三個產地碧玉的礦物組成及化學組成特征

廖冠琳，楊蕭亦，景 璀，周征宇2，，金雪萍

（1.同濟大學研究生院，上海 200092；2.上海寶石及材料工藝工程技術研究中心，上海 200092；3.同濟大學海洋與地球科學學院，上海 200092；4.同濟大學人文學院，上海 200092）

自古以來，和田玉（即和田所產軟玉）都是國人最為鐘愛的玉石品種之一［1-2］，而其中，碧玉因其鮮艷的翠綠色而受到熱捧。故宮博物院所收藏的新石器時代石家河文化的碧玉笄，臺灣新石器時代文化遺址中出土的大量碧玉器物［3］，加拿大卑詩省北部的撒利希遺址出土的距今4 000多年的碧玉工具，均表明碧玉自4 000多年前就被認知和使用。隨著勘探開發(fā)技術不斷提高，除新疆外［4］，多地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了碧玉礦資源，包括四川省龍溪鄉(xiāng)［5］、臺灣省花蓮縣［6］、加拿大不列顛哥倫比亞省［7］、俄羅斯貝加爾湖地區(qū)［8］等。這一方面緩解了和田軟玉礦床日益枯竭的形勢，另一方面也出現(xiàn)了將各產地碧玉經優(yōu)化處理后仿制古玉的現(xiàn)象。如何區(qū)分不同產地碧玉成為現(xiàn)代玉石學對傳統(tǒng)地質學提出的新挑戰(zhàn)。為此，筆者系統(tǒng)收集了新疆且末、臺灣花蓮以及加拿大不列顛哥倫比亞省的代表性碧玉樣品，通過系統(tǒng)的巖石礦物學分析和對比研究，以期為最終解決碧玉產地鑒定提供新的線索和理論基礎，同時為古代碧玉器物的溯源提供參考。

1 樣品及實驗方法

1.1 樣品描述

本次研究共選取了15塊樣品，其中QM-01～05為新疆且末碧玉樣品；CaJ-01～05為加拿大碧玉樣品；HL-01～05為臺灣花蓮碧玉樣品。所有樣品將其中一面拋光，便于測試（圖1）。

圖1 三個產地碧玉樣品Fig.1 Green nephrite samples from three different origins

1.2 光學性質

三個產地的碧玉樣品顏色均呈不同程度深淺的綠色，基本為微透明，且顏色越深透明度相對越低。通過點測法測得且末碧玉樣品的折射率為1.593～1.608，平均值為1.601；加拿大碧玉樣品的折射率為1.596～1.606，平均值也為1.601；而花蓮碧玉樣品的折射率為1.601～1.621，平均值最高，為1.609。如表1所示，三個產地折射率互有重疊，難以區(qū)分。

表1 三個產地碧玉樣品的折射率Tab.1 Refractive index of green nephrite from three different origins

1.3 力學性質

三個產地碧玉整體質地均較為致密，靜水稱重測得平均密度為2.98～2.99 g·cm-3，基本一致。如表2所示，個別樣品密度大于3.00 g·cm-3，與其雜質礦物含量較多有關。其中，且末碧玉樣品中常見點狀及絲脈狀黑色內含物；加拿大碧玉樣品除點狀及絲脈狀黑色內含物外，還普遍可見不規(guī)則綠色斑塊狀內含物；花蓮碧玉則常見尖棱角狀呈金屬光澤的黑色內含物，并含有黃綠色不規(guī)則形態(tài)的內含物。

表2 三個產地碧玉樣品的密度Tab.2 Density measurement of green nephrite from three different origins

2 物質組成

2.1 礦物組成特征

（1）且末碧玉中可見透閃石主要為纖維狀交織結構（圖2a），含斑點狀及條帶狀鉻鐵礦零星分布于透閃石纖維中，邊緣略成渾圓狀呈現(xiàn)交代殘留，高倍鏡下可見少量鈣鉻榴石于鉻鐵礦周圍零星分布（圖2b）。

（2）加拿大碧玉中亦可見典型的透閃石纖維交織結構，次要礦物較為復雜，包括鈣鋁榴石、鉻鐵礦、輝石、綠泥石等，黑色礦物主要為鉻鐵礦（圖2c）。

圖2 部分碧玉樣品的鏡下觀察特征Fig.2 Microscopic observation characteristics of green nephrite samples

（3）花蓮碧玉中，可見透閃石、陽起石呈纖維交織結構，常見的黃綠色鈣鋁榴石，并夾雜少量鉻鐵礦、磁鐵礦，形成黑色的斑點或條紋，部分樣品亦可見滑石、蛇紋石等。

2.2 化學元素含量特征

2.2.1 常量元素含量特征

碧玉樣品的常量元素含量特征采用日本JEOL公司JXA-8230型電子探針分析儀進行分析。加速電壓為15 kV，束斑直徑1～5μm。測試單位為同濟大學海洋地質國家重點實驗室，測試結果見表3。

表3 三個產地碧玉樣品常量元素質量分數(shù)Tab.3 Main element data of green nephrite from three different origins

主要化學元素及其質量分數(shù)：SiO2，56.30%～59.96%，平 均 值58.07%；MgO，19.23%～24.33%，平均值21.36%；CaO，12.34%～13.69%，平均值13.06%。主要化學元素質量分數(shù)與透閃石的理論值（SiO2，59.169%；MgO，24.808%；CaO，13.805%）相接近，但明顯大多數(shù)樣品的Mg含量低于透閃石的理論計算值。

次要化學元素及其質量分數(shù)：FeO，0.13%～0.80%，平均值4.45%；Cr2O3，0.23%～0.73%，平均值0.18%；另有Al2O3平均值0.43%；MnO平均值0.17%；另還有少量的Na2O、K2O，平均值均為0.11%。因此，碧玉中Ca、Mg含量偏低和Fe、Cr等元素的替換有關，且Fe與Cr的含量隨著顏色的加深而升高。

三個產地碧玉化學成分基本一致，所有元素含量范圍具有較大范圍的重疊，因此僅靠常量元素無法對3地碧玉進行準確區(qū)分。

2.2.2 微量元素含量特征

實驗樣品的微量元素含量分析所用實驗儀器為Agilent 7900激光剝蝕等離子質譜儀。實驗條件為：ArF準分子激光器（193 nm），激光剝蝕孔徑為44 μm，激光脈沖頻率為8 Hz，激光脈沖能量為80 mJ，測試結果見表4。

表4 三個產地碧玉樣品微量元素質量分數(shù)Tab.4 Trace element data of green nephrite from three different origins

三個產地樣品中大多數(shù)微量元素的質量分數(shù)相近，但在稀土元素中，Sc的質量分數(shù)在各樣品之間存在較大差異。測試結果顯示，臺灣花蓮碧玉的Sc質量分數(shù)為4.640×10-6～7.530×10-6，明顯低于且末碧玉的4.268×10-6～11.594×10-6和加拿大碧玉的11.510×10-6～21.410×10-6，可能可以作為3地碧玉產地識別的參考依據(jù)。

3 討論和結論

（1）三個產地碧玉多為綠色、深綠、墨綠色，顏色分布不均勻，含有斑點狀和條帶狀黑色副礦物。因顏色較深，透明度不高，為微透明-半透明，且透明度隨顏色加深變低；而密度則隨之升高。同時，樣品密度還與其中的暗色礦物含量呈正相關。

（2）三個產地碧玉的主要礦物成分均為透閃石，鏡下觀察可見加拿大碧玉中可含少量陽起石。三地碧玉中，均含有鉻鐵礦和石榴石，且末碧玉中為鈣鉻榴石，加拿大和花蓮碧玉中為鈣鋁榴石。同時，加拿大碧玉中可見其他產地碧玉中少見的輝石。

（3）電子探針分析結果表明，樣品的主要礦物是透閃石，因Mg為Fe和Cr所置換，三個產地碧玉中Mg含量均略低于透閃石的理論值。同時，隨Fe、Cr含量的增加，碧玉顏色顯示出由淺至深的變化。其中，由于加拿大碧玉中Fe含量偏高，導致該產地碧玉呈現(xiàn)藍綠色調。

（4）電感耦合等離子質譜儀（LA-ICP-MS）測試結果顯示，Sc含量對區(qū)分三個產地的碧玉樣品具有一定的參考意義：花蓮碧玉Sc含量明顯高于其他兩個產地。