 玉主成分和微量成分的异同，随着Fe：O，含量的上升，软玉晶 形由透闪石向阳起石过渡。微观织构分析证明了中国和田 玉色泽温雅、质感柔润的优越特征。无破损成分和结构分析 方法为软玉的鉴定提供了有利的工具，藉此可以对中国各古 墓中出土的软玉进行种类的鉴定，进而为探索古代和田玉的 贸易传播路线提供技术支持。 致谢 感谢复旦大学承焕生教授和朱丹、林嘉炜同学在 PIXE测试上的帮助，感谢中国科学院上海光学精密机械研 究所扫描电镜组郭聚平工程师和光子技术中心陈庆希高级 工程师在Raman光谱测试上的支持和帮助。 References “aoZTandZhouZY． 2003．PresentSituation．Problemsand DevelopmentintheStudyonNephrite．J．Gems．andGemology， 5(2)：22—24(inChinese) ZhouZY，LiaoZT，MaTrandYuanY．2005．ReviewandProspectOn ResearchofNephfite．ShanshaiGeology，(3)：63—66 (inChinese) WangJC．1996．PrimarystudyonidentificmionofHetianJade．Mineral Deposits，15：93～94(inChinese) WeiYB．1996．MineralogyofseveralNephrites，MineralDeposits，15： 94—95finChinese) XieYHandZhangZF．2004．StudyonCharactersandMineral ComponentofNephritefromCalifomiaandBurma．Roekand MineralAnalysis，23(1)：33—36(inChinese) ZhangXH．WuRFandWangLY．2001．ResearchonPetrolosie CharacterofNephriteJadeFromBaikalI丑l【eRegioninRussia．J． Gems．andGemology，3(1)：12—18(inChinese) CampbellJLandMaxwe]lJA．1996．Gupix96：TheGuelphPIXE PmgTam，Ontario：UniverityofGuelphPress． ZhuHX，ChengHSandYangFJ．2001．nePIXEanalysisofthejade unearthedfromtheFuquanhill．NuclearTechniques，24(2)：149 —153(inChinese) XuAw，YangxY，SunZJ，WangCS，ChaiZQ，HeWQandCheng HS．1999．StudyonDushanJadefromNanyangAreainHenanby j量 锄 珊 瑚 铷 瑚 佃 。 世哂 5；：8∞巧m晒∞：8 3 ∞ n惦鲫盯 ∞ A 箝∞巧∞50 ∞鲒∞巧m；8∞弱 慧 帅 勋 ：8 ● ∞篮∞ ∞；8∞筠{己∞∞55 l∞。处 帖2 X ∞ 呤 ：f}∞西∞505 万方数据 PIXE．NuclearTechniques，22(9)：533—538(inChinese) CalligaroT，ColinartS，PoimtJPandSudresC．2002．Combined extemal—．beamPIXEand——Ranlancharacterisationofgarnets usedinMerovingianiewellery．NuclearInstrumentsandMethodsjn PhysicsResearchB，189：320—327． HeWQ．ChengHSandYangFJ．1998．ThePKGthick～targetPIXE analysisProgram．JoumalofFudanUniversity(NaturalScience)．37 (1)：19—24(inChinese) ClarkJHandCu而ML．1998．TheidentificationbyRaIllanmicroscopy andX—raydiffractionofiron—o)(idepigmentsandofthered pigmentsfoundonItalianpotteryfragments．JournalofMolecular Structure．440：105一111． WuRH。“WWandBaiF。1999。StudyonpetrologicalfeatureandSEM ofXinjiangHetianJade．AetaPetrologicaSinica，15(4)：638—644 (inChinese) ZhongXL。WangSY，TanLWandLiaoYW．2003．Studyon SpectrometryCharacteristicsandAppraiseMarkofHetianJadein Xinjiang．JournalofXinjiangUniversity(NaturalScienceEdition)， 20(3)：285—289(inChinese) WangLBandLiuYL．2002．TheX—raypowderdiffractionfeatureof Hetianjade，ManasigreenjadeandXiuyanoldjade(tremoIite jade)．ActaPetrotogieaetMineralogica，21(supp．)：62—67(in Chinese) ZouTR．GuoLH，LiWHandDuanYR．2002．AstudyOHRaman spectraofHetianjade，ManasigreenjadeandXiuyanoldjade．Acta PetrologicaetMineralogica，21(supp．)：72—78(inChinese) 附中文参考文献 廖宗廷，周征宇．2003．软玉的研究现状、存在的问题及发展方向 宝石和宝石学杂志，5(2)：22—24 ActaPetrologicaSinica岩石学报2007，23(5) 周征宇，廖宗廷，马婷婷，袁媛．2005．回顾与展望：软玉的研究． 上海地质，(3)：63—66 王静纯．1996．和田玉鉴定特征初析．矿床地质，15：93—94 魏元柏．1996．几种软玉的矿物学特征．矿床地质，15：94—95 谢意红，张珠福．2004．加州软玉和缅甸软玉特征及矿物成分的研 究．岩矿测试，23(1)：33—36 张晓晖，吴瑞华，王乐燕．2001．俄罗斯贝加尔湖地区软玉的岩石学 特征研究．宝石和宝石学杂志，3(1)：12一18 朱海信，承焕生，杨福家．2001．福泉山良渚文化玉器的PIXE分析． 核技术，24(2)：149—153 徐安武，杨小勇，孙在泾等．1999．河南南阳独山玉的PIXE研究． 核技术，22(9)：533—538 何文权，承焕生，杨福家．1998．PIXE厚靶分析程序PKG．复旦学 报，37(1)：19—24 吴瑞华，李雯雯，白峰．1999．新疆和田玉岩石学特征及其扫描电镜 研究．岩石学报，15(4)：638—644 钟晓玲，王士元，谭立文，廖有炜．2003．新疆和田玉的谱学特征及 其鉴别标志的研究．新疆大学学报(自然科学版)，20(3)：285 —289 王立本，刘亚玲．2002．和田玉、玛纳斯碧玉和岫岩老玉(透闪石玉) 的x射线粉晶衍射特征．岩石矿物学杂志，2I(增刊)：62—67 邹天人，郭立鹤，李维华，段玉然．2002．和田玉、玛纳斯碧玉和岫 岩老玉的拉曼光谱研究．岩石矿物学杂志，21(增刊)：72—78 万方数据 几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析 作者： 伏修锋， 干福熹， 马波， 顾冬红， FU XiuFeng， GAN FuXi， MA Bo， GU DongHong 作者单位： 伏修锋,顾冬红,FU XiuFeng,GU DongHong(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 ,201800)， 干福熹,GAN FuXi(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800;复旦大学 ,上海,200433)， 马波,MA Bo(复旦大学,上海,200433) 刊名： 岩石学报 英文刊名： ACTA PETROLOGICA SINICA 年，卷(期)： 2007,23(5) 被引用次数： 13次 参考文献(29条) 1.Xu AW;Yang XY;Sun ZJ;Wang CS Chai ZQ He WQ,Cheng HS Study on Dushan Jade from Nanyang Area in Henan by PIXE[期刊论文]-Nuclear Techniques 1999(09) 2.Zhu HX;Cheng HS;Yang FJ The PIXE analysis of the jade unearthed from the Fuquan hill[期刊论文]- Nuclear Techniques 2001(02) 3.周征宇;廖宗廷;马婷婷;袁媛 回顾与展望:软玉的研究[期刊论文]-上海地质 2005(03) 4.廖宗廷;周征宇 软玉的研究现状、存在的问题及发展方向[期刊论文]-宝石和宝石学杂志 2003(02) 5.Liao ZT;Zhou ZY Present Situation,Problems and Development in the Study on Nephrite 2003(02) 6.Campbell JL;Maxwell JA Gupix 96:The Guelph PKE Program 1996 7.Zhang XH;Wu RF;Wang LY Research on Petrologic Character of Nephrite Jade From Baikal Lake Region in Russia 2001(01) 8.Xie YH;Zhang ZF Study on Characters and Mineral Component of Nephrite from California and Burma[期 刊论文]-Rock and Mineral Analysis 2004(01) 9.Wei YB Mineralogy of several Nephrites[期刊论文]-Mineral Deposits 1996 10.Wang JC Primary study on identification of Hetian Jade[期刊论文]-Mineral Deposits 1996 11.Zhou ZY;Liao ZT;Ma IT;Yuan Y Review and Prospect on Research of Nephrite[期刊论文]-Shanghai Geology 2005(03) 12.邹天人;郭立鹤;李维华;段玉然 和田玉、玛纳斯碧玉和岫岩老玉的拉曼光谱研究[期刊论文]-岩石矿物学杂志 2002(zk) 13.王立本;刘亚玲 和田玉、玛纳斯碧玉和岫岩老玉(透闪石玉)的X射线粉晶衍射特征[期刊论文]-岩石矿物学杂志 2002(zk) 14.钟晓玲;王士元;谭立文;廖有炜 新疆和田玉的谱学特征及其鉴别标志的研究[期刊论文]-新疆大学学报(自然科 学版) 2003(03) 15.吴瑞华;李雯雯;白峰 新疆和田玉岩石学特征及其扫描电镜研究[期刊论文]-岩石学报 1999(04) 16.何文权;承焕生;杨福家 PIXE厚靶分析程序PKG 1998(01) 17.徐安武;杨小勇;孙在泾 河南南阳独山玉的PIXE研究[期刊论文]-核技术 1999(09) 18.朱海信;承焕生;杨福家 福泉山良渚文化玉器的PIXE分析[期刊论文]-核技术 2001(02) 19.张晓晖;吴瑞华;王乐燕 俄罗斯贝加尔湖地区软玉的岩石学特征研究[期刊论文]-宝石和宝石学杂志 2001(01) 20.谢意红;张珠福 加州软玉和缅甸软玉特征及矿物成分的研究[期刊论文]-岩矿测试 2004(01) 21.魏元柏 几种软玉的矿物学特征[期刊论文]-矿床地质 1996 22.王静纯 和田玉鉴定特征初析[期刊论文]-矿床地质 1996 23.Zou TR;Guo LH;Li WH;Duan YR A study on Raman spectra of Hetian jade,Manasi green jade and Xiuyan old jade[期刊论文]-Acta Petrologica et Mineralogica 2002(zk) 24.Wang LB;Liu YL The X-ray powder diffraction feature of Hetianjade,Manasi green jade and Xiuyan old jade (tremolite jade)[期刊论文]-Acta Petrologica et Mineralogica 2002(zk) 25.Zhong XL;Wang SY;Tan LW;Liao YW Study on Spectrometry Characteristics and Appraise Mark of Hetian Jade in Xinjiang[期刊论文]-Journal of Xinjiang University (Natural Science Edition) 2003(03) 26.Wu RH;Li WW;Bai F Study on petrological feature and SEM of Xinjiang Hetian Jade[期刊论文]-Acta Petrologica Sinica 1999(04) 27.Clark JH;Curri ML The identification by Raman microscopy and X-ray diffraction of iron-oxide pigments and of the red pigments found on Italian pottery fragments[外文期刊] 1998 28.He WQ;Cheng HS;Yang FJ The PKG thick-target PIXE analysis Program 1998(01) 29.Calligaro T;Colinart S;Poirot JP;Sudres C Combined external-beam PIXE and-Raman characterisation of garnets used in Merovingian jewellery[外文期刊] 2002(0) 引证文献(14条) 1.李平.钱俊峰 子料黄褐皮的成因研究[期刊论文]-科技通报 2011(1) 2.周振华.冯佳睿 新疆软玉、岫岩软玉的岩石矿物学对比研究[期刊论文]-岩石矿物学杂志 2010(3) 3.周振华.冯佳睿 新疆软玉、岫岩软玉的岩石矿物学对比研究[期刊论文]-岩石矿物学杂志 2010(3) 4.张朱武.干福熹.承焕生 不同成矿机理和地质环境下形成的软玉的化学成分特征[期刊论文]-矿物学报 2010(3) 5.赵虹霞.张朱武.干福熹 用于中国古代玉器质地鉴测和溯源中的无损分析方法[期刊论文]-广西民族大学学报（自 然科学版） 2009(4) 6.干福熹 玻璃和玉石之路——兼论先秦前硅酸盐质文物的中、外文化和技术交流[期刊论文]-广西民族大学学报 （自然科学版） 2009(4) 7.王昌燧 学科进展与展望:蓬勃发展的科技考古学[期刊论文]-南方文物 2009(3) 8.玉石及中国古代玉器的PIXE分析[期刊论文]-核技术 2009(11) 9.赵虹霞.干福熹 不同产地软玉的拉曼光谱分析及在古玉器无损研究中的应用[期刊论文]-光散射学报 2009(4) 10.王昌燧 蓬勃发展的科技考古学[期刊论文]-中国科学基金 2009(3) 11.李平.沈崇辉 软玉子料黑皮和褐皮的致色物测试[期刊论文]-岩矿测试 2009(2) 12.干福熹 中国古代玉器和玉石科技考古研究的几点看法[期刊论文]-文物保护与考古科学 2008(z1) 13.干福熹.承焕生.孔德铭.赵虹霞.马波.顾冬红 河南安阳市新出土殷墟玉器的无损分析检测的研究[期刊论文]-文 物保护与考古科学 2008(4) 14.李平.钱俊峰 子料黄褐皮的成因研究[期刊论文]-科技通报 2011(1) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ysxb98200705033.aspx